JP2005310190A - Method and apparatus for interpolating image - Google Patents

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Giyouzo Akiyoshi
仰三 秋吉
Nobuo Akiyoshi
信雄 秋吉
Shinya Miura
伸也 三浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that misunderstanding are likely to occur with electronic communications because of difficulty in conveying feelings. <P>SOLUTION: A key frame storage part 16 holds a plurality of key frames depicting facial expressions. An intermediate frame position acquiring part 14 acquires the position of an intermediate frame depicting an intermediate facial expression, based on its relationship with the other key frames. A matching processor 18 calculates matching between the key frames surrounding the intermediate frame. An intermediate frame generating part 22 generates the intermediate frame according to the matching result. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、画像補間技術に関し、とくにデジタル画像補間方法と装置、および画像処理方法と装置に関する。   The present invention relates to an image interpolation technique, and more particularly to a digital image interpolation method and apparatus, and an image processing method and apparatus.

インターネットが一般社会に広く浸透し、現在ではビジネスや学術目的以外にもインターネットが盛んに利用されている。普及の要因には、PC(パーソナルコンピュータ)や携帯電話の低廉化、ネットワーク基盤の充実化などが挙げられる。その結果、個人の情報発信や情報収集が容易になり、また電子メールが万人にとって有用なコミュニケーションツールとして認知されるに至った。電子メールは、電話のように相手の時間を拘束しないためいつでも気軽に発信でき、その内容は手紙よりも会話に近い場合が多い。     The Internet has spread widely in the general society, and now the Internet is actively used for business and academic purposes. Factors for widespread use include lower prices of personal computers (PCs) and mobile phones, and enhancement of network infrastructure. As a result, personal information transmission and information collection became easier, and e-mail was recognized as a useful communication tool for everyone. E-mails can be easily sent at any time because they do not limit the other party's time like telephone calls, and their contents are often closer to conversation than letters.

このような電子媒体を利用したコミュニケーションが登場するまでは、これに相当するものとして紙媒体を使った手紙やファクシミリが主流となっていた。しかし、特定の相手と短いメッセージを頻繁にやり取りするような会話的な用途には向いておらず、その意味でも電子メールよりも手軽さの面で劣る。   Until communication using such electronic media appeared, letters and facsimiles using paper media were the mainstream equivalents. However, it is not suitable for conversational use such as frequently exchanging short messages with a specific partner, and in that sense, it is inferior in terms of convenience compared to e-mail.

しかしながら、会話の感覚でなされる発話内容をそのまま文章化しても、実際には会話において加えられる抑揚や視覚的な感情表現は必ずしも文面には表れず、相手に誤解を生じさせてしまうこともある。その相手も聴覚的または視覚的に感情をとらえることはできず、その意図を文脈で推測する以外ない。したがって、発話内容が相手に誤解を生じさせかねないような場合は、電子メールといえども文章に相当の神経を使わなければならなくなる。   However, even if the utterances made in the sense of conversation are documented as they are, the inflections and visual emotional expressions that are actually added in the conversation do not necessarily appear in the text and may cause misunderstandings to the other party. . The other person can't catch emotions either audibly or visually, and only infer their intentions in context. Therefore, if the content of the utterance may cause misunderstanding for the other party, even if it is an e-mail, a considerable amount of nerves must be used for the sentence.

一方、電子メールにおいて相手に感情を伝える方法として、いわゆる顔文字が利用される場合がある。この顔文字は多種多様に考案されてはいるが、複雑に入り組んだ感情を伝える手段としては不十分である。   On the other hand, there are cases where so-called emoticons are used as a method of conveying emotions to the other party in electronic mail. Although this emoticon has been devised in a wide variety, it is insufficient as a means of conveying complicated emotions.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な感情を画像で表現するための画像補間および処理技術の提供にある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an image interpolation and processing technique for expressing complex emotions with images.

本発明は画像補間または処理技術に関するが、その技術は必ずしも静止画の処理だけをその用途とするものではない。たとえば、動画の生成処理やその圧縮技術もまったく同等に実現されるものであり、当然にそれも本発明の用途の範疇にある。   Although the present invention relates to image interpolation or processing techniques, the techniques are not necessarily limited to still image processing. For example, a moving image generation process and a compression technique thereof are also realized in the same manner, and of course, it falls within the scope of the application of the present invention.

本発明のある態様は、画像補間方法に関する。この方法は以下の工程を含む。
(1)任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む2枚のキーフレームからなる第1画像対と、それら2枚のキーフレーム間の第1対応点情報を取得する工程
(2)任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む2枚のキーフレームからなる第2画像対と、それら2枚のキーフレーム間の第2対応点情報を取得する工程
(3)第1画像対の2枚のキーフレーム間に時間的または空間的に定まる第1軸と第2画像対の2枚のキーフレーム間に時間的または空間的に定まる第2軸の位置関係、第1対応点情報、および第2対応点情報を利用して、中間的な表情の顔が写し出されるべき中間フレームを補間によって生成する工程。
One embodiment of the present invention relates to an image interpolation method. This method includes the following steps.
(1) A step of acquiring a first image pair composed of two key frames each including a face photographed with an arbitrary expression as a subject, and first corresponding point information between the two key frames. (2) Optional A step of acquiring a second image pair composed of two key frames each including a face captured with the expression of (2) and a second corresponding point information between the two key frames. (3) Positional relationship between a first axis determined temporally or spatially between two key frames and a second axis determined temporally or spatially between two key frames of the second image pair, first corresponding point information, And a step of generating an intermediate frame in which an intermediate facial expression should be projected by using the second corresponding point information.

(1)(2)において第1対応点情報、第2対応点情報は、ともにキーフレームどうしのマッチングによって求めてもよい。(3)において、第1軸と第2軸を利用して2軸補間(bilinear interpolation)を行ってもよい。一例として、2つの視点p1(0,0)、p2(0,100)から得たキーフレームを第1画像対とし、別の2つの視点p3(100,0)、p4(100,100)から得たキーフレームを第2画像対とする。点p1とp2を結ぶ直線が第1軸、点p3とp4を結ぶ直線が第2軸に当たる。   (1) In (2), both the first corresponding point information and the second corresponding point information may be obtained by matching key frames. In (3), biaxial interpolation may be performed using the first axis and the second axis. As an example, a key frame obtained from two viewpoints p1 (0, 0) and p2 (0, 100) is used as a first image pair, and another two viewpoints p3 (100, 0) and p4 (100, 100) are used. The obtained key frame is set as the second image pair. A straight line connecting points p1 and p2 corresponds to the first axis, and a straight line connecting points p3 and p4 corresponds to the second axis.

中間フレームとして、視点p‘=(50,50)から見た画像を得る場合、まず第1画像対の間の対応点情報をもとに視点(0,50)からのフレームを生成する。つぎに第2画像対の間の対応点情報をもとに視点(100,50)からの別のフレームを生成する。つづいて、これらふたつのフレームに補間を施し、すなわちこの場合1:1で内分し、所望の中間フレームが生成される。ここで、縦横両方向の補間をするためには、一般には、第1軸と第2軸が同一直線上にこないよう第1画像対と第2画像対を定めればよい。   When an image viewed from the viewpoint p ′ = (50, 50) is obtained as an intermediate frame, first, a frame from the viewpoint (0, 50) is generated based on the corresponding point information between the first image pair. Next, another frame from the viewpoint (100, 50) is generated based on the corresponding point information between the second image pair. Subsequently, these two frames are interpolated, that is, in this case, internally divided by 1: 1, and a desired intermediate frame is generated. Here, in order to perform interpolation in both vertical and horizontal directions, in general, the first image pair and the second image pair may be determined so that the first axis and the second axis do not come on the same straight line.

なお、この例では第1軸、第2軸は、それぞれ2枚のキーフレーム間に空間的に定まるが、時間的に定まる別の例もある。たとえば、ひとつの視点Pから時刻t=t0とt1に得たふたつのキーフレームを第1画像対とし、別の視点Qから時刻t=t0とt1に得たふたつのキーフレームを第2画像対とする。この場合、第1画像対において(P,t0)で定義される点と(P,t1)で定義される点を結ぶ直線が第1軸となり、同様に第2画像対において(Q,t0)で定義される点と(Q,t1)で定義される点を結ぶ直線が第2軸となる。したがって、中間フレームを例えば点((P+Q)/2,(t0+t1)/2)からの画像とすれば、それぞれふたつの軸の中間的な画像を生成した後、これらを補間すればよい。以下、時間も空間も単に4次元のうちのパラメータとして特別に分けて考えることはしない。   In this example, the first axis and the second axis are spatially determined between two key frames, but there is another example in which the first axis and the second axis are temporally determined. For example, two key frames obtained at time t = t0 and t1 from one viewpoint P are set as a first image pair, and two key frames obtained at time t = t0 and t1 from another viewpoint Q are set as a second image pair. And In this case, a straight line connecting the point defined by (P, t0) and the point defined by (P, t1) in the first image pair becomes the first axis, and similarly (Q, t0) in the second image pair. A straight line connecting the point defined by (Q) and the point defined by (Q, t1) is the second axis. Therefore, if the intermediate frame is, for example, an image from the point ((P + Q) / 2, (t0 + t1) / 2), an intermediate image of two axes may be generated and then interpolated. In the following, neither time nor space is considered as a special parameter in the four dimensions.

取得した複数のキーフレームを所定の間隔でマトリクス状に配置して画面に表示させる工程と、その画面における任意の点をユーザに指定させる工程と、をさらに含み、その指定された点と各キーフレームの位置関係をもとに補間を行ってもよい。第1画像対の2枚のキーフレームおよび第2画像対の2枚のキーフレームは、それぞれ同一人物の異なる表情で写された顔画像であってもよい。「補間」は、内挿補間(interpolation)の他、外挿補間(exterpolation)であってもよい。例えば、複数の画像が配置されたマトリクスの外側でユーザが任意の点を指定した場合であっても外挿補間により中間フレームが生成される。「マトリクス状」の語は、複数のキーフレームの配置を行列のかたちに限定する趣旨ではなく、例えば3枚のキーフレームを三角形状に配置してもよいし、それ以上の枚数のキーフレームをそれらが一直線上に位置しないよう任意のかたちに配置してもよい。   The method further includes a step of arranging a plurality of acquired key frames in a matrix at predetermined intervals and displaying the same on a screen, and a step of allowing a user to specify an arbitrary point on the screen. The specified point and each key Interpolation may be performed based on the positional relationship of the frames. The two key frames of the first image pair and the two key frames of the second image pair may be face images captured with different expressions of the same person. The “interpolation” may be not only interpolation but also extrapolation. For example, an intermediate frame is generated by extrapolation even when the user designates an arbitrary point outside a matrix in which a plurality of images are arranged. The term “matrix” is not intended to limit the arrangement of a plurality of key frames to a matrix, but for example, three key frames may be arranged in a triangular shape, or more key frames may be arranged. You may arrange | position in arbitrary forms so that they may not be located on a straight line.

第1画像対の2枚のキーフレームのうち1枚と、第2画像対の2枚のキーフレームのうち1枚を共通化し、第1軸と第2軸を二辺とする三角形を基礎に前記補間を行ってもよい。また、第1画像対の2枚のキーフレームと第2画像対の2枚のキーフレームを共通化せず、第1軸と第2軸を対向する二辺とする四辺形を基礎に前記補間を行ってもよい。第1、第2対応点情報を検出する場合、その工程は、2枚のキーフレームにおいてそれぞれ二次元的な探索を行って検出した特異点の対応をもとに画素単位のマッチング計算を行ってもよい。その検出する工程は、2枚のキーフレームをそれぞれ前記特異点を抽出することによって多重解像度化したうえで、同一解像度レベル間で画像単位のマッチング計算を行い、その結果を異なる解像度レベルにおけるマッチング計算に継承しながら、最終的に最も解像度の細かいレベルにおける画素単位の対応関係を取得してもよい。   One of the two key frames of the first image pair and one of the two key frames of the second image pair are shared, and based on a triangle with the first and second axes as two sides The interpolation may be performed. Also, the two key frames of the first image pair and the two key frames of the second image pair are not shared, and the interpolation is based on a quadrilateral having two sides opposite to each other, the first axis and the second axis. May be performed. When detecting the first and second corresponding point information, the process performs a pixel-by-pixel matching calculation based on the correspondence between the singular points detected by two-dimensional search in each of the two key frames. Also good. The detecting step is to perform multi-resolution matching by extracting the singular points of each of the two key frames, and then performing matching calculation in units of images between the same resolution levels, and then calculating the matching results at different resolution levels. In this case, the pixel unit correspondence at the finest resolution level may be finally obtained.

本発明の別の態様は、画像補間装置に関する。この装置は、任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む複数のキーフレームを記憶するユニットと、中間的な表情の顔が写し出されるべき中間フレームの時間的または空間的な位置情報をキーフレームとの関係において取得するユニットと、それぞれが2枚のキーフレームからなる第1画像対、第2画像対についてそれぞれ定まる対応点情報、および前記位置情報をもとに中間フレームを補間処理にて生成するユニットとを含み、第1画像対の2枚のキーフレーム間に時間的または空間的に定まる第1軸と第2画像対の2枚のキーフレーム間に時間的または空間的に定まる第2軸が同一直線上にこないようそれらの画像対が選定される。この装置はさらに、対応点情報を生成するマッチングプロセッサを含んでもよい。   Another aspect of the present invention relates to an image interpolation apparatus. This device stores a plurality of key frames each containing a face captured with an arbitrary facial expression as a subject, and temporal or spatial positional information of the intermediate frame on which an intermediate facial expression is to be projected. Interpolating the intermediate frame based on the unit acquired in relation to the frame, the corresponding point information determined for each of the first image pair and the second image pair each consisting of two key frames, and the position information A first axis that is temporally or spatially defined between the two key frames of the first image pair and a temporal axis that is temporally or spatially defined between the two key frames of the second image pair. Those image pairs are selected so that the two axes do not come on the same straight line. The apparatus may further include a matching processor that generates corresponding point information.

前述の特異点を用いるマッチング方法は、本出願人が先に特許第2927350号にて提案した技術(以下「前提技術」という)の応用であり、前記検出する工程に好適である。ただし、前提技術は縦横にわたる補間には触れていない。本発明の新しい技術により、例えば表情の異なる複数の顔画像から中間的な表情をした顔画像を生成することができる。   The above-described matching method using singular points is an application of the technique (hereinafter referred to as “premise technique”) previously proposed by the present applicant in Japanese Patent No. 2927350, and is suitable for the detecting step. However, the base technology does not touch on vertical and horizontal interpolation. With the new technique of the present invention, for example, a face image having an intermediate expression can be generated from a plurality of face images having different expressions.

複数のキーフレームを所定の間隔でマトリクス状に配置して画面に表示させるユニットと、中間フレームの時間的または空間的な位置に関する指定を外部から入力するためのユーザインタフェイスをさらに含んでもよい。第1画像対の2枚のキーフレームおよび第2画像対の2枚のキーフレームは、それぞれ同一人物の異なる表情で写された顔画像であってもよい。   It may further include a unit that arranges a plurality of key frames in a matrix at predetermined intervals and displays them on the screen, and a user interface for inputting designation regarding the temporal or spatial position of the intermediate frame from the outside. The two key frames of the first image pair and the two key frames of the second image pair may be face images captured with different expressions of the same person.

キーフレーム間の対応点を記述した対応点ファイルを複数準備または取得し、それらの間に混合処理を施すことにより新たな対応点ファイルを生成してもよい。「混合処理」は例えば2軸に関する補間(Bilinear interpolation)である。対応点ファイルの取得のために、後述のマッチングプロセッサを利用してもよい。こうして生成された新たな対応点ファイルをもとに、前記キーフレーム間の中間フレームを補間によって生成する処理をさらに含んでもよい。   A plurality of corresponding point files describing corresponding points between key frames may be prepared or acquired, and a new corresponding point file may be generated by performing a mixing process therebetween. The “mixing process” is, for example, bilinear interpolation. In order to obtain the corresponding point file, a matching processor described later may be used. A process of generating an intermediate frame between the key frames by interpolation based on the new corresponding point file thus generated may be further included.

本発明のさらに別の態様もまた、画像補間方法に関する。この方法は、諸表情に対応する複数の画像をユーザに対して表示する工程と、それらの画像の混合に関する指示をユーザから取得する工程と、その指示にしたがい、当初は存在しなかった表情に対応する新たな画像を生成する工程と、を含み、その指示は、混合の際に複数の画像の配合比を内包する形にて取得される。その配合比は複数の画像が表示される画面において、それらの画像の表示位置とユーザが当該画面上で指示を入力する作用位置との関係から定まってもよい。   Yet another embodiment of the present invention also relates to an image interpolation method. This method includes a step of displaying a plurality of images corresponding to various facial expressions to the user, a step of obtaining an instruction regarding the mixing of the images from the user, and an expression that did not originally exist according to the instructions. Generating a corresponding new image, and the instruction is acquired in a form including a blending ratio of the plurality of images at the time of mixing. The blending ratio may be determined from the relationship between the display position of the images on the screen on which a plurality of images are displayed and the action position at which the user inputs an instruction on the screen.

本発明のさらに別の態様は、画像エディタに関する。この画像エディタは、諸表情に対応する複数の画像をユーザに対して表示する機能と、それらの画像の混合に関する指示をユーザから取得する機能と、その指示にしたがい、当初は存在しなかった表情に対応する新たな画像を生成する機能と、を備え、その指示は、混合の際に複数の画像の配合比を内包する形にて取得される。   Yet another aspect of the present invention relates to an image editor. This image editor has a function for displaying a plurality of images corresponding to various facial expressions to the user, a function for obtaining an instruction regarding mixing of those images from the user, and an expression that did not exist at the beginning according to the instructions. And a function for generating a new image corresponding to the information, and the instruction is acquired in a form including a mixture ratio of a plurality of images at the time of mixing.

本発明のさらに別の態様もまた、画像補間方法に関する。この方法は、諸表情に対応する少なくとも3枚の画像に補間処理を施すことにより、当初は存在しなかった表情に対応する新たな画像を生成する。   Yet another embodiment of the present invention also relates to an image interpolation method. This method generates a new image corresponding to a facial expression that did not originally exist by performing interpolation processing on at least three images corresponding to various facial expressions.

なお、本発明は前提技術を必須とはしない。また、以上の各構成、工程を任意に入れ替えたり、方法と装置の間で表現を一部または全部入れ替え、または追加したり、表現をコンピュータプログラム、記録媒体等に変更したものもまた、本発明として有効である。   In the present invention, the prerequisite technology is not essential. Further, the present invention also includes those in which the above configurations and processes are arbitrarily replaced, a part or all of expressions are replaced or added between the method and the apparatus, or expressions are changed to computer programs, recording media, and the like. It is effective as

はじめに、実施の形態で利用する多重解像度特異点フィルタ技術とそれを用いた画像マッチング処理を「前提技術」として詳述する。これらの技術は本出願人がすでに特許第2927350号を得ている技術であり、本発明との組合せに最適である。本発明では、画像上にメッシュを設け、その格子点によって多数の画素を代表されるため、もともと前提技術のような画素単位のマッチング技術に対する適用効果が高いためである。ただし、実施の形態で採用可能な画像マッチング技術はこれに限られない。   First, the multi-resolution singularity filter technique used in the embodiment and the image matching process using the technique will be described in detail as a “premise technique”. These techniques are the techniques for which the present applicant has already obtained Patent No. 2927350, and are most suitable for combination with the present invention. In the present invention, a mesh is provided on an image, and a large number of pixels are represented by the lattice points. Therefore, the present invention has a high application effect on a pixel-by-pixel matching technique such as the premise technique. However, the image matching technique that can be employed in the embodiment is not limited to this.

