JP2005309921A - 複数の画像からの画像合成 - Google Patents

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Abstract


【課題】 手ぶれや動体の動きが大きな場合にも、複数の画像からきれいな合成画像を作成することのできる技術を提供する。
【解決手段】 まず、所定の順序で配列された複数の元画像に関して優先度を決定する。この優先度は、各元画像全体の相対的な移動量と、各元画像内に存在する動体の移動量とのうちの少なくとも一方に基づいて、その移動量が少ないほど優先度が高くなるように決定される。そして、優先度の高い元画像の画素値を優先的に利用しつつ、複数の元画像から1つの合成画像を合成する。
【選択図】 図8

Description

この発明は、複数の画像から1つの合成画像を作成する技術に関する。
複数の画像からパノラマ画像を作成する方法として、特許文献1に記載されたものが知られている。この方法では、カメラ一体型ディジタルVCRで撮影された複数の静止画像を重ね合わせてパノラマ画像を生成している。
特開2003−198902号公報
しかし、従来の方法では、撮影時に手ぶれを起こしている場合や、動く被写体(「動体」と呼ぶ)が多い場合には、パノラマ画像がぼけた画像になってしまうという問題があった。このような問題は、パノラマ画像を作成する場合に限らず、一般に複数の画像から1枚の画像を合成する場合に共通する問題であった。
本発明は、手ぶれや動体の動きが大きな場合にも、複数の画像からきれいな合成画像を作成することのできる技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明による画像処理装置は、所定の順序で配列された複数の元画像から1つの合成画像を作成するための画像処理装置であって、
各元画像全体の相対的な移動量と、各元画像内に存在する動体の移動量とのうちの少なくとも一方に基づいて、前記移動量が少ないほど優先度が高くなるように各元画像の優先度を決定する優先度決定部と、
前記優先度の高い元画像の画素値を優先的に利用しつつ前記複数の元画像から1つの合成画像を合成する合成画像作成部と、
を備えることを特徴とする。
この装置によれば、元画像全体の相対的な移動量や各元画像内に存在する動体の移動量に応じて決定された優先度に基づいて、優先度の高い元画像の画素値を優先的に利用しつつ合成を行うので、手ぶれや動体の動きが大きな場合にも、きれいな合成画像を作成することのできる。
なお、前記合成画像作成部は、前記合成画像の領域の中で、前記最も優先度の高い元画像から前記合成画像に流用した画像部分の面積が、他の元画像から前記合成画像に流用した画像部分の面積よりも大きくなるように前記合成を行うようにしてもよい。あるいは、前記合成画像作成部は、前記最も優先度の高い元画像と他の元画像とが重なる領域において、前記最も優先度の高い元画像の画素を、他の元画像の画素よりも多く用いて前記合成を行うようにしてもよい。あるいは、前記合成画像作成部は、前記最も優先度の高い元画像と他の元画像とが重なる領域において、前記最も優先度の高い元画像の画素の重みとして、他の元画像の画素の重みよりも大きな値を使用した補間演算を用いて前記合成を行うようにしてもよい。
これらの構成によれば、最も優先度の高い元画像の画素値を優先的に使用することができるので、きれいな合成画像を作成することができる。
前記優先度決定部は、各元画像に関して、前記元画像全体の相対的な移動量を示す第1の動き指数と、前記動体の移動量を示す第2の動き指数とを算出し、前記第1と第2の動き指数を総合して前記優先度を決定するようにしてもよい。
この構成によれば、2つの動き指数の両方に応じた適切な優先度を決定することができる。
前記優先度は、前記元画像全体の相対的な移動量が大きいほど小さく、前記動体の移動量が大きいほど小さく、前記動体の面積が大きいほど小さくなるように設定されることが好ましい。
この構成によれば、手ぶれや動体の動きを、優先度に適切に反映することができる。
前記合成画像は、1枚の元画像よりも大きな面積を有するパノラマ画像であるものとしてもよい。
