JP2002271812A - クロマキー処理における色変換方法及び装置 - Google Patents
クロマキー処理における色変換方法及び装置Info
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Abstract
を抑制した合成画像を作成するためのマスク出力画像と
色処理済前景出力画像とを複雑な演算なしに生成し得る
クロマキー処理における色変換方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 設定されたバッキング色を元に、バッキ
ング色が原点に変換され、無彩色が原点から1軸にそっ
て離れた個所に垂直に分布するよう変換される4×4サ
イズの変換行列を作成し、加算と乗算のみで構成される
行列乗算を前景用画像信号に施す。
Description
ける色変換方法及び装置に関する。
れている、色違い背景(主に青色スクリーンや緑色スク
リーンが使われる)を利用した画像合成装置=クロマキ
ー装置においては、以下に述べるような方式で対象画像
を処理することが多い。先ず、単一色のスクリーンを背
景にして、合成したい対象被写体を手前に配置し撮影を
行なった画像素材を「処理対象画像」とする。これとは
別に合成後の背景となる画像素材を用意しておく。これ
らの画像素材を装置に入力したうえで、次の処理を逐次
実行する。
色を一色決定する(バッキング色)。 (2)RGBやYIQ等の色空間にあらかじめ2つの識
別境界を設定する。この識別境界は色空間を「完全背景
領域」、「完全前景領域」及びこれら2領域に挟まれる
「遷移領域」の3種類の領域に分ける。「完全背景領
域」にはバッキング色が含まれなければならない。尚、
YIQとは、色を表わす系列(表色系という)の1つで
ある。RGBは視覚特性に近い三原色の表色系である
が、TV用ディスプレイ装置や伝送の都合に合せた表色
系に色差(しきさ)と呼ばれるものがあり、その一種が
YIQであり、Yが輝度を表わす成分で、IとQが色相
環上の位置を表わす直交座標になっている。 (3)処理対象画像を構成する各画素の、色空間におけ
る位置を調べる。 (4)画素が、「完全背景領域」に含まれる場合は寄与
率0%とし、「完全前景領域」に含まれる場合は寄与率
100%とする。又、「遷移領域」に含まれる場合は、
2つの識別境界と画素位置との距離を調べて、完全領域
への近さの度合から寄与率を決定する。この寄与率は0
%より大きく100%より小さい。 (5)処理対象色の各色成分からバッキング色の各色成
分を減算し、その結果に(4)で求めた寄与率の逆数を
乗算する。これにバッキング色を加算して対象被写体の
本来の色を求める。 (6)本来の色に寄与率を乗算したものと、合成背景に
寄与率の補数(100%−[寄与率])を乗算したもの
とを加算する。
できる。この処理手順の中の(2)において、従来の装
置では赤緑青の三原色を三軸に持つRGB空間を用いる
場合が多い。
方法で用いられているRGB空間は、撮像装置やディス
プレイ装置の特性に合わせた色座標空間であり、クロマ
キーの本質的な処理構造との因果関係は少ない。色を識
別したり色空間内の距離を調べたりするには、その目的
にかなった座標空間を採用すべきである。即ち、処理対
象のピクセルがバッキング色に近い色かどうか、前景被
写体の色に近い色かどうか等を取り扱いやすい座標空間
を利用することが重要である。
処理を行う際、バッキング色成分を抑制した合成画像を
作成するためのマスク出力画像と色処理済前景出力画像
とを複雑な演算なしに生成し得るクロマキー処理におけ
る色変換方法及び装置を提供しようとするものである。
ーンの手前に対象被写体をおいて撮影した前景画像と、
最終的に背景にしたい背景画像とを合成するようにした
クロマキー処理における色変換方法であって、設定され
たバッキング色から無彩色直線におろした垂線としての
バッキングベクトルが主軸となり且つバッキング色が原
点となるような座標系への変換を行い、処理対象のピク
セルデータとバッキング色との距離と、設定されたベー
ス制御変数で規定される距離と、設定されたマスク制御
変数で規定される距離とを比較し、該比較結果に基づい
てピクセル処理に先立つ変換係数を生成し、該変換係数
を用いてピクセル毎の処理を行ない、マスク信号を生成
することを特徴とするクロマキー処理における色変換方
法にかかるものである。
おいては、処理対象のピクセルデータとバッキング色と
の距離と、設定されたベース制御変数で規定される距離
と、設定されたスピル制御変数で規定される距離とを比
較し、該比較結果に基づいてピクセル処理に先立つ変換