図18以降、前提技術を利用した画像データ符号化および復号技術を具体的に説明する。
[前提技術の背景]
ふたつの画像の自動的なマッチング、つまり画像領域や画素どうしの対応付けは、コンピュータビジョンやコンピュータグラフィックスにおける最も難しくかつ重要なテーマのひとつである。例えば、あるオブジェクトに関して異なる視点からの画像間でマッチングがとれれば、他の視点からの画像を生成することができる。右目画像と左目画像のマッチングが計算できれば、立体画像を用いた写真測量も可能である。顔の画像のモデルと他の顔の画像のマッチングがとれたとき、目、鼻、口といった特徴的な顔の部分を抽出することができる。例えば人の顔と猫の顔の画像間でマッチングが正確にとられたとき、それらの中割画像を自動的に生成することでモーフィングを完全自動化することができる。
The image data encoding and decoding technology using the prerequisite technology will be specifically described below with reference to FIG.
[Background of prerequisite technology]
The automatic matching of two images, that is, the correspondence between image areas and pixels, is one of the most difficult and important themes in computer vision and computer graphics. For example, if matching is possible between images from different viewpoints for an object, an image from another viewpoint can be generated. If the matching between the right eye image and the left eye image can be calculated, photogrammetry using a stereoscopic image is also possible. When the face image model and other face images are matched, characteristic face parts such as eyes, nose and mouth can be extracted. For example, when matching is accurately performed between images of a human face and a cat's face, the morphing can be completely automated by automatically generating the intermediate images.

しかし従来一般に、ふたつの画像間の対応点は人がいちいち指定しなければならず、多大な作業工数を要した。この問題を解消するために数多くの対応点自動検出方法が提案されている。例えば、エピポーラ直線を用いることによって対応点の候補の数を減らす考えがある。しかし、その場合でも処理はきわめて複雑である。複雑さを低減するために、左目画像の各点の座標は通常右目画像でもほぼ同じ位置にあると想定される。しかし、こうした制約を設けると、大域的特徴及び局所的特徴を同時に満たすマッチングをとることは非常に困難になる。   However, in general, a corresponding point between two images has to be designated by a person one by one, which requires a lot of work. In order to solve this problem, many corresponding point automatic detection methods have been proposed. For example, there is an idea of reducing the number of corresponding point candidates by using an epipolar line. However, even in that case, the processing is extremely complicated. In order to reduce complexity, it is assumed that the coordinates of each point in the left-eye image are usually in the same position in the right-eye image. However, if such a restriction is provided, it becomes very difficult to perform matching that simultaneously satisfies the global feature and the local feature.

ボリュームレンダリングでは、ボクセルを構成するために一連の断面画像が用いられる。この場合、従来一般に、上方の断面画像における画素が下方の断面画像の同一箇所にある画素と対応すると仮定され、これらの画素のペアが内挿計算に用いられる。このようにきわめて単純な方法を用いるため、連続する断面間の距離が遠く、オブジェクトの断面形状が大きく変化する場合、ボリュームレンダリングで構築されたオブジェクトは不明瞭になりがちである。   In volume rendering, a series of cross-sectional images are used to construct a voxel. In this case, it is generally assumed that the pixels in the upper cross-sectional image correspond to the pixels at the same location in the lower cross-sectional image, and a pair of these pixels is used for the interpolation calculation. Since such a very simple method is used, an object constructed by volume rendering tends to be unclear when the distance between successive cross sections is long and the cross-sectional shape of the object changes greatly.

立体写真測量法など、エッジの検出を利用するマッチングアルゴリズムも多い。しかしこの場合、結果的に得られる対応点の数が少ないため、マッチングのとれた対応点間のギャップを埋めるべく、ディスパリティの値を内挿計算しなければならない。一般にあらゆるエッジ検出器は、それらが用いる局所的なウィンドウの中で画素の輝度が変化したとき、これが本当にエッジの存在を示唆するかどうかを判断することが難しい。エッジ検出器は、本来的にすべてハイパスフィルタであり、エッジと同時にノイズも拾ってしまう。   There are many matching algorithms that use edge detection, such as stereoscopic photogrammetry. However, in this case, since the number of corresponding points obtained as a result is small, the disparity value must be interpolated in order to fill the gap between matched corresponding points. In general, it is difficult for all edge detectors to determine if this really suggests the presence of an edge when the pixel brightness changes within the local window they use. The edge detector is essentially a high-pass filter, and picks up noise at the same time as the edge.

さらに別の手法として、オプティカルフローが知られている。二枚の画像が与えられたとき、オプティカルフローでは画像内のオブジェクト(剛体)の動きを検出する。その際、オブジェクトの各画素の輝度は変化しないと仮定する。オプティカルフローでは例えば(u,v)のベクトル場の滑らかさといった、いくつかの付加的な条件とともに、各画素の動きベクトル(u,v)を計算する。しかし、オプティカルフローでは画像間の大域的な対応関係を検出することはできない。画素の輝度の局所的な変化に注目するのみであり、画像の変位が大きい場合、システムの誤差は顕著になる。   As another method, optical flow is known. When two images are given, the optical flow detects the movement of an object (rigid body) in the image. At that time, it is assumed that the luminance of each pixel of the object does not change. In the optical flow, the motion vector (u, v) of each pixel is calculated together with some additional conditions such as the smoothness of the vector field of (u, v). However, the optical flow cannot detect a global correspondence between images. Only the local change in the luminance of the pixel is noticed, and when the displacement of the image is large, the error of the system becomes remarkable.

画像の大域的な構造を認識するために、多重解像度フィルタも数多く提案されてきた。それらは線形フィルタと非線形フィルタに分類される。前者の例としてウェーブレットがあるが、線形フィルタは一般に、画像マッチングにはさして有用ではない。なぜなら、極値をとる画素の輝度に関する情報がそれらの位置情報とともに次第に不鮮明になるためである。図1(a)と図1(b)は顔の画像に対して平均化フィルタを適用した結果を示している。同図のごとく、極値をとる画素の輝度が平均化によって次第に薄れるとともに、位置も平均化の影響でシフトしていく。その結果、目(輝度の極小点)の輝度や位置の情報は、このような粗い解像度レベルで曖昧になり、この解像度では正しいマッチングを計算することができない。したがって、粗い解像度レベルを設けるのが大域的なマッチングのためでありながら、ここで得られたマッチングは画像の本当の特徴(目、つまり極小点)に正確に対応しない。より精細な解像度レベルで目が鮮明に現れたとしても、大域的なマッチングをとる際に混入した誤差は、もはや取り返しがつかない。入力画像にスムージング処理を加えることにより、テクスチャ領域のステレオ情報が落ちてしまうこともすでに指摘されている。   Many multi-resolution filters have been proposed to recognize the global structure of an image. They are classified into linear filters and nonlinear filters. A wavelet is an example of the former, but linear filters are generally not very useful for image matching. This is because information on the luminance of pixels having extreme values gradually becomes unclear together with their position information. FIG. 1A and FIG. 1B show the results of applying an averaging filter to a face image. As shown in the figure, the luminance of the pixels having extreme values gradually fades by averaging, and the position shifts due to the averaging. As a result, the brightness and position information of the eyes (minimum brightness points) is ambiguous at such a coarse resolution level, and correct matching cannot be calculated at this resolution. Thus, while providing a coarse resolution level is for global matching, the matching obtained here does not accurately correspond to the true features of the image (eyes, ie, local minima). Even if the eyes appear clearly at a finer resolution level, the error introduced when performing global matching is no longer irreversible. It has already been pointed out that the stereo information in the texture area is lost by applying a smoothing process to the input image.

一方、最近地形学の分野で利用されはじめた非線形フィルタとして一次元の「ふるい(sieve)」演算子がある。この演算子は、所定の大きさの一次元ウィンドウ内の極小値(または極大値)を選択することにより、縮尺と空間の因果関係を保存しながら画像にスムージング処理を加える。その結果得られる画像は元の画像と同じ大きさであるが、小さな波の成分が取り除かれているため、より単純になる。画像の情報を落とすという点で、この演算子は広い意味での「多重解像度フィルタ」に分類することはできるが、実際にはウェーブレットのように画像の解像度を変えながら画像を階層化するわけではなく(つまり狭い意味での多重解像度フィルタではなく)、画像間の対応の検出には利用できない。   On the other hand, there is a one-dimensional “sieve” operator as a nonlinear filter which has recently been used in the field of topography. This operator adds a smoothing process to an image while preserving the causal relationship between the scale and space by selecting a minimum value (or maximum value) within a one-dimensional window of a predetermined size. The resulting image is the same size as the original image, but is simpler because small wave components have been removed. This operator can be classified as a “multi-resolution filter” in a broad sense in terms of reducing image information, but in reality it does not layer images while changing the resolution of the image like a wavelet. (Ie, not a multi-resolution filter in a narrow sense) and cannot be used to detect correspondence between images.

[前提技術が解決しようとする課題]
以上をまとめれば以下の課題が認められる。
1.画像の特徴を正確に、かつ比較的簡単な処理で把握する画像処理方法が乏しかった。特に、特徴のある点に関する情報、例えば画素値や位置を維持しながら特徴を抽出できる画像処理方法に関する有効な提案が少なかった。
2.画像の特徴をもとに対応点を自動検出する場合、一般に処理が複雑であるか、ノイズ耐性が低いなどの欠点があった。また、処理に際していろいろな制約を設ける必要があり、大域的特徴及び局所的特徴を同時に満たすマッチングをとることが困難だった。
3.画像の大域的な構造または特徴を認識するために多重解像度フィルタを導入しても、そのフィルタが線形フィルタの場合、画素の輝度情報と位置情報が曖昧になった。その結果、対応点の把握が不正確になりやすかった。非線形フィルタである一次元ふるい演算子は画像を階層化しないため、画像間の対応点の検出には利用できなかった。
4.これらの結果、対応点を正しく把握しようとすれば、結局人手による指定に頼るほか有効な手だてがなかった。
[Problems that the underlying technology is trying to solve]
In summary, the following issues are recognized.
1. There have been few image processing methods for accurately grasping image characteristics with relatively simple processing. In particular, there have been few effective proposals relating to an image processing method capable of extracting information while maintaining information on characteristic points, for example, pixel values and positions.
2. When automatically detecting corresponding points based on image features, there are generally drawbacks such as complicated processing and low noise resistance. In addition, it is necessary to set various restrictions in processing, and it is difficult to achieve matching that simultaneously satisfies the global feature and the local feature.
3. Even when a multi-resolution filter is introduced to recognize the global structure or features of an image, if the filter is a linear filter, the pixel luminance information and position information become ambiguous. As a result, it was easy to grasp the corresponding points inaccurately. The one-dimensional sieving operator which is a non-linear filter cannot be used to detect corresponding points between images because the images are not hierarchized.
4). As a result, in order to grasp the corresponding points correctly, there was no effective means other than relying on manual designation after all.

前提技術はこれらの課題の解決を目的としてなされたものであり、画像処理の分野において、画像の特徴の的確な把握を可能にする技術を提供するものである。   The base technology has been made for the purpose of solving these problems, and provides a technology that enables accurate understanding of image characteristics in the field of image processing.

[前提技術が課題を解決するための手段]
この目的のために前提技術のある態様は、新たな多重解像度の画像フィルタを提案する。この多重解像度フィルタは画像から特異点を抽出する。したがって、特異点フィルタともよばれる。特異点とは画像上特徴をもつ点をいう。例として、ある領域において画素値(画素値とは、色番号、輝度値など画像または画素に関する任意の数値を指す)が最大になる極大点、最小になる極小点、ある方向については最大だが別の方向については最小になるような鞍点がある。特異点は位相幾何学上の概念であってもよい。ただし、その他どのような特徴を有してもよい。いかなる性質の点を特異点と考えるかは、前提技術にとって本質問題ではない。
[Means for prerequisite technology to solve problems]
For this purpose, an aspect of the base technology proposes a new multi-resolution image filter. This multi-resolution filter extracts singularities from the image. Therefore, it is also called a singular point filter. A singular point is a point having an image feature. For example, in a certain area, the pixel value (pixel value refers to any numerical value related to the image or pixel, such as color number, luminance value, etc.) is the maximum point, the minimum point where the pixel value is minimum, There is a saddle point that minimizes the direction of. The singularity may be a topological concept. However, it may have any other characteristics. It is not an essential problem for the underlying technology what kind of property is considered a singularity.

この態様では、多重解像度フィルタを用いた画像処理が行われる。まず検出工程において、第一の画像に対し、二次元的な探索を行って特異点が検出される。つぎに生成工程において、検出された特異点を抽出して第一の画像よりも解像度の低い第二の画像が生成される。第二の画像には第一の画像のもつ特異点が引き継がれる。第二の画像は第一の画像よりも解像度が低いため、画像の大域的な特徴の把握に好適である。   In this aspect, image processing using a multi-resolution filter is performed. First, in the detection step, a singular point is detected by performing a two-dimensional search on the first image. Next, in the generating step, the detected singular point is extracted to generate a second image having a resolution lower than that of the first image. The singularity of the first image is inherited in the second image. Since the second image has a lower resolution than the first image, it is suitable for grasping the global characteristics of the image.

前提技術の別の態様は特異点フィルタを用いた画像マッチング方法に関する。この態様では、始点画像と終点画像間のマッチングがとられる。始点画像および終点画像とは、ふたつの画像の区別のために便宜的に与えた名称であり、本質的な違いはない。   Another aspect of the base technology relates to an image matching method using a singular point filter. In this aspect, matching is performed between the start point image and the end point image. The start point image and the end point image are names given for convenience for distinguishing two images, and there is no essential difference.

この態様では、第一工程にて、始点画像に特異点フィルタを施して解像度の異なる一連の始点階層画像が生成される。第二工程では、終点画像に特異点フィルタを施して解像度の異なる一連の終点階層画像が生成される。始点階層画像、終点階層画像とは、それぞれ始点画像、終点画像を階層化して得られる画像群をいい、それぞれ最低2枚の画像からなる。つぎに第三工程において、始点階層画像と終点階層画像のマッチングが解像度レベルの階層の中で計算される。この態様によれば、多重解像度フィルタによって特異点に関連する画像の特徴が抽出され、および/または明確化されるため、マッチングが容易になる。マッチングのための拘束条件は特に必要としない。   In this aspect, in the first step, a singular point filter is applied to the start point image to generate a series of start point hierarchical images having different resolutions. In the second step, a singular point filter is applied to the end point image to generate a series of end point layer images having different resolutions. The starting point hierarchical image and the ending point hierarchical image are image groups obtained by hierarchizing the starting point image and the ending point image, respectively, and are each composed of at least two images. Next, in the third step, matching between the start point hierarchical image and the end point hierarchical image is calculated in the resolution level layer. According to this aspect, the feature of the image related to the singular point is extracted and / or clarified by the multi-resolution filter, so that matching is facilitated. There is no particular requirement for matching conditions.

前提技術のさらに別の態様も始点画像と終点画像のマッチングに関する。この態様では、予め複数のマッチング評価項目のそれぞれに関して評価式を設け、それらの評価式を統合して総合評価式を定義し、その総合評価式の極値付近に注目して最適マッチングを探索する。総合評価式は、評価式の少なくもひとつに係数パラメータを掛けたうえでそれらの評価式の総和として定義してもよく、その場合、総合評価式またはいずれかの評価式がほぼ極値をとる状態を検出して前記パラメータを決定してもよい。「極値付近」または「ほぼ極値をとる」としたのは、多少誤差を含んでいてもよいためである。多少の誤差は前提技術にはさして問題とならない。   Still another aspect of the base technology relates to matching of the start point image and the end point image. In this aspect, an evaluation formula is provided in advance for each of a plurality of matching evaluation items, the evaluation formulas are integrated to define a comprehensive evaluation formula, and an optimum matching is searched by focusing on the vicinity of the extreme value of the comprehensive evaluation formula. . The overall evaluation formula may be defined as the sum of the evaluation formulas after multiplying at least one of the evaluation formulas by the coefficient parameter. In this case, either the comprehensive evaluation formula or one of the evaluation formulas is almost extremal. The parameter may be determined by detecting a state. The reason that “near the extreme value” or “takes almost the extreme value” is because it may contain some errors. Some errors are not a problem over the base technology.

極値自体も前記パラメータに依存するため、極値の挙動、つまり極値の変化の様子をもとに、最適と考えられるパラメータを決定する余地が生じる。この態様はその事実を利用している。この態様によれば、元来調整の困難なパラメータの決定を自動化する途が拓かれる。   Since the extreme value itself also depends on the parameter, there is a room for determining an optimum parameter based on the behavior of the extreme value, that is, how the extreme value changes. This aspect takes advantage of that fact. According to this aspect, a way to automate the determination of parameters that are difficult to adjust by nature is opened.

[前提技術の実施の形態]
最初に[1]で前提技術の要素技術の詳述し、[2]で処理手順を具体的に説明する。さらに[3]で実験の結果を報告する。
[Embodiment of prerequisite technology]
First, the elemental technology of the prerequisite technology is described in detail in [1], and the processing procedure is specifically described in [2]. We will report the results of the experiment in [3].

[1]要素技術の詳細
[1.1]イントロダクション
特異点フィルタと呼ばれる新たな多重解像度フィルタを導入し、画像間のマッチングを正確に計算する。オブジェクトに関する予備知識は一切不要である。画像間のマッチングの計算は、解像度の階層を進む間、各解像度において計算される。その際、粗いレベルから精細なレベルへと順に解像度の階層を辿っていく。計算に必要なパラメータは、人間の視覚システムに似た動的計算によって完全に自動設定される。画像間の対応点を人手で特定する必要はない。
[1] Details of element technology [1.1] Introduction A new multi-resolution filter called a singular point filter is introduced to accurately calculate matching between images. No prior knowledge of objects is required. The calculation of matching between images is calculated at each resolution while proceeding through the resolution hierarchy. At that time, the resolution hierarchy is sequentially traced from the coarse level to the fine level. The parameters required for the calculation are set completely automatically by dynamic calculations similar to the human visual system. There is no need to manually identify corresponding points between images.

本前提技術は、例えば完全に自動的なモーフィング、物体認識、立体写真測量、ボリュームレンダリング、少ないフレームからの滑らかな動画像の生成などに応用できる。モーフィングに用いる場合、与えられた画像を自動的に変形することができる。ボリュームレンダリングに用いる場合、断面間の中間的な画像を正確に再構築することができる。断面間の距離が遠く、断面の形状が大きく変化する場合でも同様である。   The base technology can be applied to, for example, fully automatic morphing, object recognition, stereoscopic photogrammetry, volume rendering, and generation of a smooth moving image from a small number of frames. When used for morphing, a given image can be automatically transformed. When used for volume rendering, an intermediate image between cross sections can be accurately reconstructed. The same applies to the case where the distance between the cross sections is long and the cross-sectional shape changes greatly.

[1.2]特異点フィルタの階層
前提技術に係る多重解像度特異点フィルタは、画像の解像度を落としながら、しかも画像に含まれる各特異点の輝度及び位置を保存することができる。ここで画像の幅をN、高さをMとする。以下簡単のため、N=M=2(nは自然数)と仮定する。また、区間[0,N]⊂RをIと記述する。(i,j)における画像の画素をp(i,j)と記述する(i,j∈I)。
[1.2] Hierarchy of Singularity Filter The multi-resolution singularity filter according to the base technology can preserve the brightness and position of each singularity included in an image while reducing the resolution of the image. Here, the width of the image is N, and the height is M. Hereinafter, for simplicity, it is assumed that N = M = 2 n (n is a natural number). The section [0, N] NR is described as I. The pixel of the image at (i, j) is described as p (i, j) (i, jεI).