上記画像処理装置は、さらに、前記複数の元画像の相対的な移動量を算出するとともに、前記相対的な移動量に応じて前記複数の元画像を重ね合わせた重畳画像を表示デバイス上に表示させる相対位置算出部を備え、
前記合成画像生成部は、前記重畳画像上においてユーザから指定された範囲の合成画像を生成するものとしてもよい。
この構成によれば、合成画像の範囲をより適切に設定することが可能である。
前記相対位置算出部は、前記合成画像に適したサイズを示す枠として、1枚の元画像よりも大きな面積を有するパノラマ画像としての適切なサイズを示す枠を前記重畳画像上に表示するものとしてもよい。
この構成によれば、合成画像の範囲の設定をより簡単に行うことが可能である。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、画像処理方法および装置、画像合成方法および装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の形態で実現することができる。
次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
A.実施例:
B.変形例:
A.実施例:
図1は、本発明の一実施例としての画像処理システムを示す説明図である。この画像処理システムは、デジタルビデオカメラ100とコンピュータ200とを備えている。コンピュータ200は、画像処理部300を備えている。画像処理部300は、ビデオカメラ100で撮影された動画を素材として、パノラマ画像作成などの種々の処理を行うことができる。
画像処理部300は、ユーザインタフェース部310と、フレーム相対位置算出部320と、動体抽出部330と、優先度決定部340と、合成画像作成部350と、動画格納部360とを備えている。動画格納部360以外の各部の機能は、ソフトウェアによって実現されている。
ユーザインタフェース部310は、画像処理のための種々のユーザインタフェース画面をコンピュータ200の表示デバイス上に表示するとともに、ユーザの指示を受け取って各部に伝達する。パノラマ画像の作成処理においては、処理対象とする動画の選択や、動画内の複数のフレーム画像の選択、パノラマ画像の範囲(合成領域)の指定等を行うための各種のインターフェース画面(後述)がユーザインタフェース部310によって提供される。
フレーム相対位置算出部320は、パノラマ画像の作成に用いる複数のフレーム画像の相対的な位置を算出する。この相対的な位置は、フレーム画像全体の相対的な移動量を示す指標として使用される。動体抽出部330は、フレーム画像内の動く被写体(「動体」と呼ぶ)の面積と移動量(「移動距離」とも呼ぶ)を算出する。なお、「フレーム画像内の動体」とは、先行するフレーム画像と比較したときに大きな距離で移動している被写体を意味する。優先度決定部340は、フレーム画像全体の相対的な移動量と、動体の面積及び移動量とに応じて、各フレーム画像の優先度を算出する。合成画像作成部350は、各フレーム画像の優先度に応じて画像合成を行うことによってパノラマ画像を作成する。
図2は、実施例の処理手順を示すフローチャートである。ステップS10では、ユーザによって処理対象となる動画が選択される。図3は、パノラマ合成用のウィンドウの一例を示している。このウィンドウは、複数の動画G1〜G3の代表画像が表示される動画選択領域MSAと、処理指定領域PSAとを有している。処理指定領域PSAの中央には、画像表示領域GDAが設けられている。ユーザが、画像選択領域MSA内に表示された複数の動画G1〜G3の中の1つを選択し、再生ボタンB1を押すと、選択された動画G1が画像表示領域GDA内に再生される(この状態の図示は省略する)。なお、処理指定領域PSAには、再生ボタンB1の他に、停止ボタンB2や一時停止ボタンB3などの各種の要素が設けられている。
