JP2005123824A - 映像オブジェクト軌跡合成装置、その方法及びそのプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 映像オブジェクト軌跡合成装置1は、オブジェクト候補画像生成手段10によって、映像を構成するフレーム画像の中から、映像オブジェクトの候補を抽出したオブジェクト候補画像を生成し、オブジェクト抽出手段30によって、予め設定されている抽出条件20aに基づいて、オブジェクト候補画像の中から、追跡対象となる映像オブジェクトの位置及び映像オブジェクトを特徴付ける特徴量を抽出し、軌跡画像生成手段50によって、映像オブジェクトの移動軌跡のみを作画した軌跡画像60aを生成し、画像合成手段70によって、軌跡画像60aとフレーム画像とを合成することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
そして、その抽出した映像オブジェクトの位置情報を利用して、映像に特殊な効果を持たせることで、映像制作の幅を広げる試みが行われている。この映像に特殊効果を持たせる一例としては、野球中継等で、ピッチャーが投げたボール(映像オブジェクト)を追跡し、その後に、ピッチャーの投球映像にボールの移動軌跡をCG(コンピュータ・グラフックス)により合成するものがある。これによって、視聴者は、ピッチャーがボールを離した瞬間からキャッチャーがボールを捕球するまでのボールの軌跡、例えば、変化球の変化をより実感することができる。なお、従来、この野球の投球軌跡を描画する場合、ボールを複数のカメラで撮影し、三次元座標上におけるボールの軌跡を算出し、CG映像として、投球映像に合成している。
このようにして生成された軌跡画像を、画像合成手段によって、逐次フレーム画像と合成することで、映像に抽出対象となる映像オブジェクトの移動軌跡を合成した合成映像が生成される。
なお、オブジェクト候補画像は、時系列に入力されるフレーム画像における輝度画像、輪郭画像及び入力時刻の異なるフレーム画像の差分をとった差分画像の少なくとも1つ以上の画像から生成する。
ここで、抽出条件には、抽出すべき映像オブジェクトの面積、輝度、色、アスペクト比及び円形度の少なくとも1つ以上を用いることができる。これによって、フレーム画像内に複数の映像オブジェクトが存在する場合でも、抽出対象となる映像オブジェクトを絞り込むことができる。また、ここで、抽出すべき映像オブジェクトの位置は、映像オブジェクトの重心座標等を用いることができる。また、特徴量は、映像オブジェクトの輝度、色、テクスチャ等を用いることができる。
なお、オブジェクト候補画像は、時系列に入力されるフレーム画像における輝度画像、輪郭画像及び入力時刻の異なるフレーム画像の差分をとった差分画像の少なくとも1つ以上の画像から生成する。
ここで、抽出条件には、抽出すべき映像オブジェクトの面積、輝度、色、アスペクト比及び円形度の少なくとも1つ以上を用いることができる。これによって、フレーム画像内に複数の映像オブジェクトが存在する場合でも、抽出対象となる映像オブジェクトを絞り込むことができる。また、ここで、抽出すべき映像オブジェクトの位置は、映像オブジェクトの重心座標等を用いることができる。また、特徴量は、映像オブジェクトの輝度、色、テクスチャ等を用いることができる。
さらに、本発明によれば、1台のカメラで撮影された映像から、映像オブジェクトの動きを連続して描画した合成映像を生成するため、機器構成の規模を小さくすることができる。
[映像オブジェクト軌跡合成装置の構成]
まず、図1を参照して、本発明に係る映像オブジェクト軌跡合成装置の構成について説明する。図1は、映像オブジェクト軌跡合成装置の構成を示したブロック図である。
図1に示すように、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、入力された映像から、追跡対象となる動きを伴うオブジェクト(映像オブジェクト)を抽出し、追跡するとともに、その映像オブジェクトの移動軌跡を映像上に合成するものである。ここでは、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、オブジェクト候補画像生成手段10と、抽出条件記憶手段20と、オブジェクト抽出手段30と、探索領域推定手段40と、軌跡画像生成手段50と、軌跡画像記憶手段60と、画像合成手段70とを備えて構成されている。