ここで多重解像度の階層を導入する。階層化された画像群は多重解像度フィルタで生成される。多重解像度フィルタは、もとの画像に対して二次元的な探索を行って特異点を検出し、検出された特異点を抽出してもとの画像よりも解像度の低い別の画像を生成する。ここで第mレベルにおける各画像のサイズは2×2(0≦m≦n)とする。特異点フィルタは次の4種類の新たな階層画像をnから下がる方向で再帰的に構築する。 Here, a multi-resolution hierarchy is introduced. The hierarchized image group is generated by a multi-resolution filter. The multi-resolution filter performs a two-dimensional search on the original image to detect singular points, and generates another image having a lower resolution than the original image even if the detected singular points are extracted. . Here, the size of each image at the m-th level is 2 m × 2 m (0 ≦ m ≦ n). The singularity filter recursively constructs the following four types of new hierarchical images in a direction descending from n.

Figure 2005310190
ただしここで、
Figure 2005310190
Where

Figure 2005310190
とする。以降これら4つの画像を副画像(サブイメージ)と呼ぶ。minx≦t≦x+1、maxx≦t≦x+1をそれぞれα及びβと記述すると、副画像はそれぞれ以下のように記述できる。
Figure 2005310190
And Hereinafter, these four images are called sub-images. If min x ≦ t ≦ x + 1 and max x ≦ t ≦ x + 1 are described as α and β, respectively, the sub-images can be described as follows.

(m,0)=α(x)α(y)p(m+1,0)
(m,1)=α(x)β(y)p(m+1,1)
(m,2)=β(x)α(y)p(m+1,2
(m,3)=β(x)β(y)p(m+1,3)
すなわち、これらはαとβのテンソル積のようなものと考えられる。副画像はそれぞれ特異点に対応している。これらの式から明らかなように、特異点フィルタはもとの画像について2×2画素で構成されるブロックごとに特異点を検出する。その際、各ブロックのふたつの方向、つまり縦と横について、最大画素値または最小画素値をもつ点を探索する。画素値として、前提技術では輝度を採用するが、画像に関するいろいろな数値を採用することができる。ふたつの方向の両方について最大画素値となる画素は極大点、ふたつの方向の両方について最小画素値となる画素は極小点、ふたつの方向の一方について最大画素値となるとともに、他方について最小画素値となる画素は鞍点として検出される。
P (m, 0) = α (x) α (y) p (m + 1,0)
P (m, 1) = α (x) β (y) p (m + 1,1)
P (m, 2) = β (x) α (y) p (m + 1, 2 )
P (m, 3) = β (x) β (y) p (m + 1,3)
That is, these are considered to be like tensor products of α and β. Each sub-image corresponds to a singular point. As is clear from these equations, the singularity filter detects a singularity for each block composed of 2 × 2 pixels in the original image. At this time, a point having the maximum pixel value or the minimum pixel value is searched for in two directions of each block, that is, vertical and horizontal. As the pixel value, luminance is adopted in the base technology, but various numerical values relating to the image can be adopted. The pixel with the maximum pixel value in both directions is the maximum point, the pixel with the minimum pixel value in both directions is the minimum point, the maximum pixel value in one of the two directions, and the minimum pixel value in the other direction Are detected as saddle points.

特異点フィルタは、各ブロックの内部で検出された特異点の画像(ここでは1画素)でそのブロックの画像(ここでは4画素)を代表させることにより、画像の解像度を落とす。特異点の理論的な観点からすれば、α(x)α(y)は極小点を保存し、β(x)β(y)は極大点を保存し、α(x)β(y)及びβ(x)α(y)は鞍点を保存する。   The singularity filter reduces the resolution of the image by representing the image (4 pixels here) of the block with the image (1 pixel here) of the singularity detected inside each block. From the theoretical point of view of singularities, α (x) α (y) preserves the minimum point, β (x) β (y) preserves the maximum point, α (x) β (y) and β (x) α (y) preserves saddle points.

はじめに、マッチングをとるべき始点(ソース)画像と終点(デスティネーション)画像に対して別々に特異点フィルタ処理を施し、それぞれ一連の画像群、すなわち始点階層画像と終点階層画像を生成しておく。始点階層画像と終点階層画像は、特異点の種類に対応してそれぞれ4種類ずつ生成される。   First, the singular point filtering process is separately performed on the start point (source) image and the end point (destination) image to be matched, and a series of images, that is, a start point hierarchical image and an end point hierarchical image are generated. Four types of start point hierarchical images and end point hierarchical images are generated corresponding to the types of singular points.

この後、一連の解像度レベルの中で始点階層画像と終点階層画像のマッチングがとれらていく。まずp(m,0)を用いて極小点のマッチングがとられる。次に、その結果に基づき、p(m,1)を用いて鞍点のマッチングがとられ、p(m,2)を用いて他の鞍点のマッチングがとられる。そして最後にp(m,3)を用いて極大点のマッチングがとられる。 Thereafter, matching between the start point layer image and the end point layer image is performed within a series of resolution levels. First, a minimum point is matched using p (m, 0) . Next, based on the result, saddle points are matched using p (m, 1) , and other saddle points are matched using p (m, 2) . Finally, the maximum points are matched using p (m, 3) .

図1(c)と図1(d)はそれぞれ図1(a)と図1(b)の副画像p(5,0)を示している。同様に、図1(e)と図1(f)はp(5,1)、図1(g)と図1(h)はp(5,2)、図1(i)と図1(j)はp(5,3)をそれぞれ示している。これらの図からわかるとおり、副画像によれば画像の特徴部分のマッチングが容易になる。まずp(5,0)によって目が明確になる。目は顔の中で輝度の極小点だからである。p(5,1)によれば口が明確になる。口は横方向で輝度が低いためである。p(5,2)によれば首の両側の縦線が明確になる。最後に、p(5,3)によって耳や頬の最も明るい点が明確になる。これらは輝度の極大点だからである。 FIGS. 1C and 1D show the sub-image p (5, 0) of FIGS. 1A and 1B, respectively. Similarly, FIG. 1 (e) and FIG. 1 (f) are p (5,1) , FIG. 1 (g) and FIG. 1 (h) are p (5,2) , FIG. 1 (i) and FIG. j) represents p (5, 3) , respectively. As can be seen from these figures, the sub-image facilitates the matching of the feature portions of the image. First, the eye becomes clear by p (5, 0) . This is because the eyes are the minimum brightness points in the face. According to p (5, 1) , the mouth becomes clear. This is because the mouth is low in luminance in the horizontal direction. According to p (5, 2) , the vertical lines on both sides of the neck become clear. Finally, p (5, 3) clarifies the brightest point on the ears and cheeks. This is because these are the maximum points of luminance.

特異点フィルタによれば画像の特徴が抽出できるため、例えばカメラで撮影された画像の特徴と、予め記録しておいたいくつかのオブジェクトの特徴を比較することにより、カメラに映った被写体を識別することができる。   The feature of the image can be extracted by using the singular point filter. For example, by comparing the features of the image captured by the camera with the features of several objects that have been recorded in advance, the subject reflected in the camera is identified. can do.

[1.3]画像間の写像の計算
始点画像の位置(i,j)の画素をp(n) (i,j)と書き、同じく終点画像の位置(k,l)の画素をq(n) (k,l)で記述する。i,j,k,l∈Iとする。画像間の写像のエネルギー(後述)を定義する。このエネルギーは、始点画像の画素の輝度と終点画像の対応する画素の輝度の差、及び写像の滑らかさによって決まる。最初に最小のエネルギーを持つp(m,0)とq(m,0)間の写像f(m,0):p(m,0)→q(m,0)が計算される。f(m,0)に基づき、最小エネルギーを持つp(m,1)、q(m,1)間の写像f(m,1)が計算される。この手続は、p(m,3)とq(m,3)の間の写像f(m,3)の計算が終了するまで続く。各写像f(m,i)(i=0,1,2,…)を副写像と呼ぶことにする。f(m,i)の計算の都合のために、iの順序は次式のように並べ替えることができる。並べ替えが必要な理由は後述する。
[1.3] Calculation of mapping between images The pixel at the position (i, j) of the start point image is written as p (n) (i, j), and the pixel at the position (k, l) of the end point image is also q ( n) Describe by (k, l) . Let i, j, k, lεI. Defines the energy of mapping between images (described later). This energy is determined by the difference between the luminance of the pixel of the start point image and the luminance of the corresponding pixel of the end point image, and the smoothness of the mapping. First, a mapping f (m, 0) : p (m, 0) → q (m, 0) between p (m, 0) and q (m, 0) having the minimum energy is calculated. Based on f (m, 0) , a mapping f (m, 1) between p (m, 1 ) and q (m, 1) having the minimum energy is calculated. This procedure continues until the computation of the mapping f (m, 3) between p (m, 3) and q (m, 3) is complete. Each map f (m, i) (i = 0, 1, 2,...) Is called a sub-map. For convenience of calculation of f (m, i) , the order of i can be rearranged as follows: The reason why the rearrangement is necessary will be described later.

Figure 2005310190
ここでσ(i)∈{0,1,2,3}である。
Figure 2005310190
Here, σ (i) ε {0, 1, 2, 3}.

[1.3.1]全単射
始点画像と終点画像の間のマッチングを写像で表現する場合、その写像は両画像間で全単射条件を満たすべきである。両画像に概念上の優劣はなく、互いの画素が全射かつ単射で接続されるべきだからである。しかしながら通常の場合とは異なり、ここで構築すべき写像は全単射のディジタル版である。前提技術では、画素は格子点によって特定される。
[1.3.1] Bijection When the matching between the start point image and the end point image is expressed by mapping, the mapping should satisfy the bijection condition between the two images. This is because there is no conceptual superiority or inferiority between the two images, and the pixels of each other should be connected bijectively and injectively. However, unlike the usual case, the map to be constructed here is a bijective digital version. In the base technology, a pixel is specified by a grid point.

始点副画像(始点画像について設けられた副画像)から終点副画像(終点画像について設けられた副画像)への写像は、f(m,s):I/2n−m×I/2n−m→I/2n−m×I/2n−m(s=0,1,…)によって表される。ここで、f(m,s)(i,j)=(k,l)は、始点画像のp(m,s) (i,j)が終点画像のq(m,s) (k,l)に写像されることを意味する。簡単のために、f(i,j)=(k,l)が成り立つとき画素q(k,l)をqf(i,j)と記述する。 The mapping from the start point sub-image (sub-image provided for the start-point image) to the end-point sub-image (sub-image provided for the end-point image) is f (m, s) : I / 2 nm− I / 2 n −m → I / 2 nm × I / 2 nm (s = 0, 1,...) Here, f (m, s) (i, j) = (k, l) indicates that p (m, s) (i, j) of the start point image is q (m, s) (k, l ) of the end point image. ) . For simplicity, a pixel q (k, l ) is described as q f (i, j) when f (i, j) = (k, l) holds.

前提技術で扱う画素(格子点)のようにデータが離散的な場合、全単射の定義は重要である。ここでは以下のように定義する(i,i’,j,j’,k,lは全て整数とする)。まず始めに、始点画像の平面においてRによって表記される各正方形領域、   The definition of bijection is important when data is discrete, such as pixels (grid points) handled in the base technology. Here, it is defined as follows (i, i ', j, j', k, l are all integers). First, each square region denoted by R in the plane of the starting point image,

Figure 2005310190
を考える(i=0,…,2−1、j=0,…,2−1)。ここでRの各辺(エッジ)の方向を以下のように定める。
Figure 2005310190
(I = 0,..., 2 m −1, j = 0,..., 2 m −1). Here, the direction of each side (edge) of R is determined as follows.

Figure 2005310190
この正方形は写像fによって終点画像平面における四辺形に写像されなければならない。f(m,s)(R)によって示される四辺形、
Figure 2005310190
This square must be mapped to a quadrilateral in the endpoint image plane by mapping f. f (m, s) A quadrilateral indicated by (R),

Figure 2005310190
は、以下の全単射条件を満たす必要がある。
Figure 2005310190
Must meet the following bijective conditions:

1.四辺形f(m,s)(R)のエッジは互いに交差しない。
2.f(m,s)(R)のエッジの方向はRのそれらに等しい(図2の場合、時計回り)。
3.緩和条件として収縮写像(リトラクション:retractions)を許す。
1. The edges of the quadrilateral f (m, s) (R) do not intersect each other.
2. The edge directions of f (m, s) (R) are equal to those of R (clockwise in the case of FIG. 2).
3. As a relaxation condition, retraction is allowed.

何らかの緩和条件を設けないかぎり、全単射条件を完全に満たす写像は単位写像しかないためである。ここではf(m,s)(R)のひとつのエッジの長さが0、すなわちf(m,s)(R)は三角形になってもよい。しかし、面積が0となるような図形、すなわち1点または1本の線分になってはならない。図2(R)がもとの四辺形の場合、図2(A)と図2(D)は全単射条件を満たすが、図2(B)、図2(C)、図2(E)は満たさない。 This is because unless there is any relaxation condition, the only map that completely satisfies the bijection condition is the unit map. Here f (m, s) the length of one edge of the (R) is 0, i.e. f (m, s) (R) may become a triangle. However, it should not be a figure with an area of 0, that is, one point or one line segment. When FIG. 2 (R) is the original quadrilateral, FIG. 2 (A) and FIG. 2 (D) satisfy the bijection condition, but FIG. 2 (B), FIG. 2 (C), FIG. ) Is not satisfied.

実際のインプリメンテーションでは、写像が全射であることを容易に保証すべく、さらに以下の条件を課してもよい。つまり始点画像の境界上の各画素は、終点画像において同じ位置を占める画素に写影されるというものである。すなわち、f(i,j)=(i,j)(ただしi=0,i=2−1,j=0,j=2−1の4本の線上)である。この条件を以下「付加条件」とも呼ぶ。 In an actual implementation, the following conditions may be further imposed to easily guarantee that the mapping is surjective. That is, each pixel on the boundary of the start point image is mapped to a pixel occupying the same position in the end point image. That is, f (i, j) = (i, j) (where i = 0, i = 2 m −1, j = 0, j = 2 m −1). Hereinafter, this condition is also referred to as “additional condition”.

[1.3.2]写像のエネルギー
[1.3.2.1]画素の輝度に関するコスト
写像fのエネルギーを定義する。エネルギーが最小になる写像を探すことが目的である。エネルギーは主に、始点画像の画素の輝度とそれに対応する終点画像の画素の輝度の差で決まる。すなわち、写像f(m,s)の点(i,j)におけるエネルギーC(m,s) (i,j)は次式によって定まる。
[1.3.2] Mapping energy [1.3.2.1] Pixel luminance cost Defines the energy of mapping f. The purpose is to find a map that minimizes energy. The energy is mainly determined by the difference between the luminance of the pixel in the start point image and the luminance of the corresponding pixel in the end point image. That is, the energy C (m, s) (i, j) at the point (i, j) of the map f (m, s) is determined by the following equation.

Figure 2005310190
ここで、V(p(m,s) (i,j))及びV(q(m,s) f(i,j))はそれぞれ画素p(m,s) (i,j)及びq(m,s) f(i,j)の輝度である。fのトータルのエネルギーC(m,s)は、マッチングを評価するひとつの評価式であり、つぎに示すC(m,s) (i,j)の合計で定義できる。
Figure 2005310190
Here, V (p (m, s) (i, j) ) and V (q (m, s) f (i, j) ) are pixels p (m, s) (i, j) and q ( m, s) is the brightness of f (i, j) . The total energy C (m, s) of f is one evaluation formula for evaluating matching, and can be defined by the sum of C (m, s) (i, j) shown below.

Figure 2005310190
[1.3.2.2]滑らかな写像のための画素の位置に関するコスト
滑らかな写像を得るために、写像に関する別のエネルギーDfを導入する。このエネルギーは画素の輝度とは関係なく、p(m,s) (i,j)およびq(m,s) f(i,j)の位置によって決まる(i=0,…,2−1,j=0,…,2−1)。点(i,j)における写像f(m,s)のエネルギーD(m,s) (i,j)は次式で定義される。
Figure 2005310190
[1.3.2.2] Cost of pixel location for smooth mapping In order to obtain a smooth mapping, another energy Df for mapping is introduced. This energy is independent of the luminance of the pixel and is determined by the position of p (m, s) (i, j) and q (m, s) f (i, j) (i = 0,..., 2 m −1). , J = 0,..., 2 m −1). The energy D (i, j) mapping in f (m, s) (m , s) (i, j) is defined by the following equation.

Figure 2005310190
ただし、係数パラメータηは0以上の実数であり、また、
Figure 2005310190
However, the coefficient parameter η is a real number of 0 or more, and

Figure 2005310190
Figure 2005310190

Figure 2005310190
とする。ここで、
Figure 2005310190
And here,

Figure 2005310190
であり、i’<0およびj’<0に対してf(i’,j’)は0と決める。Eは(i,j)及びf(i,j)の距離で決まる。Eは画素があまりにも離れた画素へ写影されることを防ぐ。ただしEは、後に別のエネルギー関数で置き換える。Eは写像の滑らかさを保証する。Eは、p(i,j)の変位とその隣接点の変位の間の隔たりを表す。以上の考察をもとに、マッチングを評価する別の評価式であるエネルギーDは次式で定まる。
Figure 2005310190
And f (i ′, j ′) is determined to be 0 for i ′ <0 and j ′ <0. E 0 is determined by the distance between (i, j) and f (i, j). E 0 prevents the pixel from being mapped to a pixel that is too far away. However, E 0 is replaced later with another energy function. E 1 ensures the smoothness of the mapping. E 1 represents the distance between the displacement of p (i, j) and the displacement of its neighboring points. Based on the above consideration, the energy D f is another evaluation equation for evaluating the matching is determined by the following equation.

Figure 2005310190
[1.3.2.3]写像の総エネルギー
写像の総エネルギー、すなわち複数の評価式の統合に係る総合評価式はλC(m,s) +D(m,s) で定義される。ここで係数パラメータλは0以上の実数である。目的は総合評価式が極値をとる状態を検出すること、すなわち次式で示す最小エネルギーを与える写像を見いだすことである。
Figure 2005310190
[1.3.2.3] Total energy of mapping The total energy of mapping, that is, a comprehensive evaluation formula relating to the integration of a plurality of evaluation formulas is defined by λC (m, s) f + D (m, s) f . Here, the coefficient parameter λ is a real number of 0 or more. The purpose is to detect a state in which the comprehensive evaluation formula takes an extreme value, that is, to find a map that gives the minimum energy shown by the following formula.

Figure 2005310190
λ=0及びη=0の場合、写像は単位写像になることに注意すべきである(すなわち、全てのi=0,…,2−1及びj=0,…,2−1に対してf(m,s)(i,j)=(i,j)となる)。後述のごとく、本前提技術では最初にλ=0及びη=0の場合を評価するため、写像を単位写像から徐々に変形していくことができる。仮に総合評価式のλの位置を変えてC(m,s) +λD(m,s) と定義したとすれば、λ=0及びη=0の場合に総合評価式がC(m,s) だけになり、本来何等関連のない画素どうしが単に輝度が近いというだけで対応づけられ、写像が無意味なものになる。そうした無意味な写像をもとに写像を変形していってもまったく意味をなさない。このため、単位写像が評価の開始時点で最良の写像として選択されるよう係数パラメータの与えかたが配慮されている。
Figure 2005310190
Note that when λ = 0 and η = 0, the mapping is a unit mapping (ie, all i = 0,..., 2 m −1 and j = 0,..., 2 m −1). F (m, s) (i, j) = (i, j)). As will be described later, since the base technology first evaluates the case of λ = 0 and η = 0, the mapping can be gradually changed from the unit mapping. If the position of λ in the comprehensive evaluation formula is changed and defined as C (m, s) f + λD (m, s) f , the comprehensive evaluation formula is C (m, s) It becomes only f , and the pixels which are not related in any way are associated with each other simply because the luminance is close, and the mapping becomes meaningless. Even if the map is transformed based on such a meaningless map, it does not make any sense. For this reason, consideration is given to how the coefficient parameter is given so that the unit map is selected as the best map at the start of evaluation.