ステップS12では、ユーザがパノラマ合成に使用する動画内の期間を指定する。具体的には、動画が停止した状態においてユーザが合成期間指定ボタンB4(図3)を押すと、そのときの停止位置から所定の期間に存在する複数のフレーム画像が、パノラマ画像の合成に使用される画像(「元画像」とも呼ぶ)として選択される。図3の例では、選択された期間の始点と終点が、黒三角の2つのマークMKで示されている。また、2つのマークMKの時刻におけるフレーム画像F1,F6が画像表示領域GDA内に表示されている。2つのマークMKの間の期間を「合成期間」とも呼ぶ。ユーザは、2つのマークMKをそれぞれ別個に左右に移動させることができ、この操作によって合成期間を任意に調整することが可能である。合成期間が決定され、ユーザがボタンB5を押すと、ステップS14の処理が実行される。
ステップS14では、フレーム相対位置算出部320が、合成期間内の各フレーム画像の相対移動量を算出する。この相対移動量は、あるフレーム画像全体とその直前のフレーム画像全体との相対的な位置を示す値である。換言すれば、この相対移動量は、フレーム画像全体の動きベクトルである。フレーム画像の相対移動量の算出方法としては、周知の種々の方法を利用可能である。
ステップS16では、フレーム相対位置算出部320が、各フレーム画像の相対移動量を用いて、複数のフレーム画像F1〜F6を重畳したフレーム重畳画像を表示する。図4は、画像表示領域GDA内にフレーム重畳画像FOMが表示された例を示している。また、図5は、合成期間内の6枚のフレーム画像F1〜F6からフレーム重畳画像FOMが作成される様子を示している。これらの6つのフレーム画像F1〜F6は、静止した被写体(家や地面など)と、動体(人物)とを含んでいる。フレーム画像F1〜F6は、それぞれの相対移動量に応じて重ね合わされるので、フレーム重畳画像FOMは、静止した被写体がほとんどぴったりと重なる状態で重畳されたものとなる。なお、動体は、フレーム重畳画像FOM内の複数の箇所に現れる。フレーム重畳画像FOMとしては、図4や図5に示すように、複数のフレーム画像がすべて透けて見えるように重畳されているものを表示することが好ましい。
図2のステップS18では、ユーザがフレーム重畳画像FOMにおいて合成領域を指定する。この時まず、ユーザが図4のボタンB6を押すと、表示が図6に示すものに変更される。ここでは、フレーム重畳画像FOMの領域内に、合成領域CAを示す枠(点線で示す)が自動的に表示されている。この枠は、パノラマ画像として適切なサイズを有するものである。なお、この合成領域CAの枠としては、パノラマ画像に適した所定のアクペクト比を有するものを使用することが好ましい。ユーザは、マウス等の入力装置を用いてこの枠のサイズやアスペクト比を変更することが可能である。図6のボタンB7が押されると、次のステップS20以降の処理が実行される。
ステップS20では、動体抽出部330が、各フレーム画像内の動体の面積と移動量(「移動距離」とも呼ぶ)を算出する。図7は、動体の面積と移動量の算出方法の一例を示している。ここでは、5番目のフレーム画像F5に関する処理を行っている。このとき、まず、図7(B)に示すように、5番目のフレーム画像F5とその直前のフレーム画像F4を、フレーム画像F5の相対移動量に応じて重ね合わせる。そして、2つのフレーム画像F4,F5を一定サイズのブロック(破線で示す)にそれぞれ分割する。このとき、2つのフレーム画像F4,F5におけるブロックの位置が互いに一致していることが好ましい。そこで、通常は、先行するフレーム画像F4のブロック分割に合わせて次のフレーム画像F5のブロック分割を行う。そして、処理対象のフレーム画像F5の各ブロックについて、先行するフレーム画像F4の対応するブロックとの距離を求め、この距離をそのブロックの移動量とする。図7(B)の例では、2つのブロックBL1,BL2についてそれぞれ移動量MV1,MV2が示されている。他のブロックの移動量は無視出来る程度なので図示が省略されている。なお、移動量MV1,MV2はベクトル量である。この処理の結果、移動量が所定の閾値以上であるブロックは、動体を含むものとして認識される。
フレーム画像F5内の動体の面積Smvと移動量Vmvは例えば以下の式で与えられる。
Smv=[動体のブロック個数]
Vmv=[動体のブロックの移動量の和]