係数を生成し、該変換係数を用いてピクセル毎の処理を
行ない、前景画像中に存在するバッキング色成分のもれ
を抑制し且つ設定された置換色に置き換えるようにする
ことができる。
対象被写体をおいて撮影した前景画像と、最終的に背景
にしたい背景画像とを合成するようにしたクロマキー処
理における色変換装置であって、バッキング色、置換
色、ベース制御変数、マスク制御変数、スピル制御変数
というセットアップデータが設定されるセットアップデ
ータ入力部と、該セットアップデータ入力部で設定され
たバッキング色から無彩色直線におろした垂線としての
バッキングベクトルが主軸となり且つバッキング色が原
点となるような座標系への変換を行い、処理対象のピク
セルデータとバッキング色との距離と、設定されたベー
ス制御変数で規定される距離と、設定されたマスク制御
変数で規定される距離とを比較すると共に、処理対象の
ピクセルデータとバッキング色との距離と、設定された
ベース制御変数で規定される距離と、設定されたスピル
制御変数で規定される距離とを比較し、ピクセル処理に
先立つ変換係数を生成するセットアップデータ翻訳部
と、該セットアップデータ翻訳部で生成された変換係数
を用いてピクセル毎の処理を行ない、マスク信号を生成
すると共に、前景画像中に存在するバッキング色成分の
もれを抑制し且つ設定された置換色に置き換えるピクセ
ル処理部とを備えたことを特徴とするクロマキー処理に
おける色変換装置にかかるものである。
られる。
(1)前景の対象被写体に含まれている一群の色を、例
えばz=定数で表される平面上に近い色形に配置するよ
うな変換、(2)上記のz=定数平面上の任意の色とバ
ッキング色との距離が正規化された数値で扱えるような
変換、といった概念の変換が取り入れられており、この
概念の変換を採用することにより、合成処理において均
等に扱うべき被写体色が例えばz軸方向に沿った一次元
特徴空間の一か所に集中する。又、このz成分がバッキ
ング色との近似度合を表している。更に、処理対象の色
と識別境界との位置関係が、空間座標のひとつの成分
(z成分)の大小比較だけで計算できる上、識別境界と
の距離的な「近さ」についても、空間座標のひとつの成
分の大きさを調べるだけで得ることができる。
けるステップ(5)の「寄与率の逆数の乗算(つまり寄
与率による除算)」及び(6)の乗算を、正規化した座
標空間で実行することにより乗算と加算とで構成できる
という利点がある。この色空間を用いた処理を核にし
て、「不均一なバッキングに対する補正処理」「半透明
被写体処理」「バッキング色の前景被写体へのもれ防
止」といったクロマキーに関する機能を効率的に実装で
きる。
例と共に説明する。
単一色スクリーンの手前に対象被写体をおいて撮影した
画像素材である「前景画像」と、(b)最終的に背景に
したい「合成背景画像」とである。装置で処理する信号
はRGBのデジタルビデオ信号であり、各ピクセルには
データが保持されている必要がある。本発明を用いたク
ロマキー装置全体は図1のように次の3つのモジュー
ル、即ち、 (1)セットアップデータ入力部1 (2)セットアップデータ翻訳部2 (3)ピクセル処理部3 から構成される。
べる。
うな処理を行う。
トアップ用のデータを入力する部分を処理する。本発明
のシステムは次のような5種類のセットアップデータを
持つ。 (1)バッキング色6(図3参照):典型的なバッキン
グ色6を表わす。 (2)置換色:前景被写体中のバッキング色6成分を抑
制する際に利用する置き換え色を表わす。 (3)ベース制御変数:完全にバッキングであるとみな
す色特徴の許容範囲を示す。完全背景領域と遷移領域と
の境界の位置を表わす変数である。 (4)マスク制御変数:バッキング色6との近似度合に
よってマスクの濃度を決定する際の強度係数。遷移領域
と完全前景領域との境界の位置を表わす変数である。 (5)スピル制御変数:前景被写体中に存在するバッキ
ング色6のもれを抑制し置換色に置き換える際の強度係
数。
キング色6」については、図2のように前景画像を表示
した画面上に矩形のカーソル4を重ね合わせ表示したう
えで、利用者にこのカーソル4をバッキングスクリーン
5の上に位置するよう移動させ、決定ボタンを押させて
処理装置に取り込ませる。このデータをB=Xb、
Y b、Zbとする。
まみを用いて色成分ごとに値を設定することにより処理
装置に取り込ませる。このデータをR=Xr、Yr、Z
rとする。
「スピル制御変数」についてはそれぞれ一つのボリュー
ムつまみを用いて強度を利用者に入力させ処理装置に取
り込ませる。このデータをそれぞれlb、lm、lsと
する。
うな処理を行う。