オプティカルフローもこの前提技術同様、画素の輝度の差と滑らかさを考慮する。しかし、オプティカルフローは画像の変換に用いることはできない。オブジェクトの局所的な動きしか考慮しないためである。前提技術に係る特異点フィルタを用いることによって大域的な対応関係を検出することができる。   The optical flow also considers the difference in pixel brightness and the smoothness as in this base technology. However, the optical flow cannot be used for image conversion. This is because only local movement of the object is considered. A global correspondence can be detected by using a singularity filter according to the base technology.

[1.3.3]多重解像度の導入による写像の決定
最小エネルギーを与え、全単射条件を満足する写像fminを多重解像度の階層を用いて求める。各解像度レベルにおいて始点副画像及び終点副画像間の写像を計算する。解像度の階層の最上位(最も粗いレベル)からスタートし、各解像度レベルの写像を、他のレベルの写像を考慮に入れながら決定する。各レベルにおける写像の候補の数は、より高い、つまりより粗いレベルの写像を用いることによって制限される。より具体的には、あるレベルにおける写像の決定に際し、それよりひとつ粗いレベルにおいて求められた写像が一種の拘束条件として課される。
[1.3.3] Determination of mapping by introducing multi-resolution A mapping f min that gives minimum energy and satisfies the bijection condition is obtained using a multi-resolution hierarchy. The mapping between the start sub-image and the end sub-image is calculated at each resolution level. Starting from the top of the resolution hierarchy (the coarsest level), the mapping of each resolution level is determined taking into account the mappings of the other levels. The number of mapping candidates at each level is limited by using higher or coarser level mappings. More specifically, when determining a mapping at a certain level, a mapping obtained at one coarser level is imposed as a kind of constraint condition.

まず、   First,

Figure 2005310190
が成り立つとき、p(m−1,s) (i’,j’)、q(m−1,s) (i’,j’)をそれぞれp(m,s) (i,j)、q(m,s) (i,j)のparentと呼ぶことにする。[x]はxを越えない最大整数である。またp(m,s) (i,j)、q(m,s) (i,j)をそれぞれp(m−1,s) (i’,j’)、q(m−1,s) (i’,j’)のchildと呼ぶ。関数parent(i,j)は次式で定義される。
Figure 2005310190
P (m-1, s) (i ′, j ′) , q (m−1, s) (i ′, j ′) are converted to p (m, s) (i, j) , q, respectively. (M, s) Called parent of (i, j) . [X] is a maximum integer not exceeding x. Also, p (m, s) (i, j) and q (m, s) (i, j) are respectively converted to p (m-1, s) (i ′, j ′) and q (m−1, s). This is called (i ', j') child. The function parent (i, j) is defined by the following equation.

Figure 2005310190
(m,s) (i,j)とq(m,s) (k,l)の間の写像f(m,s)は、エネルギー計算を行って最小になったものを見つけることで決定される。f(m,s)(i,j)=(k,l)の値はf(m−1,s)(m=1,2,…,n)を用いることによって、以下のように決定される。まず、q(m,s) (k,l)は次の四辺形の内部になければならないという条件を課し、全単射条件を満たす写像のうち現実性の高いものを絞り込む。
Figure 2005310190
The mapping f (m, s) between p (m, s) (i, j) and q (m, s) (k, l ) is determined by performing an energy calculation to find the smallest one. Is done. The value of f (m, s) (i, j) = (k, l) is determined as follows by using f (m−1, s) (m = 1, 2,..., n). The First, q (m, s) (k, l) imposes a condition that it must be inside the following quadrilateral, and narrows down the most realistic maps that satisfy the bijection condition.

Figure 2005310190
ただしここで、
Figure 2005310190
Where

Figure 2005310190
である。こうして定めた四辺形を、以下p(m,s) (i,j)の相続(inherited)四辺形と呼ぶことにする。相続四辺形の内部において、エネルギーを最小にする画素を求める。
Figure 2005310190
It is. The quadrilateral thus determined will be referred to as an inherited quadrilateral of p (m, s) (i, j) hereinafter. Find the pixel that minimizes the energy inside the inherited quadrilateral.

図3は以上の手順を示している。同図において、始点画像のA,B,C,Dの画素は、第m−1レベルにおいてそれぞれ終点画像のA’,B’,C’,D’へ写影される。画素p(m,s) (i,j)は、相続四辺形A’B’C’D’の内部に存在する画素q(m,s) f(m)(i,j)へ写影されなければならない。以上の配慮により、第m−1レベルの写像から第mレベルの写像への橋渡しがなされる。 FIG. 3 shows the above procedure. In the figure, the A, B, C, and D pixels of the start point image are mapped to the end point images A ′, B ′, C ′, and D ′, respectively, at the (m−1) th level. The pixel p (m, s) (i, j) is mapped to the pixel q (m, s) f (m) (i, j) existing inside the inherited quadrilateral A′B′C′D ′. There must be. With the above consideration, the mapping from the (m-1) th level mapping to the mth level mapping is performed.

先に定義したエネルギーEは、第mレベルにおける副写像f(m,0)を計算するために、次式に置き換える。 The energy E 0 defined above is replaced by the following equation in order to calculate the submapping f (m, 0 ) at the m-th level.

Figure 2005310190
また、副写像f(m,s)を計算するためには次式を用いる。
Figure 2005310190
Further, the following equation is used to calculate the submapping f (m, s) .

Figure 2005310190
こうしてすべての副写像のエネルギーを低い値に保つ写像が得られる。式20により、異なる特異点に対応する副写像が、副写像どうしの類似度が高くなるように同一レベル内で関連づけられる。式19は、f(m,s)(i,j)と、第m−1レベルの画素の一部と考えた場合の(i,j)が射影されるべき点の位置との距離を示している。
Figure 2005310190
This gives a map that keeps the energy of all submaps low. According to Equation 20, the sub-maps corresponding to different singular points are related within the same level so that the similarity between the sub-maps becomes high. Equation 19 shows the distance between f (m, s) (i, j) and the position of the point where (i, j) should be projected when considered as a part of the pixel of the (m-1) th level. ing.

仮に、相続四辺形A’B’C’D’の内部に全単射条件を満たす画素が存在しない場合は以下の措置をとる。まず、A’B’C’D’の境界線からの距離がL(始めはL=1)である画素を調べる。それらのうち、エネルギーが最小になるものが全単射条件を満たせば、これをf(m,s)(i,j)の値として選択する。そのような点が発見されるか、またはLがその上限のL(m)maxに到達するまで、Lを大きくしていく。L(m)maxは各レベルmに対して固定である。そのような点が全く発見されない場合、全単射の第3の条件を一時的に無視して変換先の四辺形の面積がゼロになるような写像も認め、f(m,s)(i,j)を決定する。それでも条件を満たす点が見つからない場合、つぎに全単射の第1及び第2条件を外す。 If there is no pixel satisfying the bijection condition inside the inherited quadrilateral A′B′C′D ′, the following measures are taken. First, a pixel whose distance from the boundary line of A′B′C′D ′ is L (initially L = 1) is examined. If the one with the minimum energy satisfies the bijection condition, this is selected as the value of f (m, s) (i, j). L is increased until such a point is found or until L reaches its upper limit L (m) max. L (m) max is fixed for each level m. If such a point is not found at all, a mapping in which the area of the quadrilateral to be converted becomes zero by temporarily ignoring the third condition of bijection is recognized, and f (m, s) (i , J). If a point that satisfies the condition is still not found, the bijection first and second conditions are then removed.

多重解像度を用いる近似法は、写像が画像の細部に影響されることを回避しつつ、画像間の大域的な対応関係を決定するために必須である。多重解像度による近似法を用いなければ、距離の遠い画素間の対応関係を見いだすことは不可能である。その場合、画像のサイズはきわめて小さなものに限定しなければならず、変化の小さな画像しか扱うことができない。さらに、通常写像に滑らかさを要求するため、そうした画素間の対応関係を見つけにくくしている。距離のある画素から画素への写像のエネルギーは高いためである。多重解像度を用いた近似法によれば、そうした画素間の適切な対応関係を見いだすことができる。それらの距離は、解像度の階層の上位レベル(粗いレベル)において小さいためである。   An approximation method using multiple resolutions is essential to determine the global correspondence between images while avoiding the mapping being affected by image details. Unless an approximation method based on multi-resolution is used, it is impossible to find a correspondence between distant pixels. In that case, the size of the image must be limited to a very small size, and only an image with small change can be handled. Furthermore, since the normal mapping requires smoothness, it is difficult to find the correspondence between such pixels. This is because the energy of mapping from pixel to pixel at a distance is high. According to the approximation method using multi-resolution, an appropriate correspondence between such pixels can be found. This is because these distances are small at the upper level (coarse level) of the resolution hierarchy.

[1.4]最適なパレメータ値の自動決定
既存のマッチング技術の主な欠点のひとつに、パレメータ調整の困難さがある。大抵の場合、パラメータの調整は人手作業によって行われ、最適な値を選択することはきわめて難しい。前提技術に係る方法によれば、最適なパラメータ値を完全に自動決定することができる。
[1.4] Automatic determination of optimal parameter values One of the main drawbacks of existing matching techniques is the difficulty in adjusting parameters. In most cases, the parameter adjustment is performed manually, and it is extremely difficult to select an optimum value. According to the method according to the base technology, the optimum parameter value can be determined completely automatically.

前提技術に係るシステムはふたつのパレメータ、λ及びηを含む。端的にいえば、λは画素の輝度の差の重みであり、ηは写像の剛性を示している。これらのパラメータの値は初期値が0であり、まずη=0に固定してλを0から徐々に増加させる。λの値を大きくしながら、しかも総合評価式(式14)の値を最小にする場合、各副写像に関するC(m,s) の値は一般に小さくなっていく。このことは基本的にふたつの画像がよりマッチしなければならないことを意味する。しかし、λが最適値を超えると以下の現象が発生する。 The system according to the base technology includes two parameters, λ and η. In short, λ is the weight of the difference in luminance of the pixels, and η is the stiffness of the mapping. The initial values of these parameters are 0. First, η is fixed at η = 0 and λ is gradually increased from 0. When the value of λ is increased and the value of the comprehensive evaluation formula (Equation 14) is minimized, the value of C (m, s) f for each submapping generally decreases. This basically means that the two images must be better matched. However, when λ exceeds the optimum value, the following phenomenon occurs.

1.本来対応すべきではない画素どうしが、単に輝度が近いというだけで誤って対応づけられる。
2.その結果、画素どうしの対応関係がおかしくなり、写像がくずれはじめる。
1. Pixels that should not be associated with each other are erroneously associated with each other simply because the luminance is close.
2. As a result, the correspondence between the pixels becomes strange and the mapping starts to be broken.

3.その結果、式14においてD(m,s) が急激に増加しようとする。
4.その結果、式14の値が急激に増加しようとするため、D(m,s) の急激な増加を抑制するようf(m,s)が変化し、その結果C(m,s) が増加する。
したがって、λを増加させながら式14が最小値をとるという状態を維持しつつC(m,s) が減少から増加に転じる閾値を検出し、そのλをη=0における最適値とする。つぎにηを少しづつ増やしてC(m,s) の挙動を検査し、後述の方法でηを自動決定する。そのηに対応してλも決まる。
3. As a result, D (m, s) f in Equation 14 tends to increase rapidly.
4). As a result, since the value of Equation 14 tends to increase rapidly, f (m, s) changes to suppress the rapid increase in D (m, s) f , and as a result, C (m, s) f Will increase.
Therefore, a threshold value at which C (m, s) f changes from decreasing to increasing is detected while maintaining the state that Equation 14 takes the minimum value while increasing λ, and λ is set as the optimum value at η = 0. Next, η is increased little by little to check the behavior of C (m, s) f , and η is automatically determined by the method described later. Λ is also determined corresponding to η.

この方法は、人間の視覚システムの焦点機構の動作に似ている。人間の視覚システムでは、一方の目を動かしながら左右両目の画像のマッチングがとられる。オブジェクトがはっきりと認識できるとき、その目が固定される。   This method is similar to the operation of the focus mechanism of the human visual system. In the human visual system, the left and right eyes are matched while moving one eye. When an object can be clearly recognized, its eyes are fixed.

[1.4.1]λの動的決定
λは0から所定の刻み幅で増加されていき、λの値が変わる度に副写像が評価される。式14のごとく、総エネルギーはλC(m,s) +D(m,s) によって定義される。式9のD(m,s) は滑らかさを表すもので、理論的には単位写像の場合に最小になり、写像が歪むほどEもEも増加していく。Eは整数であるから、D(m,s) の最小刻み幅は1である。このため、現在のλC(m,s) (i,j)の変化(減少量)が1以上でなければ、写像を変化させることによって総エネルギーを減らすことはできない。なぜなら、写像の変化に伴ってD(m,s) は1以上増加するため、λC(m,s) (i,j)が1以上減少しない限り総エネルギーは減らないためである。
[1.4.1] Dynamic determination of λ λ is increased from 0 by a predetermined step size, and the submapping is evaluated each time the value of λ changes. As in Equation 14, the total energy is defined by λC (m, s) f + D (m, s) f . D (m, s) f in Equation 9 represents smoothness, theoretically becomes the minimum in the case of unit mapping, and both E 0 and E 1 increase as the mapping is distorted. Since E 1 is an integer, the minimum step size of D (m, s) f is 1. Therefore, if the current change (decrease amount) of λC (m, s) (i, j) is not greater than 1, the total energy cannot be reduced by changing the mapping. This is because D (m, s) f increases by 1 or more as the mapping changes, so that the total energy does not decrease unless λC (m, s) (i, j) decreases by 1 or more.

この条件のもと、λの増加に伴い、正常な場合にC(m,s) (i,j)が減少することを示す。C(m,s) (i,j)のヒストグラムをh(l)と記述する。h(l)はエネルギーC(m,s) (i,j)がlである画素の数である。λl≧1が成り立つために、例えばl=1/λの場合を考える。λがλからλまで微小量変化するとき、 Under this condition, it is shown that C (m, s) (i, j) decreases in the normal state as λ increases. A histogram of C (m, s) (i, j ) is described as h (l). h (l) is the number of pixels whose energy C (m, s) (i, j) is l 2 . In order to satisfy λl 2 ≧ 1, for example, consider the case of l 2 = 1 / λ. When λ changes from λ 1 to λ 2 by a small amount,

Figure 2005310190
で示されるA個の画素が、
Figure 2005310190
A pixels indicated by

Figure 2005310190
のエネルギーを持つより安定的な状態に変化する。ここでは仮に、これらの画素のエネルギーがすべてゼロになると近似している。この式はC(m,s) の値が、
Figure 2005310190
Changes to a more stable state with the energy of. Here, it is approximated that the energy of these pixels is all zero. This equation shows that the value of C (m, s) f is

Figure 2005310190
だけ変化することを示し、その結果、
Figure 2005310190
Show that only changes, and as a result,

Figure 2005310190
が成立する。h(l)>0であるから、通常C(m,s) は減少する。しかし、λが最適値を越えようとするとき、上述の現象、つまりC(m,s) の増加が発生する。この現象を検出することにより、λの最適値を決定する。
Figure 2005310190
Is established. Since h (l)> 0, C (m, s) f usually decreases. However, when λ is about to exceed the optimum value, the phenomenon described above, that is , an increase in C (m, s) f occurs. By detecting this phenomenon, the optimum value of λ is determined.

なお、H(h>0)及びkを定数とするとき、   When H (h> 0) and k are constants,

Figure 2005310190
と仮定すれば、
Figure 2005310190
Assuming

Figure 2005310190
が成り立つ。このときk≠−3であれば、
Figure 2005310190
Holds. At this time, if k ≠ -3,

Figure 2005310190
となる。これがC(m,s) の一般式である(Cは定数)。
Figure 2005310190
It becomes. This is a general formula of C (m, s) f (C is a constant).

λの最適値を検出する際、さらに安全を見て、全単射条件を破る画素の数を検査してもよい。ここで各画素の写像を決定する際、全単射条件を破る確率をpと仮定する。この場合、 When detecting the optimum value of λ, the number of pixels that violate the bijection condition may be inspected for further safety. Here, when determining the mapping of each pixel, it is assumed that the probability of breaking the bijection condition is p 0 . in this case,

Figure 2005310190
が成立しているため、全単射条件を破る画素の数は次式の率で増加する。
Figure 2005310190
Therefore, the number of pixels that violate the bijection condition increases at the rate of the following equation.

Figure 2005310190
従って、
Figure 2005310190
Therefore,

Figure 2005310190
は定数である。仮にh(l)=Hlを仮定するとき、例えば、
Figure 2005310190
Is a constant. If h (l) = Hl k is assumed, for example,

Figure 2005310190
は定数になる。しかしλが最適値を越えると、上の値は急速に増加する。この現象を検出し、Bλ3/2+k/2/2の値が異常値B0thresを越えるかどうかを検査し、λの最適値を決定することができる。同様に、Bλ3/2+k/2/2の値が異常値B1thresを越えるかどうかを検査することにより、全単射の第3の条件を破る画素の増加率Bを確認する。ファクター2を導入する理由は後述する。このシステムはこれら2つの閾値に敏感ではない。これらの閾値は、エネルギーC(m,s) の観察では検出し損なった写像の過度の歪みを検出するために用いることができる。
Figure 2005310190
Becomes a constant. However, when λ exceeds the optimum value, the above value increases rapidly. By detecting this phenomenon, it is possible to determine whether the value of B 0 λ 3/2 + k / 2/2 m exceeds the abnormal value B 0thres and determine the optimum value of λ. Similarly, by checking whether the value of B 1 λ 3/2 + k / 2/2 m exceeds the abnormal value B 1thres , the pixel increase rate B 1 that violates the third condition of bijection is confirmed. . The reason why factor 2 m is introduced will be described later. This system is not sensitive to these two thresholds. These thresholds can be used to detect excessive distortion of the map that was missed by observation of energy C (m, s) f .

なお実験では、副写像f(m,s)を計算する際、もしλが0.1を越えたらf(m,s)の計算は止めてf(m,s+1)の計算に移行した。λ>0.1のとき、画素の輝度255レベル中のわずか「3」の違いが副写像の計算に影響したためであり、λ>0.1のとき正しい結果を得ることは困難だったためである。 In the experiment, when calculating the submapping f (m, s) , if λ exceeds 0.1, the calculation of f (m, s) is stopped and the calculation shifts to the calculation of f (m, s + 1) . This is because a difference of only “3” in the luminance level of 255 pixels affects the submapping calculation when λ> 0.1, and it is difficult to obtain a correct result when λ> 0.1. .

[1.4.2]ヒストグラムh(l)
(m,s) の検査はヒストグラムh(l)に依存しない。全単射及びその第3の条件の検査の際、h(l)に影響を受けうる。実際に(λ,C(m,s) )をプロットすると、kは通常1付近にある。実験ではk=1を用い、BλとBλを検査した。仮にkの本当の値が1未満であれば、BλとBλは定数にならず、ファクターλ(1−k)/2に従って徐々に増加する。h(l)が定数であれば、例えばファクターはλ1/2である。しかし、こうした差は閾値B0thresを正しく設定することによって吸収することができる。
[1.4.2] Histogram h (l)
The examination of C (m, s) f does not depend on the histogram h (l). It can be affected by h (l) during inspection of bijection and its third condition. When (λ, C (m, s) f ) is actually plotted, k is usually near 1. In the experiment, k = 1 was used, and B 0 λ 2 and B 1 λ 2 were examined. If the true value of k is less than 1, B 0 λ 2 and B 1 λ 2 do not become constants and gradually increase according to the factor λ (1−k) / 2 . If h (l) is a constant, for example, the factor is λ 1/2 . However, these differences can be absorbed by setting the threshold B 0thres correctly.

ここで次式のごとく始点画像を中心が(x,y)、半径rの円形のオブジェクトであると仮定する。 Here, it is assumed that the starting point image is a circular object having a center (x 0 , y 0 ) and a radius r as in the following equation.

Figure 2005310190
一方、終点画像は、次式のごとく中心(x,y)、半径がrのオブジェクトであるとする。
Figure 2005310190
On the other hand, the end point image is assumed to be an object having a center (x 1 , y 1 ) and a radius r as in the following equation.