図7(B)の例では、動体の面積Smvは2ブロック分であり、移動量VmvはMV1+MV2である。なお、移動体の面積と移動量の計算方法としては、他の任意の方法を用いることも可能である。例えば、移動体の面積としては、実際に移動している被写体(図7の例では人物)の外接矩形の面積を採用してもよい。また、動体の移動量としては、動体のブロックに限定せずに、フレーム画像内の全ブロックの移動量(動きベクトル)を加算した値を採用してもよい。
図2のステップS22では、優先度決定部340が、各フレーム画像の優先度を決定する。n番目のフレーム画像Fnの優先度P(Fn)は、例えば以下の式で算出される。
P(Fn)=1/{k1*Vx+k2*Vy+k3*Smv+k4*Vmv} …(1)
ここで、Vx,Vyはフレーム画像Fnの相対移動量のX成分及びY成分であり、k1〜k4は重み付け係数である。なお、動体の移動量VmvもX成分とY成分を含んでいるが、上記(1)式のVmvの値は、そのX成分とY成分の和としても良く、あるいは、そのベクトルの長さとしてもよい。
上記(1)式では、優先度P(Fn)は、フレーム画像Fnの相対移動量Vx,Vyと、動体の面積Smvと、動体の移動量Vmvにそれぞれの重みづけ係数k1〜k4を掛けて合計した値の逆数である。フレーム画像の相対移動量Vx,Vyが大きい場合には、撮影時にかなりの手ぶれが生じている可能性がある。また、動体の面積Smvや移動量Vmvが大きい場合には、その動体の部分がぼけている可能性がある。従って、パノラマ画像を合成する際には、なるべくこれらの値が小さいことが好ましい。そこで、上記(1)式による優先度P(Fn)は、フレーム画像の相対移動量Vx,Vyが大きいほど小さく、動体の面積Smvが大きいほど小さく、動体の移動量Vmvが大きいほど小さくなるように設定されている。
なお、図6の例のように、横長のパノラマ画像を合成する場合には、縦方向の相対移動量Vyが大きいフレーム画像は、利用できる画像部分が比較的小さいので好ましくない。そこで、横長のパノラマ画像を合成する場合には、縦方向の相対移動量Vyに対する係数k2の値を横方向に対する係数K1よりも大きく設定することが好ましい。反対に、縦長のパノラマ画像を合成する場合には、横方向に対する係数k1の値を縦方向に対する係数K2よりも大きく設定することが好ましい。
こうして各フレーム画像Fnの優先度P(Fn)が決定されると、ステップS24において、合成画像作成部350が、この優先度P(Fn)に従ってパノラマ画像を合成する。図8は、優先度P(Fn)を用いたパノラマ画像の合成処理の概要を示している。この例では、6つのフレーム画像F1〜F6の優先度P(F1)〜P(F6)が次の順であると仮定している。
P(F6) < P(F5) < P(F1) < P(F2) < P(F3) < P(F4)
このとき、優先度の高いフレーム画像の画素値を優先的に使用してパノラマ画像が合成される。図9は、ステップS24の詳細手順を示すフローチャートである。ステップS30では、優先度の高い順にフレーム画像を1つ選択する。ステップS32では、合成領域CAの中の空き領域(画像で埋められていない領域)を、選択されたフレーム画像で埋める。例えば、図8(B)の例において、最も優先度の高いフレーム画像F4に関しては、合成領域CA内に存在するフレーム画像F4の部分がすべてパノラマ画像として採用される。次に、2番目の優先度を有するフレーム画像F3に関しては、合成領域CAのうちでフレーム画像F4で埋められておらず、フレーム画像F3で埋めることが可能な部分がパノラマ画像として採用される。こうして、順次1つずつフレーム画像が選択されて合成領域CAが実際の画像で埋められてゆき、合成領域CA内の画素値がすべてそろった時点で処理が終了する。このような処理では、最終的なパノラマ画像の中で、最も優先度の高いフレーム画像F4から流用した画像部分の面積が、他のフレーム画像から流用した画像部分の面積よりも大きくなることが理解できる。最も優先度の高いフレーム画像F4は、フレーム画像全体の相対移動量や動体の移動量が少ないので、他のフレーム画像よりもきれいな画像部分が多いと期待できる。従って、このフレーム画像F4を主として用いることによって、きれいなパノラマ画像を合成することが可能である。