れたデータを用いてピクセル処理を行うために、データ
を加工しピクセルデータを効率的に計算する準備をおこ
なう。この作業を「翻訳」と呼ぶ。
前景被写体色領域を分離しやすくするため、領域の特徴
をよくあらわす量を一変数であらわすような写像をおこ
なうのが基本である。先ず、被写体色となる典型的な色
サンプルとして、「無彩色」を使った。つまり黒から始
まって暗い灰色がだんだん明るくなり最後に白に至る色
は、どんな有色バッキングに対しても前景になる可能性
が高いので、これを一般的に前景の色ととらえる。この
「無彩色」はYIQ表現においてもRGB表現において
も色空間内では直線で表される。これを無彩色直線7と
呼ぶ。図3のようにセットアップデータ入力部1で入力
されたバッキング色6から無彩色直線7におろした垂線
を「バッキングベクトル8」と呼ぶ。色空間内のピクセ
ルデータは、「バッキングベクトル8」に沿ってバッキ
ング色6に近い色から前景色に近い色に変化していく。
このバッキングベクトル8が主軸となるような座標系へ
の変換を行ない、その系で処理を行なうことにより、対
象となる色データのバッキング色6に対する近似度合が
容易に求められる。
されたデータを用いてどのように座標系変換が行なわれ
るか、更に具体的な変換式がどのようなものかを詳細に
説明する。
座標系をxyzとする。変換は何段階かの変換の合成で
表されるので途中の座標系を下付添字の数字で表わすこ
ととする。
面上に乗るようにx軸回りの回転変換を行なう。無彩色
直線7をxz平面に投影した直線はx軸と45度ずれて
いるので、この回転変換を表わす行列は次式で表され
る。
は行列変換Mnによる変換後の対象データを表わす。次
に、図5のようにxy平面上に乗っている無彩色直線7
をx軸に乗るようにz軸回りの回転を行なう。M1によ
って回転した無彩色直線7はx軸と次式で表されるθだ
けずれている。
転変換を用いる。
直線7をx軸に重ねたままバッキングベクトル8をz軸
に重ねる変換を行なう。RGB座標系でのバッキング色
6のB=Xb、Yb、Zbは、ここまでの座標変換によ
ってB2に移動している。
のz<0の部分に移動させる。B2をyz平面に投影し
た点と原点との距離dは、B2の各座標成分をB2x,
B2 y,B2zとすると次式で表される(図6参照)。
となす角ψの余弦・正弦は以下のようになる。
うになる。
以下の式で表されるB3に移動する。
系の原点に並行移動することができる(図7参照)。
換できる。
は以下のような式で表される直線に移動する。
以下のような性質がある。処理対象のピクセルデータを
この座標系に変換すると、 (1)z成分が0に近いほどそのピクセルはバッキング
色6に近い。 (2)z成分が−B3zに近いほどそのピクセルは無彩
色に近い。 という二つの性質がある。即ち、z成分を調べるだけで
処理ピクセルのバッキング色6との近似度合が求められ
る。
びベース制御変数とスピル制御変数を用いて正規化座標
系に変換する。
定された色に許容範囲を持たせるために使われる。一
方、マスク制御変数は、バッキング色6からどの程度離
れた色が完全な前景領域かを定義する。又、スピル制御
変数はバッキング色6からどの程度離れた色がスピル領
域(前景ではあるがバッキング色6の影響を受けている
領域)かを定義する。
ング色6データとの距離をlとする。ベース制御変数で
規定される距離はlb、マスク制御変数で規定される距
離はlm、更にスピル制御変数で規定される距離はls
である。
タを完全な背景領域とみなす。又、lがlmよりも大き
い場合はそのデータを完全前景とみなす。lがlbより
大きくlmより小さい場合は、lがどちらにどの程度近
いかによって0%から100%の間の中間的な値のマス
ク信号を出力する。この遷移領域におけるマスク信号a
の計算式は次の通りである。
処理を用いる。lがlbよりも小さい場合には、そのデ
ータは完全な背景領域なので何の処理も行なわない。l
がl sよりも大きい場合はバッキング色6の影響は全く
ないものとみなす。この場合はオリジナル前景画像のデ
ータがそのまま出力される。lがlbより大きくlsよ
り小さい場合は、lがどちらにどの程度近いかによって
バッキング色6からの影響の強度が変化する。この領域
では、次式で求められるスピル強度パラメータsをピク
セル単位の前景データ処理に用いる。
るのを防ぐため座標系変換にこの処理を含める正規化を
組み込む。先ず、次式で表される変換を用いてバッキン
グ色6(ここまでの変換で原点に移動している)からz
軸方向にlb離れた点を原点に移動する。
0になるようなスケール変換を行なう。
6では、aの値が0<z<1の範囲においてzと一致す