Figure 2005310190
ここでc(x)はc(x)=xの形であるとする。中心(x,y)及び(x,y)が十分遠い場合、ヒストグラムh(l)は次式の形となる。
Figure 2005310190
Where c (x) has the form of c (x) = x k. When the centers (x 0 , y 0 ) and (x 1 , y 1 ) are sufficiently far away, the histogram h (l) has the form:

Figure 2005310190
k=1のとき、画像は背景に埋め込まれた鮮明な境界線を持つオブジェクトを示す。このオブジェクトは中心が暗く、周囲にいくに従って明るくなる。k=−1のとき、画像は曖昧な境界線を持つオブジェクトを表す。このオブジェクトは中心が最も明るく、周囲にいくに従って暗くなる。一般のオブジェクトはこれらふたつのタイプのオブジェクトの中間にあると考えてもさして一般性を失わない。したがって、kは−1≦k≦1として大抵の場合をカバーでき、式27が一般に減少関数であることが保障される。
Figure 2005310190
When k = 1, the image shows an object with a sharp border embedded in the background. This object has a dark center and becomes brighter as you go around. When k = -1, the image represents an object with an ambiguous boundary. This object is brightest at the center and darkens as you move around. Even if you think that a general object is in between these two types of objects, you won't lose generality. Therefore, k can cover most cases with −1 ≦ k ≦ 1, and it is guaranteed that Equation 27 is generally a decreasing function.

なお、式34からわかるように、rは画像の解像度に影響されること、すなわちrは2に比例することに注意すべきである。このために[1.4.1]においてファクター2を導入した。 Note that, as can be seen from Equation 34, r is affected by the resolution of the image, i.e., r is proportional to 2 m . For this purpose, a factor of 2 m was introduced in [1.4.1].

[1.4.3]ηの動的決定
パラメータηも同様の方法で自動決定できる。はじめにη=0とし、最も細かい解像度における最終的な写像f(n)及びエネルギーC(n) を計算する。つづいて、ηをある値Δηだけ増加させ、再び最も細かい解像度における最終写像f(n)及びエネルギーC(n) を計算し直す。この過程を最適値が求まるまで続ける。ηは写像の剛性を示す。次式の重みだからである。
[1.4.3] Dynamic determination of η The parameter η can be automatically determined by the same method. First, η = 0, and the final map f (n) and energy C (n) f at the finest resolution are calculated. Subsequently, η is increased by a certain value Δη, and the final mapping f (n) and energy C (n) f at the finest resolution are calculated again. This process is continued until the optimum value is obtained. η indicates the rigidity of the mapping. This is because the weight of the following equation.

Figure 2005310190
ηが0のとき、D(n) は直前の副写像と無関係に決定され、現在の副写像は弾性的に変形され、過度に歪むことになる。一方、ηが非常に大きな値のとき、D(n) は直前の副写像によってほぼ完全に決まる。このとき副写像は非常に剛性が高く、画素は同じ場所に射影される。その結果、写像は単位写像になる。ηの値が0から次第に増えるとき、後述のごとくC(n) は徐々に減少する。しかしηの値が最適値を越えると、図4に示すとおり、エネルギーは増加し始める。同図のX軸はη、Y軸はCである。
Figure 2005310190
When η is 0, D (n) f is determined regardless of the immediately preceding submapping, and the current submapping is elastically deformed and excessively distorted. On the other hand, when η is a very large value, D (n) f is almost completely determined by the immediately preceding submapping. At this time, the sub-mapping is very rigid and the pixels are projected to the same location. As a result, the map becomes a unit map. When the value of η increases gradually from 0, C (n) f gradually decreases as described later. However, when the value of η exceeds the optimum value, the energy starts to increase as shown in FIG. In the figure, the X axis is η, and the Y axis is C f .

この方法でC(n) を最小にする最適なηの値を得ることができる。しかし、λの場合に比べていろいろな要素が計算に影響する結果、C(n) は小さく揺らぎながら変化する。λの場合は、入力が微小量変化するたびに副写像を1回計算しなおすだけだが、ηの場合はすべての副写像が計算しなおされるためである。このため、得られたC(n) の値が最小であるかどうかを即座に判断することはできない。最小値の候補が見つかれば、さらに細かい区間を設定することによって真の最小値を探す必要がある。 In this way, an optimum value of η that minimizes C (n) f can be obtained. However, as a result of various factors affecting the calculation as compared with the case of λ, C (n) f changes with small fluctuations. In the case of λ, the submapping is only recalculated once every time the input changes by a small amount, but in the case of η, all the submappings are recalculated. For this reason, it is not possible to immediately determine whether or not the obtained value of C (n) f is minimum. If a candidate for the minimum value is found, it is necessary to search for the true minimum value by setting a finer section.

[1.5]スーパーサンプリング
画素間の対応関係を決定する際、自由度を増やすために、f(m,s)の値域をR×Rに拡張することができる(Rは実数の集合)。この場合、終点画像の画素の輝度が補間され、非整数点、
[1.5] Supersampling When determining the correspondence between pixels, in order to increase the degree of freedom , the range of f (m, s) can be expanded to R × R (R is a set of real numbers). In this case, the luminance of the pixel of the end point image is interpolated, and a non-integer point,

Figure 2005310190
における輝度を持つf(m,s)が提供される。つまりスーパーサンプリングが行われる。実験では、f(m,s)は整数及び半整数値をとることが許され、
Figure 2005310190
F (m, s) with luminance at is provided. That is, super sampling is performed. In the experiment, f (m, s) is allowed to take integer and half integer values,

Figure 2005310190
は、
Figure 2005310190
Is

Figure 2005310190
によって与えられた。
Figure 2005310190
Given by.

[1.6]各画像の画素の輝度の正規化
始点画像と終点画像がきわめて異なるオブジェクトを含んでいるとき、写像の計算に元の画素の輝度がそのままでは利用しにくい。輝度の差が大きいために輝度に関するエネルギーC(m,s) が大きくなりすぎ、正しい評価がしずらいためである。
[1.6] Normalization of luminance of pixels of each image When the start point image and the end point image include very different objects, it is difficult to use the luminance of the original pixel as it is for calculation of mapping. This is because the luminance difference C (m, s) f becomes too large due to the large difference in luminance, making it difficult to perform correct evaluation.

例えば、人の顔と猫の顔のマッチングをとる場合を考える。猫の顔は毛で覆われており、非常に明るい画素と非常に暗い画素が混じっている。この場合、ふたつの顔の間の副写像を計算するために、まず副画像を正規化する。すなわち、最も暗い画素の輝度を0、最も明るいそれを255に設定し、他の画素の輝度は線形補間によって求めておく。   For example, consider the case of matching a human face and a cat face. The cat's face is covered with hair and contains very bright and very dark pixels. In this case, the sub-image is first normalized in order to calculate the sub-mapping between the two faces. That is, the brightness of the darkest pixel is set to 0, the brightest is set to 255, and the brightness of the other pixels is obtained by linear interpolation.

[1.7]インプリメンテーション
始点画像のスキャンに従って計算がリニアに進行する帰納的な方法を用いる。始めに、1番上の左端の画素(i,j)=(0,0)についてf(m,s)の値を決定する。次にiを1ずつ増やしながら各f(m,s)(i,j)の値を決定する。iの値が画像の幅に到達したとき、jの値を1増やし、iを0に戻す。以降、始点画像のスキャンに伴いf(m,s)(i,j)を決定していく。すべての点について画素の対応が決まれば、ひとつの写像f(m,s)が決まる。
[1.7] Implementation An inductive method is used in which the calculation proceeds linearly according to the scan of the starting point image. First, the value of f (m, s) is determined for the top leftmost pixel (i, j) = (0, 0). Next, the value of each f (m, s) (i, j) is determined while i is incremented by one. When the value of i reaches the width of the image, the value of j is increased by 1 and i is returned to 0. Thereafter, f (m, s) (i, j) is determined as the start point image is scanned. If the correspondence of pixels is determined for all points, one mapping f (m, s) is determined.

あるp(i,j)について対応点qf(i,j)が決まれば、つぎにp(i,j+1)の対応点qf(i,j+1)が決められる。この際、qf(i,j+1)の位置は全単射条件を満たすために、qf(i,j)の位置によって制限される。したがって、先に対応点が決まる点ほどこのシステムでは優先度が高くなる。つねに(0,0)が最も優先される状態がつづくと、求められる最終の写像に余計な偏向が加わる。本前提技術ではこの状態を回避するために、f(m,s)を以下の方法で決めていく。 There p (i, j) corresponding point q f (i, j) for the In is Kimare, then p (i, j + 1) of the corresponding point q f (i, j + 1 ) is determined. At this time, the position of q f (i, j + 1) is limited by the position of q f (i, j) in order to satisfy the bijection condition. Therefore, the priority is higher in this system as the corresponding points are determined first. If (0,0) always has the highest priority, additional deflections are added to the final mapping required. In the base technology, in order to avoid this state, f (m, s) is determined by the following method.

まず(s mod 4)が0の場合、(0,0)を開始点としi及びjを徐々に増やしながら決めていく。(s mod 4)が1の場合、最上行の右端点を開始点とし、iを減少、jを増加させながら決めていく。(s mod 4)が2のとき、最下行の右端点を開始点とし、i及びjを減少させながら決めていく。(s mod 4)が3の場合、最下行の左端点を開始点とし、iを増加、jを減少させながら決めていく。解像度が最も細かい第nレベルには副写像という概念、すなわちパラメータsが存在しないため、仮にs=0及びs=2であるとしてふたつの方向を連続的に計算した。   First, when (s mod 4) is 0, the starting point is (0, 0) and i and j are gradually increased. When (s mod 4) is 1, the right end point of the uppermost row is used as a starting point, and i is decreased and j is increased. When (s mod 4) is 2, the starting point is the rightmost point in the bottom row, and i and j are determined while decreasing. When (s mod 4) is 3, the left end point of the bottom row is used as a starting point, and i is increased and j is decreased. Since the sub-mapping concept, that is, the parameter s does not exist at the nth level with the finest resolution, two directions are calculated continuously assuming that s = 0 and s = 2.

実際のインプリメンテーションでは、全単射条件を破る候補に対してペナルティを与えることにより、候補(k,l)の中からできる限り全単射条件を満たすf(m,s)(i,j)(m=0,…,n)の値を選んだ。第3の条件を破る候補のエネルギーD(k、l)にはφを掛け、一方、第1または第2の条件を破る候補にはψを掛ける。今回はφ=2、ψ=100000を用いた。 In an actual implementation, by giving a penalty to a candidate that violates the bijection condition, f (m, s) (i, j ) satisfying the bijection condition from the candidates (k, l) as much as possible. ) (M = 0, ..., n) was chosen. Candidate energy D (k, l) that violates the third condition is multiplied by φ, while candidates that violate the first or second condition are multiplied by ψ. This time, φ = 2 and ψ = 100000 were used.

前述の全単射条件のチェックのために、実際の手続として(k,l)=f(m,s)(i,j)を決定する際に以下のテストを行った。すなわちf(m,s)(i,j)の相続四辺形に含まれる各格子点(k,l)に対し、次式の外積のz成分が0以上になるかどうかを確かめる。 In order to check the bijection condition described above, the following test was performed when (k, l) = f (m, s) (i, j) was determined as an actual procedure. That is, it is confirmed whether or not the z component of the outer product of the following equation is 0 or more for each lattice point (k, l) included in the inherited quadrilateral of f (m, s) (i, j).

Figure 2005310190
ただしここで、
Figure 2005310190
Where

Figure 2005310190
Figure 2005310190

Figure 2005310190
である(ここでベクトルは三次元ベクトルとし、z軸は直交右手座標系において定義される)。もしWが負であれば、その候補についてはD(m,s) (k,l)にψを掛けることによってペナルティを与え、できるかぎり選択しないようにする。
Figure 2005310190
Where the vector is a three-dimensional vector and the z-axis is defined in an orthogonal right-handed coordinate system. If W is negative, the candidate is penalized by multiplying D (m, s) (k, l) by ψ so that it is not selected as much as possible.

図5(a)、図5(b)はこの条件を検査する理由を示している。図5(a)はペナルティのない候補、図5(b)はペナルティがある候補をそれぞれ表す。隣接画素(i,j+1)に対する写像f(m,s)(i,j+1)を決定する際、Wのz成分が負であれば始点画像平面上において全単射条件を満足する画素は存在しない。なぜなら、q(m,s) (k,l)は隣接する四辺形の境界線を越えるためである。 FIG. 5A and FIG. 5B show the reason for inspecting this condition. FIG. 5A shows a candidate without a penalty, and FIG. 5B shows a candidate with a penalty. When determining the mapping f (m, s) (i, j + 1) for the adjacent pixel (i, j + 1), if the z component of W is negative, there is no pixel that satisfies the bijection condition on the starting image plane. . This is because q (m, s) (k, l) exceeds the boundary line of the adjacent quadrilateral.

[1.7.1]副写像の順序
インプリメンテーションでは、解像度レベルが偶数のときにはσ(0)=0、σ(1)=1、σ(2)=2、σ(3)=3、σ(4)=0を用い、奇数のときはσ(0)=3、σ(1)=2、σ(2)=1、σ(3)=0、σ(4)=3を用いた。このことで、副写像を適度にシャッフルした。なお、本来副写像は4種類であり、sは0〜3のいずれかである。しかし、実際にはs=4に相当する処理を行った。その理由は後述する。
[1.7.1] Submapping Order In implementation, when the resolution level is even, σ (0) = 0, σ (1) = 1, σ (2) = 2, σ (3) = 3, σ (4) = 0 was used, and when odd, σ (0) = 3, σ (1) = 2, σ (2) = 1, σ (3) = 0, and σ (4) = 3 were used. . This effectively shuffled the submap. Note that there are essentially four types of submappings, and s is one of 0 to 3. However, in practice, processing corresponding to s = 4 was performed. The reason will be described later.

[1.8]補間計算
始点画像と終点画像の間の写像が決定された後、対応しあう画素の輝度が補間される。実験では、トライリニア補間を用いた。始点画像平面における正方形p(i,j)(i+1,j)(i,j+1)(i+1,j+1)が終点画像平面上の四辺形qf(i,j)f(i+1,j)f(i,j+1)f(i+1,j+1)に射影されると仮定する。簡単のため、画像間の距離を1とする。始点画像平面からの距離がt(0≦t≦1)である中間画像の画素r(x,y,t)(0≦x≦N−1,0≦y≦M−1)は以下の要領で求められる。まず画素r(x,y,t)の位置(ただしx,y,t∈R)を次式で求める。
[1.8] Interpolation calculation After the mapping between the start point image and the end point image is determined, the luminance of the corresponding pixels is interpolated. In the experiment, trilinear interpolation was used. A square p (i, j) p (i + 1, j) p (i, j + 1) p (i + 1, j + 1) in the start image plane is a quadrangle q f (i, j) q f (i + 1, j in the end image plane. ) Q f (i, j + 1) Assume that q f (i + 1, j + 1) is projected. For simplicity, the distance between images is 1. The pixel r (x, y, t) (0 ≦ x ≦ N−1, 0 ≦ y ≦ M−1) of the intermediate image whose distance from the starting image plane is t (0 ≦ t ≦ 1) is as follows. Is required. First, the position of the pixel r (x, y, t) (where x, y, tεR) is obtained by the following equation.

Figure 2005310190
つづいてr(x,y,t)における画素の輝度が次の式を用いて決定される。
Figure 2005310190
Subsequently, the luminance of the pixel at r (x, y, t) is determined using the following equation.

Figure 2005310190
ここでdx及びdyはパラメータであり、0から1まで変化する。
Figure 2005310190
Here, dx and dy are parameters and change from 0 to 1.

[1.9]拘束条件を課したときの写像
いままでは拘束条件がいっさい存在しない場合の写像の決定を述べた。しかし、始点画像と終点画像の特定の画素間に予め対応関係が規定されているとき、これを拘束条件としたうえで写像を決定することができる。
[1.9] Mapping when imposing constraint conditions We have described the determination of mapping when no constraint conditions exist. However, when a correspondence is defined in advance between specific pixels of the start point image and the end point image, the mapping can be determined using this as a constraint.

基本的な考えは、まず始点画像の特定の画素を終点画像の特定の画素に移す大まかな写像によって始点画像を大まかに変形し、しかる後、写像fを正確に計算する。   The basic idea is that the starting point image is roughly deformed by a rough mapping in which specific pixels of the starting point image are transferred to specific pixels of the end point image, and then the mapping f is accurately calculated.

まず始めに、始点画像の特定の画素を終点画像の特定の画素に射影し、始点画像の他の画素を適当な位置に射影する大まかな写像を決める。すなわち、特定の画素に近い画素は、その特定の画素が射影される場所の近くに射影されるような写像である。ここで第mレベルの大まかな写像をF(m)と記述する。 First, a specific pixel of the start point image is projected onto a specific pixel of the end point image, and a rough mapping for projecting other pixels of the start point image to an appropriate position is determined. That is, a pixel that is close to a specific pixel is a mapping that is projected near the place where the specific pixel is projected. Here, a rough mapping of the m-th level is described as F (m) .

大まかな写像Fは以下の要領で決める。まず、いくつかの画素について写像を特定する。始点画像についてn個の画素、 The rough map F is determined as follows. First, a mapping is specified for several pixels. N s pixels for the source image,

Figure 2005310190
を特定するとき、以下の値を決める。
Figure 2005310190
When specifying, the following values are determined.

Figure 2005310190
始点画像の他の画素の変位量は、p(ih,jh)(h=0,…,n−1)の変位に重み付けをして求められる平均である。すなわち画素p(i,j)は、終点画像の以下の画素に射影される。
Figure 2005310190
The displacement amount of the other pixels of the starting point image is an average obtained by weighting the displacement of p (ih, jh) (h = 0,..., N s −1). That is, the pixel p (i, j) is projected onto the following pixels of the end point image.

Figure 2005310190
ただしここで、
Figure 2005310190
Where

Figure 2005310190
Figure 2005310190

Figure 2005310190
とする。
Figure 2005310190
And

つづいて、F(m)に近い候補写像fがより少ないエネルギーを持つように、その写像fのエネルギーD(m,s) (i,j)を変更する。正確には、D(m,s) (i,j)は、 Subsequently, the energy D (m, s) (i, j) of the map f is changed so that the candidate map f near F (m) has less energy. To be precise, D (m, s) (i, j) is

Figure 2005310190
である。ただし、
Figure 2005310190
It is. However,

Figure 2005310190
であり、κ,ρ≧0とする。最後に、前述の写像の自動計算プロセスにより、fを完全に決定する。
Figure 2005310190
And κ, ρ ≧ 0. Finally, f is completely determined by the automatic map calculation process described above.

ここで、f(m,s)(i,j)がF(m)(i,j)に十分近いとき、つまりそれらの距離が、 Here, when f (m, s) (i, j) is sufficiently close to F (m) (i, j), that is, their distance is

Figure 2005310190
以内であるとき、E (m,s) (i,j)が0になることに注意すべきである。そのように定義した理由は、各f(m,s)(i,j)がF(m)(i,j)に十分近い限り、終点画像において適切な位置に落ち着くよう、その値を自動的に決めたいためである。この理由により、正確な対応関係を詳細に特定する必要がなく、始点画像は終点画像にマッチするように自動的にマッピングされる。
Figure 2005310190
Note that E 2 (m, s) (i, j) is zero when The reason for this definition is that as long as each f (m, s) (i, j) is sufficiently close to F (m) (i, j), its value is automatically set so that it will settle at an appropriate position in the end point image. Because we want to decide. For this reason, it is not necessary to specify an exact correspondence relationship in detail, and the start point image is automatically mapped so as to match the end point image.