このように、本実施例によれば、フレーム画像の相対移動量(手ぶれなど)が少なく、また、被写体の動きが少ないフレーム画像を優先的に利用するので、きれいなパノラマ画像を作成することが可能である。
B.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
B1.変形例1:
優先度順にフレーム画像を合成する方法としては、図9で説明した方法の代わりに、以下のような方法を採用することも可能である。
(1)複数のフレーム画像が重なる範囲における合成時に、より優先度の高いフレーム画像の画素を、より優先度の低いフレーム画像の画素の数よりも多く用いて合成を行う。この場合には、少なくとも、最も優先度の高いフレーム画像の画素を、他のフレーム画像の画素の数よりも多く用いて合成を行うことが好ましい。なお、図9の方法は、この方法の一例であると考えることも可能である。
(2)複数のフレーム画像が重なる範囲における合成時に、より優先度の高いフレーム画像の画素値の重み係数を、より優先度の低いフレーム画像の画素値の重み係数よりも大きく設定した補間演算で合成を行う。この場合には、少なくとも、最も優先度の高いフレーム画像の画素の重み係数を、他のフレーム画像の画素の重み係数よりも大きくした補間演算で合成を行うことが好ましい。
上記(2)の方法は、例えば複数の画素の画素値を用いてパノラマ画像の1画素を補間演算で求める際に利用可能である。これらの(1),(2)の方法によっても、優先度のより高いフレーム画像の画素値を優先的に利用しつつ、画像合成を行うことが可能である。
B2.変形例2:
優先度P(Fn)を算出する式としては、上記(1)式以外の種々の式を使用することが可能であり、フレーム画像全体の相対的な移動量と、動体の移動量とのうちの少なくとも一方に基づいて優先度P(Fn)を決定することが可能である。この際、優先度P(Fn)として、フレーム画像全体の相対的な移動量を示す第1の動き指数と、フレーム画像内の動体の移動量を示す第2の動き指数とを総合した値を用いることができる。ここで、2つの動き指数を「総合する」とは、2つの動き指数の関数となっていることを意味している。
なお、フレーム画像全体の相対的な移動量を表す動き指数としては、撮影時にカメラで検出された手ぶれ情報を用いることも可能である。
B3.変形例3:
上記実施例では、元画像として動画内の複数フレーム画像を使用していたが、複数の静止画を元画像として使用することも可能である。また、本発明は、パノラマ画像(1枚の元画像よりも大きな面積を有するもの)を合成する場合に限らず、一般に複数の元画像を合成して1枚の合成画像を作成する場合に適用可能である。
B4.変形例4:
上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、画像処理部300(図1)の機能の一部をハードウェア回路で実行することも可能である。
本発明の一実施例としての画像処理システムを示す説明図である。 実施例の処理手順を示すフローチャートである。 パノラマ合成用のウィンドウの一例を示す説明図である。 画像表示領域GDA内にフレーム重畳画像FOMが表示された例を示す説明図である。 合成期間内の6枚のフレーム画像F1〜F6からフレーム重畳画像FOMが作成される様子を示す説明図である。 合成領域CAを指定する様子を示す説明図である。 動体の面積と移動量の算出方法の一例を示す説明図である。 優先度P(Fn)を用いたパノラマ画像の合成処理の概要を示す説明図であ る ステップS24の詳細手順を示すフローチャートである。
符号の説明
100…デジタルビデオカメラ
200…コンピュータ
300…画像処理部
310…ユーザインタフェース部
320…フレーム相対位置算出部
330…動体抽出部
340…優先度決定部
350…合成画像作成部
360…動画格納部

Claims (11)

  1. 所定の順序で配列された複数の元画像から1つの合成画像を作成するための画像処理装置であって、