ここでは、オブジェクト候補画像生成手段10は、輝度画像生成部11と、輪郭画像生成部12と、差分画像生成部13と、オブジェクト候補抽出部14とを備えて構成されている。
なお、抽出条件情報20aには、面積フィルタ、輝度フィルタ、色フィルタ、アスペクト比フィルタ及び円形度フィルタの条件として、予め定めた初期値と、その許容範囲を示す閾値とを記憶しておく。これによって、閾値外の値(特徴)を持つ映像オブジェクトを抽出すべき映像オブジェクトの候補から外すことができる。
なお、オブジェクト選択部32は、色に基づいてフィルタリングを行う場合、映像オブジェクト軌跡合成装置1に入力された映像のフレーム画像から、映像オブジェクトに対応する領域の色の平均値を算出し、抽出条件情報20aで示される抽出条件に基づいてフィルタリングを行うものとする。
この探索領域推定手段40は、例えば、重心座標にカルマンフィルタ(Kalman filter)を適用することで、次フレーム画像における映像オブジェクトの位置を予測し、探索領域を推定する。以下、探索領域推定手段40が、カルマンフィルタを用いて探索領域を推定する手法について説明する。カルマンフィルタは、時系列に観測される観測量に基づいて現在の状態を推定する「濾波」と、未来の状態を推定する「予測」とを行う漸化式を適用することで、時々刻々と変化する状態を推定するものである。
なお、観測行列Hは、状態量xの重心座標(px,py)を観測するための行列として、以下の(7)式に示す行列とする。
さらに、探索領域推定手段40は、時刻tのフレーム画像における状態量xt及び状態共分散Ptに基づいて、時刻(t+1)のフレーム画像における状態量xt+1及び状態共分散Pt+1を、以下に示す(11)式及び(12)式により予測する。
なお、カルマンフィルタを適用する場合、追跡状態によって状態共分散を制御することとしてもよい。例えば、映像オブジェクトの追跡に成功したときは状態共分散を小さく、追跡に失敗したときは状態共分散を大きくとることとしてもよい。
図1の映像オブジェクト軌跡合成装置1の構成について説明を続ける。
ここで、図3及び図4を参照して、映像オブジェクト軌跡合成装置1が、映像オブジェクトの軌跡を合成する例について説明する。図3は、映像オブジェクトの移動軌跡を映像上に合成する例を説明するための説明図である。図4は、映像オブジェクトの抽出に失敗した場合に、移動軌跡を補間する例を説明するための説明図である。なお、ここでは、野球のボールを追跡し、その移動軌跡を合成するものとして説明を行う。
なお、ここで、図4(a)の図示していない時刻(t+1)と、図示した時刻(t+2)において、ボールの抽出に失敗し、時刻(t+3)において、ボールの抽出に成功したとする。このとき、図4(b)の時刻(t+2)の軌跡画像には、抽出に失敗したボールは作画されない。すなわち、抽出に成功したM1のみが作画された状態となる。このため、図4(c)の時刻(t+2)の合成フレーム画像には、ボールM1のみが合成されることになる(なお、ここでM3は、フレーム画像のボールである)。
次に、図5乃至図7を参照して、映像オブジェクト軌跡合成装置1の動作について説明する。図5は、映像オブジェクト軌跡合成装置1の全体動作を示すフローチャートである。図6は、オブジェクト抽出手段30のオブジェクト選択部32における映像オブジェクトの選択処理の動作を示すフローチャートである。図7は、軌跡画像生成手段50における軌跡画像の作画処理の動作を示すフローチャートである。
まず、図5を参照(適宜図1参照)して、映像オブジェクト軌跡合成装置1の動作について説明する。
映像オブジェクト軌跡合成装置1は、オブジェクト候補画像生成手段10で、入力された映像を構成する最初のフレーム画像において、フレーム画像の全範囲に映像オブジェクトを探索する探索領域を設定する(ステップS10)。
また、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、輝度画像生成部11によって、フレーム画像内の探索領域をモノクロ(グレースケール)化した輝度画像を生成する。また、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、輪郭画像生成部12によって、フレーム画像内の探索領域から、輝度により輪郭(エッジ)を抽出した輪郭画像を生成する。さらに、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、差分画像生成部13によって、探索領域内で、異なる時間に入力されたフレーム画像間の輝度の差を画素値とした差分画像を生成する(ステップS11)。