[2]具体的な処理手順
[1]の各要素技術による処理の流れを説明する。
図6は前提技術の全体手順を示すフローチャートである。同図のごとく、まず多重解像度特異点フィルタを用いた処理を行い(S1)、つづいて始点画像と終点画像のマッチングをとる(S2)。ただし、S2は必須ではなく、S1で得られた画像の特徴をもとに画像認識などの処理を行ってもよい。
[2] Specific Processing Procedure A processing flow according to each elemental technique of [1] will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing the overall procedure of the base technology. As shown in the figure, first, processing using a multi-resolution singularity filter is performed (S1), and then the start point image and the end point image are matched (S2). However, S2 is not essential, and processing such as image recognition may be performed based on the characteristics of the image obtained in S1.

図7は図6のS1の詳細を示すフローチャートである。ここではS2で始点画像と終点画像のマッチングをとることを前提としている。そのため、まず特異点フィルタによって始点画像の階層化を行い(S10)、一連の始点階層画像を得る。つづいて同様の方法で終点画像の階層化を行い(S11)、一連の終点階層画像を得る。ただし、S10とS11の順序は任意であるし、始点階層画像と終点階層画像を並行して生成していくこともできる。   FIG. 7 is a flowchart showing details of S1 of FIG. Here, it is assumed that the start point image and the end point image are matched in S2. Therefore, first, the starting point image is hierarchized by a singular point filter (S10), and a series of starting point hierarchical images are obtained. Subsequently, the end point images are hierarchized by the same method (S11), and a series of end point layer images are obtained. However, the order of S10 and S11 is arbitrary, and the start point hierarchical image and the end point hierarchical image can be generated in parallel.

図8は図7のS10の詳細を示すフローチャートである。もとの始点画像のサイズは2×2とする。始点階層画像は解像度が細かいほうから順に作られるため、処理の対象となる解像度レベルを示すパラメータmをnにセットする(S100)。つづいて第mレベルの画像p(m,0)、p(m,1)、p(m,2)、p(m,3)から特異点フィルタを用いて特異点を検出し(S101)、それぞれ第m−1レベルの画像p(m−1,0)、p(m−1,1)、p(m−1,2)、p(m−1,3)を生成する(S102)。ここではm=nであるため、p(m,0)=p(m,1)=p(m,2)=p(m,3)=p(n)であり、ひとつの始点画像から4種類の副画像が生成される。 FIG. 8 is a flowchart showing details of S10 in FIG. The size of the original starting point image is 2 n × 2 n . Since the start point hierarchical image is created in order from the finer resolution, the parameter m indicating the resolution level to be processed is set to n (S100). Subsequently, a singular point is detected from the m-th level images p (m, 0) , p (m, 1) , p (m, 2) and p (m, 3) using a singular point filter (S101), The m-1st level images p (m-1 , 0) , p (m-1 , 1) , p (m-1 , 2) , p (m-1, 3) are generated (S102). Since m = n here, p (m, 0) = p (m, 1) = p (m, 2) = p (m, 3) = p (n) , and 4 from one starting point image. A type of sub-image is generated.

図9は第mレベルの画像の一部と、第m−1レベルの画像の一部の対応関係を示している。同図の数値は各画素の輝度を示す。同図のp(m,s)はp(m,0)〜p(m,3)の4つの画像を象徴するもので、p(m−1,0)を生成する場合には、p(m,s)はp(m,0)であると考える。[1.2]で示した規則により、p(m−1,0)は例えば同図で輝度を記入したブロックについて、そこに含まれる4画素のうち「3」、p(m−1,1)は「8」、p(m−1,2)は「6」、p(m−1,3)を「10」をそれぞれ取得し、このブロックをそれぞれ取得したひとつの画素で置き換える。したがって、第m−1レベルの副画像のサイズは2m−1×2m−1になる。 FIG. 9 shows a correspondence relationship between a part of the mth level image and a part of the m−1th level image. The numerical values in the figure indicate the luminance of each pixel. In FIG p (m, s) is intended to symbolize the four images p (m, 0) ~p ( m, 3), when generating the images p (m-1,0), p ( m, s) is considered to be p (m, 0) . The rules given in [1.2], p (m- 1,0) for blocks fill luminance in FIG example, 4 out of the pixels "3" contained therein, p (m-1, 1 ) Is “8”, p (m−1,2) is “6”, p (m−1,3) is “10”, and this block is replaced with one acquired pixel. Therefore, the size of the sub-image at the (m−1) -th level is 2 m−1 × 2 m−1 .

つづいてmをデクリメントし(図8のS103)、mが負になっていないことを確認し(S104)、S101に戻ってつぎに解像度の粗い副画像を生成していく。この繰り返し処理の結果、m=0、すなわち第0レベルの副画像が生成された時点でS10が終了する。第0レベルの副画像のサイズは1×1である。   Next, m is decremented (S103 in FIG. 8), it is confirmed that m is not negative (S104), and the process returns to S101 and a sub-image with a coarse resolution is generated. As a result of this iterative process, S10 ends when m = 0, that is, when the 0th level sub-image is generated. The size of the 0th level sub-image is 1 × 1.

図10はS10によって生成された始点階層画像をn=3の場合について例示している。最初の始点画像のみが4つの系列に共通であり、以降特異点の種類に応じてそれぞれ独立に副画像が生成されていく。なお、図8の処理は図7のS11にも共通であり、同様の手順を経て終点階層画像も生成される。以上で図6のS1による処理が完了する。   FIG. 10 illustrates the start point hierarchical image generated in S10 for n = 3. Only the first starting point image is common to the four sequences, and thereafter, sub-images are generated independently according to the types of singular points. Note that the processing in FIG. 8 is common to S11 in FIG. 7, and an end point hierarchical image is also generated through the same procedure. Thus, the process by S1 in FIG. 6 is completed.

前提技術では、図6のS2に進むためにマッチング評価の準備をする。図11はその手順を示している。同図のごとく、まず複数の評価式が設定される(S30)。[1.3.2.1]で導入した画素に関するエネルギーC(m,s) と[1.3.2.2]で導入した写像の滑らかさに関するエネルギーD(m,s) がそれである。つぎに、これらの評価式を統合して総合評価式を立てる(S31)。[1.3.2.3]で導入した総エネルギーλC(m,s) +D(m,s) がそれであり、[1.3.2.2]で導入したηを用いれば、
ΣΣ(λC(m,s) (i,j)+ηE (m,s) (i,j)+E (m,s) (i,j)) (式52)
となる。ただし、総和はi、jについてそれぞれ0、1…、2−1で計算する。以上でマッチング評価の準備が整う。
In the base technology, preparation for matching evaluation is made in order to proceed to S2 in FIG. FIG. 11 shows the procedure. As shown in the figure, first, a plurality of evaluation formulas are set (S30). The energy C (m, s) f related to the pixel introduced in [1.3.2.1] and the energy D (m, s) f related to the smoothness of the map introduced in [1.3.2.2] is there. Next, a comprehensive evaluation formula is established by integrating these evaluation formulas (S31). The total energy λC (m, s) f + D (m, s) f introduced in [1.3.2.3] is that, and if η introduced in [1.3.2.2] is used,
ΣΣ (λC (m, s) (i, j) + ηE 0 (m, s) (i, j) + E 1 (m, s) (i, j) ) (Formula 52)
It becomes. However, the sum is calculated with 0, 1,..., 2 m −1 for i and j, respectively. The matching evaluation is now complete.

図12は図6のS2の詳細を示すフローチャートである。[1]で述べたごとく、始点階層画像と終点階層画像のマッチングは互いに同じ解像度レベルの画像どうしでとられる。画像間の大域的なマッチングを良好にとるために、解像度が粗いレベルから順にマッチングを計算する。特異点フィルタを用いて始点階層画像および終点階層画像を生成しているため、特異点の位置や輝度は解像度の粗いレベルでも明確に保存されており、大域的なマッチングの結果は従来に比べて非常に優れたものになる。   FIG. 12 is a flowchart showing details of S2 of FIG. As described in [1], matching between the start point hierarchical image and the end point hierarchical image is performed between images having the same resolution level. In order to obtain good global matching between images, matching is calculated in order from the level with the coarser resolution. Since the start and end layer images are generated using the singularity filter, the position and brightness of the singularity are clearly preserved even at a coarse level of resolution, and the results of global matching are compared to the conventional case. It will be very good.

図12のごとく、まず係数パラメータηを0、レベルパラメータmを0に設定する(S20)。つづいて、始点階層画像中の第mレベルの4つの副画像と終点階層画像中の第mレベルの4つの副画像のそれぞれの間でマッチングを計算し、それぞれ全単射条件を満たし、かつエネルギーを最小にするような4種類の副写像f(m,s)(s=0,1,2,3)を求める(S21)。全単射条件は[1.3.3]で述べた相続四辺形を用いて検査される。この際、式17、18が示すように、第mレベルにおける副写像は第m−1レベルのそれらに拘束されるため、より解像度の粗いレベルにおけるマッチングが順次利用されていく。これは異なるレベル間の垂直的参照である。なお、いまm=0であってそれより粗いレベルはないが、この例外的な処理は図13で後述する。 As shown in FIG. 12, first, the coefficient parameter η is set to 0 and the level parameter m is set to 0 (S20). Subsequently, a match is calculated between each of the four sub-images at the m-th level in the start point hierarchical image and the four sub-images at the m-th level in the end point hierarchical image, satisfying the bijection condition, and energy. 4 types of sub-mappings f (m, s) (s = 0, 1, 2, 3) are obtained (S21). The bijection condition is checked using the inherited quadrilateral described in [1.3.3]. At this time, as shown in Expressions 17 and 18, since the submapping at the m-th level is constrained to those at the (m-1) -th level, matching at a level with a coarser resolution is sequentially used. This is a vertical reference between different levels. Although m = 0 and there is no coarser level, this exceptional processing will be described later with reference to FIG.

一方、同一レベル内における水平的参照も行われる。[1.3.3]の式20のごとく、f(m,3)はf(m,2)に、f(m,2)はf(m,1)に、f(m,1)はf(m,0)に、それぞれ類似するように決める。その理由は、特異点の種類が違っても、それらがもともと同じ始点画像と終点画像に含まれている以上、副写像がまったく異なるという状況は不自然だからである。式20からわかるように、副写像どうしが近いほどエネルギーは小さくなり、マッチングが良好とみなされる。 On the other hand, horizontal reference within the same level is also performed. As shown in Equation 20 of [1.3.3], f (m, 3) is f (m, 2) , f (m, 2) is f (m, 1) , and f (m, 1) is f (m, 0) are determined to be similar to each other. The reason is that even if the types of singular points are different, it is unnatural that the submappings are completely different as long as they are originally included in the same start point image and end point image. As can be seen from Equation 20, the closer the sub-maps, the smaller the energy and the better the matching.

なお、最初に決めるべきf(m,0)については同一のレベルで参照できる副写像がないため、式19に示すごとくひとつ粗いレベルを参照する。ただし、実験ではf(m,3)まで求まった後、これを拘束条件としてf(m,0)を一回更新するという手続をとった。これは式20にs=4を代入し、f(m,4)を新たなf(m,0)とすることに等しい。f(m,0)とf(m,3)の関連度が低くなり過ぎる傾向を回避するためであり、この措置によって実験結果がより良好になった。この措置に加え、実験では[1.7.1]に示す副写像のシャッフルも行った。これも本来特異点の種類ごとに決まる副写像どうしの関連度を密接に保つ趣旨である。また、処理の開始点に依存する偏向を回避するために、sの値にしたがって開始点の位置を変える点は[1.7]で述べたとおりである。 Since there is no submapping that can be referred to at the same level for f (m, 0) to be determined first, one coarse level is referred to as shown in Equation 19. However, in the experiment, after obtaining up to f (m, 3), the procedure of updating f (m, 0) once with this as a constraint was taken. This is equivalent to substituting s = 4 into Equation 20 and making f (m, 4) a new f (m, 0) . This is to avoid the tendency that the relation between f (m, 0) and f (m, 3) becomes too low, and this measure has improved the experimental results. In addition to this measure, the sub-map shuffle shown in [1.7.1] was also performed in the experiment. This is also intended to keep the degree of association between the submaps originally determined for each type of singularity closely. In addition, as described in [1.7], the position of the start point is changed according to the value of s in order to avoid deflection depending on the start point of processing.

図13は第0レベルにおいて副写像を決定する様子を示す図である。第0レベルでは各副画像がただひとつの画素で構成されるため、4つの副写像f(0,s)はすべて自動的に単位写像に決まる。図14は第1レベルにおいて副写像を決定する様子を示す図である。第1レベルでは副画像がそれぞれ4画素で構成される。同図ではこれら4画素が実線で示されている。いま、p(1,s)の点xの対応点をq(1,s)の中で探すとき、以下の手順を踏む。 FIG. 13 is a diagram showing how the submapping is determined at the 0th level. At the 0th level, since each sub-image is composed of only one pixel, all four sub-maps f (0, s) are automatically determined as unit maps. FIG. 14 is a diagram showing how the submapping is determined at the first level. At the first level, each sub-image is composed of 4 pixels. In the figure, these four pixels are indicated by solid lines. Now, when searching for a corresponding point of the point x of p (1, s) in q (1, s) , the following procedure is taken.

1.第1レベルの解像度で点xの左上点a、右上点b、左下点c、右下点dを求める。
2.点a〜dがひとつ粗いレベル、つまり第0レベルにおいて属する画素を探す。図14の場合、点a〜dはそれぞれ画素A〜Dに属する。ただし、画素A〜Cは本来存在しない仮想的な画素である。
3.第0レベルですでに求まっている画素A〜Dの対応点A’〜D’をq(1,s)の中にプロットする。画素A’〜C’は仮想的な画素であり、それぞれ画素A〜Cと同じ位置にあるものとする。
4.画素Aの中の点aの対応点a’が画素A’の中にあるとみなし、点a’をプロットする。このとき、点aが画素Aの中で占める位置(この場合、右下)と、点a’が画素A’の中で占める位置が同じであると仮定する。
5.4と同様の方法で対応点b’〜d’をプロットし、点a’〜d’で相続四辺形を作る。
6.相続四辺形の中でエネルギーが最小になるよう、点xの対応点x’を探す。対応点x’の候補として、例えば画素の中心が相続四辺形に含まれるものに限定してもよい。図14の場合、4つの画素がすべて候補になる。
1. The upper left point a, the upper right point b, the lower left point c, and the lower right point d of the point x are obtained at the first level resolution.
2. The pixel to which the points a to d belong at one coarse level, that is, the 0th level is searched. In the case of FIG. 14, the points a to d belong to the pixels A to D, respectively. However, the pixels A to C are virtual pixels that do not originally exist.
3. The corresponding points A ′ to D ′ of the pixels A to D already obtained at the 0th level are plotted in q (1, s) . Pixels A ′ to C ′ are virtual pixels, and are assumed to be in the same positions as the pixels A to C, respectively.
4). The corresponding point a ′ of the point a in the pixel A is considered to be in the pixel A ′, and the point a ′ is plotted. At this time, it is assumed that the position occupied by the point a in the pixel A (in this case, the lower right) is the same as the position occupied by the point a ′ in the pixel A ′.
Corresponding points b ′ to d ′ are plotted in the same manner as in 5.4, and an inherited quadrilateral is created with the points a ′ to d ′.
6). The corresponding point x ′ of the point x is searched so that the energy is minimized in the inherited quadrilateral. The candidate for the corresponding point x ′ may be limited to, for example, a pixel whose center is included in the inherited quadrilateral. In the case of FIG. 14, all four pixels are candidates.

以上がある点xの対応点の決定手順である。同様の処理を他のすべての点について行い、副写像を決める。第2レベル以上のレベルでは、次第に相続四辺形の形が崩れていくと考えられるため、図3に示すように画素A’〜D’の間隔が空いていく状況が発生する。   This is the procedure for determining the corresponding point of point x. Similar processing is performed for all other points to determine the submapping. At the level higher than the second level, it is considered that the shape of the inherited quadrilateral gradually collapses. Therefore, as shown in FIG. 3, a situation occurs in which the intervals between the pixels A ′ to D ′ are increased.

こうして、ある第mレベルの4つの副写像が決まれば、mをインクリメントし(図12のS22)、mがnを超えていないことを確かめて(S23)、S21に戻る。以下、S21に戻るたびに次第に細かい解像度のレベルの副写像を求め、最後にS21に戻ったときに第nレベルの写像f(n)を決める。この写像はη=0に関して定まったものであるから、f(n)(η=0)と書く。 When four sub-mappings at a certain m-th level are thus determined, m is incremented (S22 in FIG. 12), it is confirmed that m does not exceed n (S23), and the process returns to S21. Hereinafter, every time the process returns to S21, a sub-mapping with a finer resolution level is gradually obtained, and when the process finally returns to S21, the n-th level mapping f (n) is determined. Since this mapping is determined with respect to η = 0, it is written as f (n) (η = 0).

つぎに異なるηに関する写像も求めるべく、ηをΔηだけシフトし、mをゼロクリアする(S24)。新たなηが所定の探索打切り値ηmaxを超えていないことを確認し(S25)、S21に戻り、今回のηに関して写像f(n)(η=Δη)を求める。この処理を繰り返し、S21でf(n)(η=iΔη)(i=0,1,…)を求めていく。ηがηmaxを超えたときS26に進み、後述の方法で最適なη=ηoptを決定し、f(n)(η=ηopt)を最終的に写像f(n)とする。 Next, η is shifted by Δη and m is cleared to zero in order to obtain a mapping for different η (S24). After confirming that the new η does not exceed the predetermined search truncation value η max (S25), the process returns to S21, and the mapping f (n) (η = Δη) is obtained with respect to the current η. This process is repeated, and f (n) (η = iΔη) (i = 0, 1,...) Is obtained in S21. When η exceeds η max , the process proceeds to S26, an optimum η = η opt is determined by a method described later, and f (n) (η = η opt ) is finally set as a map f (n) .

図15は図12のS21の詳細を示すフローチャートである。このフローチャートにより、ある定まったηについて、第mレベルにおける副写像が決まる。副写像を決める際、前提技術では副写像ごとに最適なλを独立して決める。   FIG. 15 is a flowchart showing details of S21 of FIG. According to this flowchart, the submapping at the m-th level is determined for a certain η. When determining the submapping, the base technology determines the optimum λ for each submapping independently.

同図のごとく、まずsとλをゼロクリアする(S210)。つぎに、そのときのλについて(および暗にηについて)エネルギーを最小にする副写像f(m,s)を求め(S211)、これをf(m,s)(λ=0)と書く。異なるλに関する写像も求めるべく、λをΔλだけシフトし、新たなλが所定の探索打切り値λmaxを超えていないことを確認し(S213)、S211に戻り、以降の繰り返し処理でf(m,s)(λ=iΔλ)(i=0,1,…)を求める。λがλmaxを超えたときS214に進み、最適なλ=λoptを決定し、f(m,s)(λ=λopt)を最終的に写像f(m,s)とする(S214)。 As shown in the figure, s and λ are first cleared to zero (S210). Next, a sub-mapping f (m, s) that minimizes energy is obtained for λ at that time (and implicitly for η) (S211), and this is written as f (m, s) (λ = 0). In order to obtain a mapping with respect to different λ, λ is shifted by Δλ, it is confirmed that the new λ does not exceed the predetermined search truncation value λ max (S213), the process returns to S211 and f (m , S) (λ = iΔλ) (i = 0, 1,...) Is obtained. When λ exceeds λ max , the process proceeds to S214, the optimum λ = λ opt is determined, and f (m, s) (λ = λ opt ) is finally set as a map f (m, s) (S214). .

つぎに、同一レベルにおける他の副写像を求めるべく、λをゼロクリアし、sをインクリメントする(S215)。sが4を超えていないことを確認し(S216)、S211に戻る。s=4になれば上述のごとくf(m,3)を利用してf(m,0)を更新し、そのレベルにおける副写像の決定を終了する。 Next, to obtain another submapping at the same level, λ is cleared to zero and s is incremented (S215). It is confirmed that s does not exceed 4 (S216), and the process returns to S211. When s = 4, f (m, 0) is updated using f (m, 3) as described above, and the submapping at that level is completed.