る。又、z≦0のときa=0であり、z≧1のときa=
1である。尚、無彩色及びそれよりバッキング色6から
遠いデータを前景とする場合はlmと−B3zが一致す
る。
を保ったままlsが1.0になるようなスケール変換も
別に用意する。
7では、sの値が0<z<1の範囲においてs=1−z
となる。又、z≦0のときs=1であり、z≧1のとき
s=0である。
での変換を合成した変換Mや、M1からM5までとM7
との変換を合成した変換Nをピクセル処理に先だって計
算しておくのがセットアップデータ翻訳部2の役割であ
る。
れるのは3行目のz成分に対応する部分のみである。入
力データをr、g、bとすると、必要な計算はそれぞれ
次の式で表される。
行う。
変換係数を用いてピクセル毎の処理を行なう。入力され
た前景画像の色データを変換係数によって変換し、この
結果得られたデータ座標のz成分を調べ、更にその値を
用いてもとの色データに色処理を施す。入力データPを
Mによって変換した結果をQ、入力データPをNによっ
て変換した結果をKとすると、それらのz座標a及びs
が必要となる。
と1の範囲でクランプしたものである。
計算を用いる。最初にsを0と1の範囲でクランプした
結果をSとする。Sは、対象色のバッキング色6からの
影響の度合を示している。この度合に従ってピクセル色
を変色する。バッキング色6からの影響が100%のと
きは対象色を置換色に置き換え、バッキング色6からの
影響が0%のときは対象色をそのまま出力する。中間的
な度合のときはそのパーセンテージに従って置換色に近
付ける。この方針によって求められる結果をプロセスト
フォアグラウンド(色処理済前景)Uと呼び、以下のよ
うな計算式により導く。
ば、最後に一般的なリニアキー合成手段を用いて合成用
背景画像と重ね合わせる。合成用背景画像をG(Xg,
Yg,Zg)、最終結果をV(Xv,Yv,Zv)とす
ると次の式で求められる。
に及ぶが、そのうちの典型的な一つの例を以下に述べ
る。
入力部1と、セットアップデータ翻訳部2と、ピクセル
処理部3の3つのモジュールに分かれる。セットアップ
データ翻訳部2はパーソナルコンピュータである。ここ
ではセットアップデータ翻訳計算を行うと同時に、セッ
トアップデータ入力部1からのデータを取り込んだり、
翻訳結果をピクセル処理部3のレジスタに転送したりす
る。セットアップデータ入力部1とセットアップデータ
翻訳部2とはRS232Cシリアルケーブル9で接続さ
れ、ピクセル処理部3とセットアップデータ翻訳部2と
はPCIインタフェースで接続される。
次のようなものである。以下の5種類のパラメータ、即
ち、 (1)バッキング色6 (2)置換色 (3)ベース制御変数 (4)マスク制御変数 (5)スピル制御変数 をユーザ操作によって入力する。
リュームつまみと1つの押しボタンがついている。
示するカーソル4(図2参照)の位置をコントロール
し、ボタンを押すと、現在、カーソル4がある位置のピ
クセルデータ(RGB)を「ピクセル処理部3」に装備
されたフレームバッファから取り込み、セットアップデ
ータ翻訳部2のパーソナルコンピュータに転送する。こ
れがバッキング色6パラメータとなる。
色を入力するためのものである。3番がR、4番がG、
5番がBの成分にそれぞれ対応している。このデータは
RS232Cシリアルケーブル9を通してセットアップ
データ翻訳部2を構成するパーソナルコンピュータに転
送する。
入力するためのものである。このデータはRS232C
シリアルケーブル9を通してセットアップデータ翻訳部
2を構成するパーソナルコンピュータに転送する。
入力するためのものである。このデータはRS232C
シリアルケーブル9を通してセットアップデータ翻訳部
2を構成するパーソナルコンピュータに転送する。
入力するためのものである。このデータはRS232C
シリアルケーブル9を通してセットアップデータ翻訳部
2を構成するパーソナルコンピュータに転送する。
次のようなものである。
力部1を使って入力されたパラメータを翻訳し、ピクセ
ル処理部3のレジスタに転送する。合成要素がピクセル
処理部3で利用されるので、[数18]に現れた以下の
ような係数が別々に計算され格納される。
を固定小数点形式に変換し、ピクセル処理部3の係数レ
ジスタに転送する。
ものである。
ランプ回路12及び符号反転器13で構成される。入力
されたRGBデジタル信号の各成分に係数K0,K1,
K2が掛け合わされK3と共に加算された後、更に係数
K6が乗算されK7を加えて0〜1の範囲にクランプし
た結果がマスク信号出力となる。又、同様に入力された
RGBデジタル信号の各成分に係数K0,K1,K2が