    各元画像全体の相対的な移動量と、各元画像内に存在する動体の移動量とのうちの少なくとも一方に基づいて、前記移動量が少ないほど優先度が高くなるように各元画像の優先度を決定する優先度決定部と、
    前記優先度の高い元画像の画素値を優先的に利用しつつ前記複数の元画像から1つの合成画像を合成する合成画像作成部と、
    を備えることを特徴とする画像処理装置。
  2. 請求項1記載の画像処理装置であって、
    前記合成画像作成部は、前記合成画像の領域の中で、前記最も優先度の高い元画像から前記合成画像に流用した画像部分の面積が、他の元画像から前記合成画像に流用した画像部分の面積よりも大きくなるように前記合成を行う、画像処理装置。
  3. 請求項1記載の画像処理装置であって、
    前記合成画像作成部は、前記最も優先度の高い元画像と他の元画像とが重なる領域において、前記最も優先度の高い元画像の画素を、他の元画像の画素よりも多く用いて前記合成を行う、画像処理装置。
  4. 請求項1記載の画像処理装置であって、
    前記合成画像作成部は、前記最も優先度の高い元画像と他の元画像とが重なる領域において、前記最も優先度の高い元画像の画素の重みとして、他の元画像の画素の重みよりも大きな値を使用した補間演算を用いて前記合成を行う、画像処理装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載の画像処理装置であって、
    前記優先度決定部は、各元画像に関して、前記元画像全体の相対的な移動量を示す第1の動き指数と、前記動体の移動量を示す第2の動き指数とを算出し、前記第1と第2の動き指数を総合して前記優先度を決定する、画像処理装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれかに記載の画像処理装置であって、
    前記優先度は、前記元画像全体の相対的な移動量が大きいほど小さく、前記動体の移動量が大きいほど小さく、前記動体の面積が大きいほど小さくなるように設定される、画像処理装置。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載の画像処理装置であって、
    前記合成画像は、1枚の元画像よりも大きな面積を有するパノラマ画像である、画像処理装置。
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載の画像処理装置であって、さらに、
    前記複数の元画像の相対的な移動量を算出するとともに、前記相対的な移動量に応じて前記複数の元画像を重ね合わせた重畳画像を表示デバイス上に表示させる相対位置算出部を備え、
    前記合成画像生成部は、前記重畳画像上においてユーザから指定された範囲の合成画像を生成する、画像処理装置。
  9. 請求項8記載の画像処理装置であって、
    前記相対位置算出部は、前記合成画像に適したサイズを示す枠として、1枚の元画像よりも大きな面積を有するパノラマ画像としての適切なサイズを示す枠を前記重畳画像上に表示する、画像処理装置。
  10. 所定の順序で配列された複数の元画像から1つの合成画像を作成する方法であって、
    (a)各元画像全体の相対的な移動量と、各元画像内に存在する動体の移動量とのうちの少なくとも一方に基づいて各元画像の優先度を決定する工程と、
    前記優先度の高い元画像の画素値を優先的に利用しつつ前記複数の元画像から1つの合成画像を合成する工程と、
    を備えることを特徴とする方法。
  11. 所定の順序で配列された複数の元画像から1つの合成画像を作成するためのコンピュータプログラムであって、
    各元画像全体の相対的な移動量と、各元画像内に存在する動体の移動量とのうちの少なくとも一方に基づいて各元画像の優先度を決定する優先度決定機能と、
    前記優先度の高い元画像の画素値を優先的に利用しつつ前記複数の元画像から1つの合成画像を合成する合成画像作成機能と、
    をコンピュータに実現させるコンピュータプログラム。
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