図16は、あるmとsについてλを変えながら求められたf(m,s)(λ=iΔλ)(i=0,1,…)に対応するエネルギーC(m,s) の挙動を示す図である。[1.4]で述べたとおり、λが増加すると通常C(m,s) は減少する。しかし、λが最適値を超えるとC(m,s) は増加に転じる。そこで本前提技術ではC(m,s) が極小値をとるときのλをλoptと決める。同図のようにλ>λoptの範囲で再度C(m,s) が小さくなっていっても、その時点ではすでに写像がくずれていて意味をなさないため、最初の極小点に注目すればよい。λoptは副写像ごとに独立して決めていき、最後にf(n)についてもひとつ定まる。 FIG. 16 shows the behavior of energy C (m, s) f corresponding to f (m, s) (λ = iΔλ) (i = 0, 1,...) Obtained while changing λ for a certain m and s. FIG. As described in [1.4], as λ increases, C (m, s) f usually decreases. However, when λ exceeds the optimum value, C (m, s) f starts to increase. Therefore, in the base technology, λ when C (m, s) f takes a minimum value is determined as λ opt . Even if C (m, s) f becomes smaller again within the range of λ> λ opt as shown in the figure, the mapping is already broken at that point and it makes no sense, so pay attention to the first local minimum point. That's fine. λ opt is determined independently for each sub-mapping, and finally f (n) is also determined.

一方、図17は、ηを変えながら求められたf(n)(η=iΔη)(i=0,1,…)に対応するエネルギーC(n) の挙動を示す図である。ここでもηが増加すると通常C(n) は減少するが、ηが最適値を超えるとC(n) は増加に転じる。そこでC(n) が極小値をとるときのηをηoptと決める。図17は図4の横軸のゼロ付近を拡大した図と考えてよい。ηoptが決まればf(n)を最終決定することができる。 On the other hand, FIG. 17 is a diagram showing the behavior of energy C (n) f corresponding to f (n) (η = iΔη) (i = 0, 1,...) Obtained while changing η. Again, when η increases, C (n) f usually decreases, but when η exceeds the optimum value, C (n) f starts to increase. Therefore, η when C (n) f takes the minimum value is determined as η opt . FIG. 17 may be considered as an enlarged view of the vicinity of zero on the horizontal axis of FIG. If η opt is determined, f (n) can be finally determined.

以上、本前提技術によれば種々のメリットが得られる。まずエッジを検出する必要がないため、エッジ検出タイプの従来技術の課題を解消できる。また、画像に含まれるオブジェクトに対する先験的な知識も不要であり、対応点の自動検出が実現する。特異点フィルタによれば、解像度の粗いレベルでも特異点の輝度や位置を維持することができ、オブジェクト認識、特徴抽出、画像マッチングに極めて有利である。その結果、人手作業を大幅に軽減する画像処理システムの構築が可能となる。   As described above, according to the base technology, various advantages can be obtained. First, since it is not necessary to detect an edge, it is possible to solve the problem of the conventional technology of the edge detection type. In addition, a priori knowledge about the object included in the image is unnecessary, and automatic detection of corresponding points is realized. The singularity filter can maintain the luminance and position of the singularity even at a coarse resolution level, and is extremely advantageous for object recognition, feature extraction, and image matching. As a result, it is possible to construct an image processing system that greatly reduces manual work.

なお、本前提技術について次のような変形技術も考えられる。
(1)前提技術では始点階層画像と終点階層画像の間でマッチングをとる際にパラメータの自動決定を行ったが、この方法は階層画像間ではなく、通常の2枚の画像間のマッチングをとる場合全般に利用できる。
It should be noted that the following modification technique is also conceivable for this prerequisite technique.
(1) In the base technology, the parameters are automatically determined when matching between the start layer image and the end layer image. However, this method performs matching between two normal images, not between layer images. If available in general.

たとえば2枚の画像間で、画素の輝度の差に関するエネルギーEと画素の位置的なずれに関するエネルギーEのふたつを評価式とし、これらの線形和Etot=αE+Eを総合評価式とする。この総合評価式の極値付近に注目してαを自動決定する。つまり、いろいろなαについてEtotが最小になるような写像を求める。それらの写像のうち、αに関してEが極小値をとるときのαを最適パラメータと決める。そのパラメータに対応する写像を最終的に両画像間の最適マッチングとみなす。 For example, between two images, the energy E 0 related to the difference in luminance of the pixels and the energy E 1 related to the positional deviation of the pixels are used as evaluation expressions, and these linear sums E tot = αE 0 + E 1 are comprehensive evaluation expressions. And Focusing on the vicinity of the extreme value of this comprehensive evaluation formula, α is automatically determined. That is, a mapping that minimizes E tot for various α is obtained. Among these mappings, α when E 1 takes a minimum value with respect to α is determined as an optimum parameter. The mapping corresponding to that parameter is finally regarded as the optimal matching between both images.

これ以外にも評価式の設定にはいろいろな方法があり、例えば1/Eと1/Eのように、評価結果が良好なほど大きな値をとるものを採用してもよい。総合評価式も必ずしも線形和である必要はなく、n乗和(n=2、1/2、−1、−2など)、多項式、任意の関数などを適宜選択すればよい。 In addition to this, there are various methods for setting the evaluation formula. For example, a value that takes a larger value as the evaluation result is better, such as 1 / E 1 and 1 / E 2 , may be adopted. The comprehensive evaluation formula is not necessarily a linear sum, and an n-th power sum (n = 2, 1/2, −1, −2 etc.), a polynomial, an arbitrary function, or the like may be appropriately selected.

パラメータも、αのみ、前提技術のごとくηとλのふたつの場合、それ以上の場合など、いずれでもよい。パラメータが3以上の場合はひとつずつ変化させて決めていく。   The parameter may be either α, two cases of η and λ as in the base technology, or more than that. If the parameter is 3 or more, change it one by one.

(2)本前提技術では、総合評価式の値が最小になるよう写像を決めた後、総合評価式を構成するひとつの評価式であるC(m,s) が極小になる点を検出してパラメータを決定した。しかし、こうした二段回処理の代わりに、状況によっては単に総合評価式の最小値が最小になるようにパラメータを決めても効果的である。その場合、例えばαE+βEを総合評価式とし、α+β=1なる拘束条件を設けて各評価式を平等に扱うなどの措置を講じてもよい。パラメータの自動決定の本質は、エネルギーが最小になるようにパラメータを決めていく点にあるからである。 (2) In the base technology, after determining the mapping so that the value of the comprehensive evaluation formula is minimized, a point where C (m, s) f , which is one evaluation formula constituting the comprehensive evaluation formula, is minimized is detected. Parameters were determined. However, instead of such a two-stage process, it is effective to determine parameters so that the minimum value of the comprehensive evaluation formula is minimized in some situations. In that case, for example, αE 0 + βE 1 may be set as a comprehensive evaluation formula, and a constraint condition of α + β = 1 may be set to treat each evaluation formula equally. This is because the essence of automatic parameter determination is that the parameter is determined so that the energy is minimized.

(3)前提技術では各解像度レベルで4種類の特異点に関する4種類の副画像を生成した。しかし、当然4種類のうち1、2、3種類を選択的に用いてもよい。例えば、画像中に明るい点がひとつだけ存在する状態であれば、極大点に関するf(m,3)だけで階層画像を生成しても相応の効果が得られるはずである。その場合、同一レベルで異なる副写像は不要になるため、sに関する計算量が減る効果がある。 (3) In the base technology, four types of sub-images relating to four types of singular points are generated at each resolution level. However, of course, one, two, and three of the four types may be selectively used. For example, if there is only one bright point in the image, a corresponding effect should be obtained even if a hierarchical image is generated using only f (m, 3) related to the maximum point. In this case, since different submappings at the same level are not required, there is an effect of reducing the amount of calculation regarding s.

(4)本前提技術では特異点フィルタによってレベルがひとつ進むと画素が1/4になった。例えば3×3で1ブロックとし、その中で特異点を探す構成も可能であり、その場合、レベルがひとつ進むと画素は1/9になる。 (4) In the base technology, when the level is advanced by one by the singularity filter, the pixel becomes 1/4. For example, a configuration in which 3 × 3 is one block and a singular point is searched for is possible. In this case, the pixel becomes 1/9 when the level advances by one.

(5)始点画像と終点画像がカラーの場合、それらをまず白黒画像に変換し、写像を計算する。その結果求められた写像を用いて始点のカラー画像を変換する。それ以外の方法として、RGBの各成分について副写像を計算してもよい。 (5) If the start point image and the end point image are in color, they are first converted to a black and white image and a mapping is calculated. The starting point color image is converted using the mapping obtained as a result. As another method, a submapping may be calculated for each component of RGB.

[画像補間に関する実施の形態]
以上の前提技術を利用した画像補間技術を説明する。この技術によれば、それぞれ異なる表情をした複数枚の顔画像を入力しておき、これを利用して任意の表情が写し出された顔画像を生成できる。例えば、「喜び」、「怒り」、「哀しみ」、「楽しさ」を示す表情のように大きく異なる複数の表情を入力しておけば、生成できる表情も多様となる。
図18は、実施の形態に係る技術の概要を説明する図である。図18(a)、図18(b)、図18(c)、図18(d)は同一人物の異なる表情の顔画像である4枚のキーフレームである。キーフレームは予め撮影され準備された実在の画像であり、実施の形態の目的は、これらのキーフレームから図18(e)に示す中間フレームを生成することにある。図18(a)のキーフレームと図18(b)のキーフレームが第1画像対を形成し、図18(c)のキーフレームと図18(d)のキーフレームが第2画像対を形成する。目的の中間フレームは、第1画像対、第2画像対のいずれか一方では正しく生成できず、両方が揃って生成できる。中間フレームは、複数のキーフレームを縦横二方向について補間することで生成されるためである。
[Embodiment related to image interpolation]
An image interpolation technique using the above prerequisite technique will be described. According to this technique, a plurality of face images having different facial expressions are input, and a facial image in which an arbitrary facial expression is projected can be generated using this. For example, if a plurality of different facial expressions such as “joy”, “anger”, “sadness”, and “fun” are input, various facial expressions can be generated.
FIG. 18 is a diagram for explaining the outline of the technology according to the embodiment. FIG. 18A, FIG. 18B, FIG. 18C, and FIG. 18D are four key frames that are face images of the same person with different facial expressions. The key frame is a real image that has been captured and prepared in advance, and an object of the embodiment is to generate an intermediate frame shown in FIG. 18E from these key frames. The key frame in FIG. 18 (a) and the key frame in FIG. 18 (b) form a first image pair, and the key frame in FIG. 18 (c) and the key frame in FIG. 18 (d) form a second image pair. To do. The target intermediate frame cannot be generated correctly in either the first image pair or the second image pair, and both can be generated together. This is because the intermediate frame is generated by interpolating a plurality of key frames in two vertical and horizontal directions.

実施の形態によってユーザの好みに応じた中間フレームを生成することにより、少ないキーフレームから任意の表情をした顔画像を生成することができる。こうして生成された顔画像は、電子メールの送信先に対して自分の感情を表情で伝えるためにその電子メールに添付する場合や、撮影後に好みで表情を調節できる写真加工ツール等に有用である。   By generating an intermediate frame according to the user's preference according to the embodiment, a face image with an arbitrary expression can be generated from a few key frames. The face image generated in this way is useful for attaching to an e-mail in order to convey his / her emotions to the e-mail destination, or for a photo processing tool that can adjust the expression as desired after shooting. .

図19は実施の形態に係る画像補間装置10の構成図である。画像補間装置10は、ユーザと相互作用をするGUI(グラフィカル・ユーザ・インタフェイス)12と、GUI12を介して、生成すべき中間フレームの位置情報28を取得する中間フレーム位置取得部14と、それぞれ顔表情が写された複数のキーフレームを予め記憶しているキーフレーム記憶部16と、位置情報28をもとに中間的な顔表情が写し出された中間フレームを生成するために必要なキーフレームをキーフレーム記憶部16から選定し、前提技術に基づいてマッチング計算を行うマッチングプロセッサ18と、その結果得られたキーフレーム間の対応点情報を対応点ファイルとして記録する対応点ファイル保存部20と、対応点ファイルおよび前記位置情報28をもとに中間フレームを補間計算で生成する中間フレーム生成部22を含む。この装置10はさらに、生成された中間フレームを画面に表示する表示部24と、その中間フレームを必要に応じて外部へ送出する通信部26を含む。   FIG. 19 is a configuration diagram of the image interpolation apparatus 10 according to the embodiment. The image interpolation apparatus 10 includes a GUI (graphical user interface) 12 that interacts with a user, an intermediate frame position acquisition unit 14 that acquires position information 28 of an intermediate frame to be generated via the GUI 12, and A key frame storage unit 16 that stores a plurality of key frames in which facial expressions are copied in advance, and a key frame necessary for generating an intermediate frame in which intermediate facial expressions are copied based on the position information 28 Are selected from the key frame storage unit 16 and the matching processor 18 performs matching calculation based on the base technology, and the corresponding point file storage unit 20 that records the corresponding point information between the key frames obtained as a result as a corresponding point file; Intermediate frame generation for generating an intermediate frame by interpolation calculation based on the corresponding point file and the position information 28 Including the 22. The apparatus 10 further includes a display unit 24 that displays the generated intermediate frame on the screen, and a communication unit 26 that transmits the intermediate frame to the outside as necessary.

図20は、空間的に分散されたキーフレームと中間フレームの位置関係を示す。各キーフレームはマトリクス状に所定の間隔を置いて配置されており、生成すべき中間フレームはこれらキーフレームの間に位置決めされる。   FIG. 20 shows the positional relationship between spatially distributed key frames and intermediate frames. Each key frame is arranged in a matrix at predetermined intervals, and an intermediate frame to be generated is positioned between these key frames.

ここでは、9枚のキーフレームである第1キーフレームI1〜第9キーフレームI9が準備されている。いまGUI12を通し、生成すべき中間フレームの位置が同図の中間フレームIcと取得されたとき、まずその中間フレームIcを取り巻くキーフレーム(以下「注目キーフレーム」という)が第1キーフレームI1、第2キーフレームI2、第4キーフレームI4、第5キーフレームI5と特定される。第1キーフレームI1と第2キーフレームI2が第1画像対、第4キーフレームI4と第5キーフレームI5が第2画像対と定まる。つづいて、これら4つのキーフレームで形成される四辺形の中で中間フレームIcが占める位置を幾何的に求める。つづいて、後述の補間によって中間フレームの画像を生成する。   Here, nine key frames, ie, a first key frame I1 to a ninth key frame I9 are prepared. When the position of the intermediate frame to be generated is acquired as the intermediate frame Ic in the figure through the GUI 12, the key frame surrounding the intermediate frame Ic (hereinafter referred to as “target key frame”) is first key frame I1, The second key frame I2, the fourth key frame I4, and the fifth key frame I5 are specified. The first key frame I1 and the second key frame I2 are determined as the first image pair, and the fourth key frame I4 and the fifth key frame I5 are determined as the second image pair. Subsequently, the position occupied by the intermediate frame Ic in the quadrilateral formed by these four key frames is obtained geometrically. Subsequently, an intermediate frame image is generated by interpolation described later.

このプロセスにおいて、中間フレームが図20において占める位置、および注目キーフレームは中間フレーム位置取得部14によって特定される。注目キーフレームはマッチングプロセッサ18に通知され、ここで第1画像対と第2画像対それぞれの間で前提技術にもとづくマッチング計算が行われる。それぞれのマッチング結果は対応点ファイルとして対応点ファイル保存部20へ記録される。   In this process, the position occupied by the intermediate frame in FIG. 20 and the target key frame are specified by the intermediate frame position acquisition unit 14. The key frame of interest is notified to the matching processor 18, where matching calculation based on the base technology is performed between the first image pair and the second image pair. Each matching result is recorded in the corresponding point file storage unit 20 as a corresponding point file.

中間フレーム位置取得部14で取得された中間フレームの位置情報は中間フレーム生成部22に送られる。中間フレーム生成部22は、その位置情報とふたつの対応点ファイルをもとに補間計算を行う。   The position information of the intermediate frame acquired by the intermediate frame position acquisition unit 14 is sent to the intermediate frame generation unit 22. The intermediate frame generation unit 22 performs interpolation calculation based on the position information and the two corresponding point files.

図21は、補間の方法を示す。ここでは、第1キーフレームI1、第2キーフレームI2、第4キーフレームI4、第5キーフレームI5をそれぞれ点P1、P2、P4、P5で模式的に示したとき、それらで定まる四辺形において、中間フレームを模式的に示す点Pcの位置が以下の条件を満たすとする。   FIG. 21 shows an interpolation method. Here, when the first key frame I1, the second key frame I2, the fourth key frame I4, and the fifth key frame I5 are schematically indicated by points P1, P2, P4, and P5, respectively, Assume that the position of the point Pc schematically showing the intermediate frame satisfies the following condition.

「P1とP2を結ぶ辺をs:(1−s)に内分する点Qと、P4とP5を結ぶ辺をs:(1−s)に内分する点Rを結ぶ線分を(1−t):tに内分する」
中間フレーム生成部22は、第1画像対に関する対応点ファイルをもとにまず点Qに当たる画像をs:(1−s)の比による補間で生成する。つづいて、第2画像対に関する対応点ファイルをもとに点Rに当たる画像をs:(1−s)の比による補間で生成する。最後に、これらふたつの画像を(1−t):tの比による補間で生成する。
図22は画像補間装置10の処理手順を示す。最初に表示部24には、複数のキーフレームがマトリクス状に配置されて表示されている。ユーザがマウスボタンでマトリクス内の任意の位置を示すと、その位置が中間フレームの位置として取得される(S1000)。
“A line segment connecting a point Q that internally divides the side connecting P1 and P2 to s: (1-s) and a line segment connecting the point R that internally divides the side connecting P4 and P5 to s: (1-s) (1 -T): Divide into t "
The intermediate frame generation unit 22 first generates an image corresponding to the point Q by interpolation based on a ratio of s: (1-s) based on the corresponding point file relating to the first image pair. Subsequently, an image corresponding to the point R is generated by interpolation based on a ratio of s: (1-s) based on the corresponding point file relating to the second image pair. Finally, these two images are generated by interpolation with a ratio of (1-t): t.
FIG. 22 shows a processing procedure of the image interpolation apparatus 10. First, the display unit 24 displays a plurality of key frames arranged in a matrix. When the user indicates an arbitrary position in the matrix with the mouse button, the position is acquired as the position of the intermediate frame (S1000).

つづいて、中間フレーム位置取得部14は注目キーフレームとして前述の4枚を選定し(S1002)、これをマッチングプロセッサ18へ伝える。マッチングプロセッサ18はそれらのキーフレームの画像をキーフレーム記憶部16から読み出し、それぞれ第1画像対と第2画像対についてマッチング計算を行う(S1004)。結果はふたつの対応点ファイルとして対応点ファイル保持部20へ格納される。   Subsequently, the intermediate frame position acquisition unit 14 selects the above-described four frames as the key frame of interest (S1002), and transmits this to the matching processor 18. The matching processor 18 reads the images of those key frames from the key frame storage unit 16, and performs matching calculation for the first image pair and the second image pair, respectively (S1004). The result is stored in the corresponding point file holding unit 20 as two corresponding point files.

中間フレーム生成部22は、それらの対応点ファイルからまず図21の点Q、Rを個別に求め、つづいて中間フレームを補間により求める(S1006)。最後に、生成された中間フレームを表示する(S1008)。中間フレームは必要に応じてネットワークへ出力される。   The intermediate frame generation unit 22 first obtains the points Q and R of FIG. 21 individually from these corresponding point files, and then obtains the intermediate frame by interpolation (S1006). Finally, the generated intermediate frame is displayed (S1008). The intermediate frame is output to the network as necessary.