掛け合わされK3と共に加算された後、係数K4が乗算
されK5を加えて符号反転し定数0x400と加算され
た後、クランプ回路12を通した結果をAとおく。Aに
係数K8を乗算し、入力信号のRを加えてクランプした
結果がR出力となる。Aに係数K9を乗算し、入力信号
のGを加えてクランプした結果がG出力となる。Aに係
数K10を乗算し、入力信号のBを加えてクランプした
結果がB出力となる。尚、前記定数0x400とは、内
部表現の1.0を16進数で表わしたものである。
ク出力画像と色処理済前景出力画像は、例えば、図10
に示されるようなものとなる。
キング色成分を抑制した合成画像を作成するためのマス
ク出力画像と色処理済前景出力画像とを複雑な演算なし
に生成し得る。
換方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々変更を加え得ることは勿論である。
〜3記載のクロマキー処理における色変換方法及び装置
によれば、クロマキー処理を行う際、バッキング色成分
を抑制した合成画像を作成するためのマスク出力画像と
色処理済前景出力画像とを複雑な演算なしに生成し得る
という優れた効果を奏し得る。
図的に表わした概略構成図である。
図である。
8の位置を示す図である。
示す図である。
図である。
の角度を示す図である。
す図である。
体的に表わした構成図である。
処理部3の処理内容を表わすブロック図である。
済前景出力画像とマスク出力画像を表わす図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 単一色スクリーンの手前に対象被写体を
おいて撮影した前景画像と、最終的に背景にしたい背景
画像とを合成するようにしたクロマキー処理における色
変換方法であって、 設定されたバッキング色から無彩色直線におろした垂線
としてのバッキングベクトルが主軸となり且つバッキン
グ色が原点となるような座標系への変換を行い、 処理対象のピクセルデータとバッキング色との距離と、
設定されたベース制御変数で規定される距離と、設定さ
れたマスク制御変数で規定される距離とを比較し、該比
較結果に基づいてピクセル処理に先立つ変換係数を生成
し、該変換係数を用いてピクセル毎の処理を行ない、マ
スク信号を生成することを特徴とするクロマキー処理に
おける色変換方法。 - 【請求項2】 処理対象のピクセルデータとバッキング
色との距離と、設定されたベース制御変数で規定される
距離と、設定されたスピル制御変数で規定される距離と
を比較し、該比較結果に基づいてピクセル処理に先立つ
変換係数を生成し、該変換係数を用いてピクセル毎の処
理を行ない、前景画像中に存在するバッキング色成分の
もれを抑制し且つ設定された置換色に置き換えるように
した請求項1記載のクロマキー処理における色変換方
法。 - 【請求項3】 単一色スクリーンの手前に対象被写体を
おいて撮影した前景画像と、最終的に背景にしたい背景
画像とを合成するようにしたクロマキー処理における色
変換装置であって、 バッキング色、置換色、ベース制御変数、マスク制御変
数、スピル制御変数というセットアップデータが設定さ
れるセットアップデータ入力部と、 該セットアップデータ入力部で設定されたバッキング色
から無彩色直線におろした垂線としてのバッキングベク
トルが主軸となり且つバッキング色が原点となるような
座標系への変換を行い、処理対象のピクセルデータとバ
ッキング色との距離と、設定されたベース制御変数で規
定される距離と、設定されたマスク制御変数で規定され
る距離とを比較すると共に、処理対象のピクセルデータ
とバッキング色との距離と、設定されたベース制御変数
で規定される距離と、設定されたスピル制御変数で規定
される距離とを比較し、ピクセル処理に先立つ変換係数
を生成するセットアップデータ翻訳部と、 該セットアップデータ翻訳部で生成された変換係数を用
いてピクセル毎の処理を行ない、マスク信号を生成する
と共に、前景画像中に存在するバッキング色成分のもれ
を抑制し且つ設定された置換色に置き換えるピクセル処
理部とを備えたことを特徴とするクロマキー処理におけ
る色変換装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001072469A JP3581835B2 (ja) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | クロマキー処理における色変換方法及び装置 |
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