さらに、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、2値化部142によって、ステップS12で生成された抽出用画像を2値化し、ノイズ除去部143によって、2値化された画像に対して収縮処理と膨張処理とを施すことでノイズを除去した画像を生成する。これによって、フレーム画像の探索領域内で、映像オブジェクトの候補を抽出したオブジェクト候補画像が生成される(ステップS13)。
そして、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、オブジェクト抽出手段30のラベリング部31によって、オブジェクト候補画像の中で、映像オブジェクトの候補となる領域に対して番号(ラベル)を付す(ステップS14)。なお、以降の動作は、映像オブジェクトの候補に付された番号に基づいて、映像オブジェクトの単位で処理される。
また、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、軌跡画像生成手段50の特徴量画像作画部51によって、映像オブジェクトの特徴量を示す画像を作画し、軌跡画像記憶手段60に軌跡画像60aとして記憶する(ステップS17)。このステップS17では、ステップS16で抽出した映像オブジェクトの位置(例えば、重心座標)に、特徴量(例えば、テクスチャ)を作画することで軌跡画像60aを生成する。なお、このステップS17における軌跡画像の作画処理の詳細な動作については、図7を参照して後で説明することとする。
そして、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、画像合成手段70によって、軌跡画像記憶手段60に記憶されている軌跡画像60aと、入力された映像を構成するフレーム画像とを合成し、合成フレーム画像を生成する(ステップS18)。なお、画像合成手段70が、この合成フレーム画像を連続して出力することで、映像オブジェクトの移動軌跡を映像に合成した合成映像が生成されることになる。
さらに、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、ステップS16で抽出した映像オブジェクトの位置(重心座標等)に基づいて、次に入力されるフレーム画像における、映像オブジェクトの探索領域を推定する(ステップS19)。なお、この探索領域の推定には、カルマンフィルタを用いることができる。
次に、図6を参照(適宜図1参照)して、映像オブジェクト軌跡合成装置1のオブジェクト選択部32における、映像オブジェクトの選択処理(図5のステップS15)の動作について説明する。
まず、オブジェクト選択部32は、オブジェクト候補画像の中から、番号(ラベル)に基づいて、映像オブジェクトを1つ選択する(ステップS30)。
以上の動作によって、映像オブジェクト軌跡合成装置1は、オブジェクト選択部32によって、オブジェクト候補画像の中から抽出条件に適した映像オブジェクトを選択することができる。
次に、図7を参照(適宜図1参照)して、映像オブジェクト軌跡合成装置1の軌跡画像生成手段50における、軌跡画像の作画処理(図5のステップS17)の動作について説明する。
まず、軌跡画像生成手段50は、オブジェクト抽出手段30が映像オブジェクトの抽出に成功したかどうかを判定する(ステップS40)。ここで、映像オブジェクトの抽出に失敗した場合(ステップS40;No)は、動作を終了する。一方、映像オブジェクトの抽出に成功した場合(ステップS40;Yes)、前フレーム画像において、映像オブジェクトの抽出に成功していたかどうかを判定する(ステップS41)。
そして、軌跡画像生成手段50の特徴量画像作画部51が、映像オブジェクトの特徴量に基づいて、現在の映像オブジェクトの位置に特徴量(テクスチャ等)に基づいて軌跡画像60aを作画する(ステップS43)。
10 オブジェクト候補画像生成手段
20 抽出条件記憶手段
30 オブジェクト抽出手段
40 探索領域推定手段
50 軌跡画像生成手段
60 軌跡画像記憶手段
70 画像合成手段
Claims (5)
- 入力された映像に含まれる映像オブジェクトを抽出し、追跡するとともに、当該映像オブジェクトの移動軌跡を前記映像上に合成する映像オブジェクト軌跡合成装置であって、
前記映像を構成し時系列に入力されるフレーム画像の中から、前記映像オブジェクトの候補を抽出したオブジェクト候補画像を生成するオブジェクト候補画像生成手段と、
抽出対象となる前記映像オブジェクトの抽出条件を記憶した抽出条件記憶手段と、
この抽出条件記憶手段に記憶されている抽出条件に基づいて、前記オブジェクト候補画像生成手段で生成されたオブジェクト候補画像の中から、前記映像オブジェクトの位置及び当該映像オブジェクトを特徴付ける特徴量を抽出するオブジェクト抽出手段と、
このオブジェクト抽出手段で抽出された映像オブジェクトの位置及び特徴量に基づいて、前記フレーム画像の対応した領域に前記映像オブジェクトの特徴量を示す画像を作画することで、前記映像オブジェクトの移動軌跡を抽出した軌跡画像を生成する軌跡画像生成手段と、
この軌跡画像生成手段で生成された軌跡画像と、前記フレーム画像とを合成する画像合成手段と、
を備えていることを特徴とする映像オブジェクト軌跡合成装置。 - 前記軌跡画像生成手段は、前記オブジェクト抽出手段における抽出結果に基づいて、抽出に成功した前記映像オブジェクトの位置から、抽出に失敗した映像オブジェクトの位置を補間する軌跡補間手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載の映像オブジェクト軌跡合成装置。
- 前記オブジェクト抽出手段で抽出された映像オブジェクトの位置に基づいて、次に入力される前記フレーム画像内における前記映像オブジェクトを探索するための探索領域を推定する探索領域推定手段を備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の映像オブジェクト軌跡合成装置。
- 入力された映像に含まれる映像オブジェクトを抽出し、追跡するとともに、当該映像オブジェクトの移動軌跡を前記映像上に合成する映像オブジェクト軌跡合成方法であって、
前記映像を構成し時系列に入力されるフレーム画像における輝度画像、輪郭画像、及び入力時刻の異なるフレーム画像の差分をとった差分画像の少なくとも1つ以上の画像から、前記映像オブジェクトの候補を抽出したオブジェクト候補画像を生成するオブジェクト候補画像生成ステップと、
このオブジェクト候補画像生成ステップで生成されたオブジェクト候補画像から、面積、輝度、色、アスペクト比及び円形度の少なくとも1つ以上の抽出条件に基づいて、前記映像オブジェクトの位置及び当該映像オブジェクトを特徴付ける特徴量を抽出するオブジェクト抽出ステップと、
このオブジェクト抽出ステップで抽出された映像オブジェクトの位置及び特徴量に基づいて、前記フレーム画像の対応した領域に前記映像オブジェクトの特徴量を示す画像を作画することで、前記映像オブジェクトの移動軌跡を抽出した軌跡画像を生成する軌跡画像生成ステップと、
この軌跡画像生成ステップで生成された軌跡画像と、前記フレーム画像とを合成する画像合成ステップと、
を含んでいることを特徴とする映像オブジェクト軌跡合成方法。 - 入力された映像に含まれる映像オブジェクトを抽出し、追跡するとともに、当該映像オブジェクトの移動軌跡を前記映像上に合成するために、コンピュータを、
前記映像を構成し時系列に入力されるフレーム画像における輝度画像、輪郭画像、及び入力時刻の異なるフレーム画像の差分をとった差分画像の少なくとも1つ以上の画像から、前記映像オブジェクトの候補を抽出したオブジェクト候補画像を生成するオブジェクト候補画像生成手段、
このオブジェクト候補画像生成手段で生成されたオブジェクト候補画像から、面積、輝度、色、アスペクト比及び円形度の少なくとも1つ以上の抽出条件に基づいて、前記映像オブジェクトの位置及び当該映像オブジェクトを特徴付ける特徴量を抽出するオブジェクト抽出手段、
このオブジェクト抽出手段で抽出された映像オブジェクトの位置及び特徴量に基づいて、前記フレーム画像の対応した領域に前記映像オブジェクトの特徴量を示す画像を作画することで、前記映像オブジェクトの移動軌跡を抽出した軌跡画像を生成する軌跡画像生成手段、
この軌跡画像生成手段で生成された軌跡画像と、前記フレーム画像とを合成する画像合成手段、
として機能させることを特徴とする映像オブジェクト軌跡合成プログラム。
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