図23は、電子メールの新規作成画面においてユーザが任意の表情を指定するためのGUIを例示する。この画面には、電子メールの宛先、題名、本文などを入力する欄の他、表情指定欄32が表示される。この表情指定欄32の四隅には、それぞれ喜び、怒り、哀しみ、楽しさを示す顔のマークが表示され、これらの間をユーザがマウスポインタ36を動かしてマーク34を任意の点に設定する。このマーク34と4つの顔マークの位置関係をもとに、予め記録された4枚の顔画像の中間フレームが生成され、この電子メールに添付される。受け取った相手は、添付された顔画像の表情をもとにメール作成者の感情を推測できる。   FIG. 23 exemplifies a GUI for the user to specify an arbitrary expression on the new e-mail creation screen. On this screen, a facial expression designation field 32 is displayed in addition to fields for inputting an e-mail address, title, body text, and the like. Facial marks indicating joy, anger, sadness, and enjoyment are displayed at the four corners of the facial expression designation field 32, and the user moves the mouse pointer 36 between them to set the mark 34 to an arbitrary point. Based on the positional relationship between the mark 34 and the four face marks, intermediate frames of four face images recorded in advance are generated and attached to the e-mail. The recipient can guess the mail creator's feelings based on the facial expression attached.

以上、実施の形態を説明した。ここでは四辺形をもとに補間を行ったが、これは三角形をもとに行ってもよい。また、対応点ファイルは都度生成したが、これは予めキーフレーム間について計算して生成しておいてもよい。当然その場合、中間フレームの生成がより高速に実現でき、電子メールへの添付も高速に処理できる。   The embodiment has been described above. Here, interpolation is performed based on a quadrilateral, but this may be performed based on a triangle. In addition, the corresponding point file is generated each time, but it may be generated by calculating between key frames in advance. Naturally, in that case, the generation of the intermediate frame can be realized at a higher speed, and the attachment to the e-mail can also be processed at a higher speed.

図23においては、表情指定欄32は二次元的な位置指定をユーザに要求する形で構成していたが、これを例えば喜び、怒り、哀しみ、楽しさの各パラメータを数値で指定させる形で構成してもよいし、その数値を画面上のレバーやスクロールで微調整できる構成としてもよい。驚き、平常、など他の感情をさらに加えた複数の表情の顔画像を予め準備してその度合いを指定させてもよい。生成された特定の顔画像をデフォルトで添付される画像として設定できる構成としてもよい。   In FIG. 23, the facial expression designation field 32 is configured in such a way as to require the user to designate a two-dimensional position. For example, this is a form in which each parameter of joy, anger, sadness, and fun is designated numerically. Alternatively, the numerical value may be finely adjusted with a lever or scroll on the screen. It is also possible to prepare face images of a plurality of facial expressions to which other emotions such as surprise and normal are further added and specify the degree thereof. The generated specific face image may be set as an image attached by default.

電子メールへ顔画像を添付する以外に、例えばこの技術を写真加工ソフトウエアに利用することもできる。このソフトウエアにおいては、ユーザが入力した複数枚の顔画像をもとに、任意の表情をした顔画像を作成することができ、入力する複数の顔画像は必ずしも同一人物を被写体としていなくともよく、また人間以外の動物であってもよい。この場合、色々な顔をモーフィングした顔画像を任意のブレンド率で容易に生成できる。   In addition to attaching a face image to an e-mail, for example, this technique can also be used for photo processing software. In this software, a face image with an arbitrary expression can be created based on a plurality of face images input by a user, and the plurality of face images to be input do not necessarily have the same person as a subject. It may be a non-human animal. In this case, face images obtained by morphing various faces can be easily generated at an arbitrary blend rate.

この技術を証明写真撮影機に応用してもよい。この場合、被撮影者を4回撮影してそのデジタル画像を画面にマトリクス表示する。被撮影者は、4枚の画像の間で任意の点を指定し、その位置に応じて補間処理された中間フレームが最終的に印刷される。被撮影者はカメラの前で意識的に異なる表情を作れば、撮影後に好みの表情へ調整しやすい。また、瞬きしてしまったりカメラレンズの方向へ視線が定まらなかった場合にもこれを後から簡単に調整できる。   This technique may be applied to an ID photo camera. In this case, the subject is photographed four times and the digital image is displayed in a matrix on the screen. The subject specifies an arbitrary point between the four images, and an intermediate frame that is interpolated according to the position is finally printed. If the photographer consciously creates a different facial expression in front of the camera, it is easy to adjust to the desired facial expression after shooting. In addition, when the eye blinks or the line of sight is not fixed in the direction of the camera lens, this can be easily adjusted later.

図1(a)とは図1(b)は、ふたりの人物の顔に平均化フィルタを施して得られる画像、図1(c)と図1(d)は、ふたりの人物の顔に関して前提技術で求められるp(5,0)の画像、図1(e)と図1(f)は、ふたりの人物の顔に関して前提技術で求められるp(5,1)の画像、図1(g)と図1(h)は、ふたりの人物の顔に関して前提技術で求められるp(5,2)の画像、図1(i)と図1(j)は、ふたりの人物の顔に関して前提技術で求められるp(5,3)の画像をそれぞれディスプレイ上に表示した中間調画像の写真である。FIG. 1 (b) is an image obtained by applying an averaging filter to the faces of two persons, and FIGS. 1 (c) and 1 (d) are assumptions regarding the faces of the two persons. image p (5, 0) obtained by the technique, the image shown in FIG. 1 (e) and and 1 (f) show the subimages, p sought base technology with respect to the face of Futari person (5,1), FIG. 1 (g ) And FIG. 1 (h) are images of p (5,2) required by the base technology regarding the faces of the two persons, and FIGS. 1 (i) and 1 (j) are base technologies regarding the faces of the two persons. 5 is a halftone image photograph in which images of p (5, 3) obtained by the above are respectively displayed on a display. 図2(R)はもとの四辺形を示す図、図2(A)、図2(B)、図2(C)、図2(D)、図2(E)はそれぞれ相続四辺形を示す図である。FIG. 2 (R) is a diagram showing the original quadrilateral, and FIG. 2 (A), FIG. 2 (B), FIG. 2 (C), FIG. 2 (D), and FIG. FIG. 始点画像と終点画像の関係、および第mレベルと第m−1レベルの関係を相続四辺形を用いて示す図である。It is a figure which shows the relationship between a starting point image and an end point image, and the relationship between the m-th level and the m-1st level using an inheritance quadrilateral. パラメータηとエネルギーCの関係を示す図である。It is a diagram showing the relationship between parameters η and energy C f. 図5(a)、図5(b)は、ある点に関する写像が全単射条件を満たすか否かを外積計算から求める様子を示す図である。FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams illustrating a state in which whether or not a mapping related to a certain point satisfies the bijection condition is calculated from outer product calculation. 前提技術の全体手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the whole procedure of a premise technique. 図6のS1の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of S1 of FIG. 図7のS10の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of S10 of FIG. 第mレベルの画像の一部と、第m−1レベルの画像の一部の対応関係を示す図である。It is a figure which shows the correspondence of a part of image of a m-th level, and a part of image of a m-1st level. 前提技術で生成された始点階層画像を示す図である。It is a figure which shows the starting point hierarchy image produced | generated by the base technology. 図6のS2に進む前に、マッチング評価の準備の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the preparation of matching evaluation before progressing to S2 of FIG. 図6のS2の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of S2 of FIG. 第0レベルにおいて副写像を決定する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a submapping is determined in the 0th level. 第1レベルにおいて副写像を決定する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a submapping is determined in a 1st level. 図12のS21の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of S21 of FIG. あるf(m,s)についてλを変えながら求められたf(m,s)(λ=iΔλ)に対応するエネルギーC(m,s) の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of energy C (m, s) f corresponding to f (m, s) (λ = iΔλ) obtained while changing λ for a certain f (m, s) . ηを変えながら求められたf(n)(η=iΔη)(i=0,1,…)に対応するエネルギーC(n) の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of energy C (n) f corresponding to f (n) (η = iΔη) (i = 0, 1,...) obtained while changing η. 図18(a)〜18(e)は、4枚のキーフレームと実施の形態で生成すべき中間フレームを模式的に示す図である。FIGS. 18A to 18E are diagrams schematically showing four key frames and an intermediate frame to be generated in the embodiment. 実施の形態に係る画像補間装置の構成図である。It is a block diagram of the image interpolation apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態で生成すべき中間フレームとそのもとになるキーフレームの位置関係を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the positional relationship of the intermediate | middle frame which should be produced | generated by embodiment, and the key frame used as it. 実施の形態の画像補間装置で実施される補間処理の方法を示す図である。It is a figure which shows the method of the interpolation process implemented with the image interpolation apparatus of embodiment. 実施の形態の画像補間装置の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the image interpolation apparatus of embodiment. 電子メールの新規作成画面においてユーザが任意の表情を指定するためのGUIを例示する図である。It is a figure which illustrates GUI for a user to designate arbitrary facial expressions in the new creation screen of an email.

符号の説明Explanation of symbols

10 画像補間装置
12 GUI
14 中間フレーム位置取得部
16 キーフレーム記憶部
18 マッチングプロセッサ
20 対応点ファイル保持部
22 中間フレーム生成部
24 表示部
26 通信部
10 Image Interpolation Device 12 GUI
14 Intermediate frame position acquisition unit 16 Key frame storage unit 18 Matching processor 20 Corresponding point file holding unit 22 Intermediate frame generation unit 24 Display unit 26 Communication unit

Claims (15)

任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む2枚のキーフレームからなる第1画像対と、それら2枚のキーフレーム間の第1対応点情報を取得する工程と、
任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む2枚のキーフレームからなる第2画像対と、それら2枚のキーフレーム間の第2対応点情報を取得する工程と、
第1画像対の2枚のキーフレーム間に時間的または空間的に定まる第1軸と第2画像対の2枚のキーフレーム間に時間的または空間的に定まる第2軸の位置関係、第1対応点情報、および第2対応点情報を利用して、中間的な表情の顔が写し出されるべき中間フレームを補間によって生成する工程と、
を含むことを特徴とする画像補間方法。
Obtaining a first image pair composed of two key frames each including a face captured with an arbitrary expression as a subject, and first corresponding point information between the two key frames;
Obtaining a second image pair consisting of two key frames each including a face captured with an arbitrary expression as a subject, and second corresponding point information between the two key frames;
A positional relationship between a first axis that is temporally or spatially defined between two key frames of the first image pair and a second axis that is temporally or spatially defined between two key frames of the second image pair; Using the one corresponding point information and the second corresponding point information to generate, by interpolation, an intermediate frame in which a face with an intermediate expression should be projected;
An image interpolation method characterized by comprising:
前記取得した複数のキーフレームを所定の間隔でマトリクス状に配置して画面に表示させる工程と、
その画面における任意の点をユーザに指定させる工程と、
をさらに含み、
前記指定された点と複数のキーフレームの位置関係をもとに前記補間を行う請求項1に記載の方法。
Arranging the plurality of acquired key frames in a matrix at predetermined intervals and displaying them on a screen;
Allowing the user to specify any point on the screen;
Further including
The method according to claim 1, wherein the interpolation is performed based on a positional relationship between the designated point and a plurality of key frames.
第1画像対の2枚のキーフレームおよび第2画像対の2枚のキーフレームは、それぞれ同一人物の異なる表情で写された顔画像である請求項1、2のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the two key frames of the first image pair and the two key frames of the second image pair are face images that are copied with different facial expressions of the same person. 任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む2枚のキーフレームからなる第1画像対についてマッチング計算を行い、それら2枚のキーフレーム間の第1対応点情報を検出する工程と、
任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む2枚のキーフレームからなる第2画像対についてマッチング計算を行い、それら2枚のキーフレーム間の第2対応点情報を検出する工程と、
第1画像対の2枚のキーフレーム間において時間的または空間的に定まる第1軸と第2画像対の2枚のキーフレーム間において時間的または空間的に定まる第2軸の位置関係、第1対応点情報、および第2対応点情報を利用して、中間的な表情の顔が写し出されるべき中間フレームを補間によって生成することを特徴とする画像補間方法。
Performing a matching calculation on a first image pair composed of two key frames each including a face photographed in an arbitrary expression as a subject, and detecting first corresponding point information between the two key frames;
Performing a matching calculation on a second image pair composed of two key frames each including a face photographed with an arbitrary expression as a subject, and detecting second corresponding point information between the two key frames;
A positional relationship between a first axis determined temporally or spatially between two key frames of the first image pair and a second axis determined temporally or spatially between the two key frames of the second image pair; An image interpolation method, wherein an intermediate frame in which a face with an intermediate expression is to be projected is generated by interpolation using one corresponding point information and second corresponding point information.
任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む複数のキーフレームを所定の間隔でマトリクス状に配置して画面に表示させる工程と、
その画面における任意の点をユーザに指定させる工程と、
前記指定された点と複数のキーフレームの位置関係をもとに、それらの中間的な表情の顔が写し出されるべき中間フレームを補間によって生成する工程と、
を含むことを特徴とする画像補間方法。
A step of arranging a plurality of key frames each including a face captured with an arbitrary expression in a subject at a predetermined interval in a matrix and displaying on a screen;
Allowing the user to specify any point on the screen;
Generating an intermediate frame by interpolation based on a positional relationship between the designated point and a plurality of key frames, in which a face having an intermediate expression is to be projected;
An image interpolation method characterized by comprising:
任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む複数のキーフレームを記憶するユニットと、
中間的な表情の顔が写し出されるべき中間フレームの時間的または空間的な位置情報をキーフレームとの関係において取得するユニットと、
それぞれが2枚のキーフレームからなる第1画像対、第2画像対についてそれぞれ定まる対応点情報、および前記位置情報をもとに中間フレームを補間処理にて生成するユニットと、
を含み、第1画像対の2枚のキーフレーム間に時間的または空間的に定まる第1軸と第2画像対の2枚のキーフレーム間に時間的または空間的に定まる第2軸が同一直線上にこないようそれらの画像対が選定されることを特徴とする画像補間装置。
A unit for storing a plurality of key frames each including a face photographed in an arbitrary expression as a subject;
A unit for obtaining temporal or spatial positional information of an intermediate frame in which an intermediate facial expression is to be projected in relation to a key frame;
A first image pair each consisting of two key frames, corresponding point information determined for each second image pair, and a unit for generating an intermediate frame by interpolation processing based on the position information;
A first axis that is temporally or spatially defined between the two key frames of the first image pair and a second axis that is temporally or spatially defined between the two key frames of the second image pair. An image interpolating apparatus characterized in that the image pairs are selected so as not to be on a straight line.
複数のキーフレームを所定の間隔でマトリクス状に配置して画面に表示させるユニットと、
前記中間フレームの時間的または空間的な位置に関する指定を外部から入力するためのユーザインタフェイスをさらに含む請求項6に記載の装置。
A unit for arranging a plurality of key frames in a matrix at predetermined intervals and displaying them on a screen;
The apparatus according to claim 6, further comprising a user interface for inputting a designation regarding a temporal or spatial position of the intermediate frame from the outside.
第1画像対の2枚のキーフレームおよび第2画像対の2枚のキーフレームは、それぞれ同一人物の異なる表情で写された顔画像である請求項6、7のいずれかに記載の装置。   The device according to claim 6, wherein the two key frames of the first image pair and the two key frames of the second image pair are face images captured by different expressions of the same person. 任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む複数のキーフレームを所定の間隔でマトリクス状に配置して画面に表示させるユニットと、
その画面においてユーザが指定する任意の点の位置情報を取得するユニットと、
前記指定された点と複数のキーフレームの位置関係をもとに、それらの中間的な表情の顔が写し出されるべき中間フレームを補間によって生成するユニットと、
を含むことを特徴とする画像補間装置。
A unit that displays a plurality of key frames each containing a face captured with an arbitrary expression in a matrix at predetermined intervals and displayed on a screen;
A unit that acquires position information of an arbitrary point specified by the user on the screen;
A unit that generates, by interpolation, an intermediate frame on which a face having an intermediate expression is to be projected based on a positional relationship between the designated point and a plurality of key frames;
An image interpolating apparatus comprising:
任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む2枚のキーフレームからなる第1画像対と、それら2枚のキーフレーム間の第1対応点情報を取得する工程と、
任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む2枚のキーフレームからなる第2画像対と、それら2枚のキーフレーム間の第2対応点情報を取得する工程と、
第1画像対の2枚のキーフレーム間に時間的または空間的に定まる第1軸と第2画像対の2枚のキーフレーム間に時間的または空間的に定まる第2軸の位置関係、第1対応点情報、および第2対応点情報を利用して、中間的な表情の顔が写し出されるべき中間フレームを補間によって生成する工程と、
をコンピュータに実行せしめることを特徴とするコンピュータプログラム。
Obtaining a first image pair composed of two key frames each including a face captured with an arbitrary expression as a subject, and first corresponding point information between the two key frames;
Obtaining a second image pair consisting of two key frames each including a face captured with an arbitrary expression as a subject, and second corresponding point information between the two key frames;
A positional relationship between a first axis that is temporally or spatially defined between two key frames of the first image pair and a second axis that is temporally or spatially defined between two key frames of the second image pair; Using the one corresponding point information and the second corresponding point information to generate, by interpolation, an intermediate frame in which a face with an intermediate expression should be projected;
A computer program for causing a computer to execute.
任意の表情で写された顔をそれぞれ被写体に含む複数のキーフレームを所定の間隔でマトリクス状に配置して画面に表示させる工程と、
その画面における任意の点をユーザに指定させる工程と、
前記指定された点と複数のキーフレームの位置関係をもとに、それらの中間的な表情の顔が写し出されるべき中間フレームを補間によって生成する工程と、
をコンピュータに実行せしめることを特徴とするコンピュータプログラム。
A step of arranging a plurality of key frames each including a face captured with an arbitrary expression in a subject at a predetermined interval in a matrix and displaying on a screen;
Allowing the user to specify any point on the screen;
Generating an intermediate frame by interpolation based on a positional relationship between the designated point and a plurality of key frames, in which a face having an intermediate expression is to be projected;
A computer program for causing a computer to execute.
諸表情に対応する複数の画像をユーザに対して表示する工程と、
それらの画像の混合に関する指示をユーザから取得する工程と、
その指示にしたがい、当初は存在しなかった表情に対応する新たな画像を生成する工程と、
を含み、
前記指示は、混合の際に前記複数の画像の配合比を内包する形にて取得されることを特徴とする画像補間方法。
Displaying a plurality of images corresponding to various facial expressions to the user;
Obtaining instructions from the user regarding mixing of the images;
According to the instructions, generating a new image corresponding to a facial expression that did not originally exist;
Including
The image interpolation method, wherein the instruction is acquired in a form including a blending ratio of the plurality of images at the time of mixing.
前記配合比は前記複数の画像が表示される画面において、それらの画像の表示位置とユーザが当該画面上で指示を入力する作用位置との関係から定まる請求項12に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein the blending ratio is determined from a relationship between a display position of the images on the screen on which the plurality of images are displayed and an action position at which the user inputs an instruction on the screen. 諸表情に対応する複数の画像をユーザに対して表示する機能と、
それらの画像の混合に関する指示をユーザから取得する機能と、
その指示にしたがい、当初は存在しなかった表情に対応する新たな画像を生成する機能と、
を備え、
前記指示は、混合の際に前記複数の画像の配合比を内包する形にて取得されることを特徴とする画像エディタ。
A function to display a plurality of images corresponding to various facial expressions to the user;
A function to obtain instructions from the user regarding the mixing of these images;
According to the instructions, a function to generate a new image corresponding to a facial expression that did not exist at first,
With
The image editor, wherein the instruction is acquired in a form including a blending ratio of the plurality of images at the time of mixing.
諸表情に対応する少なくとも3枚の画像に補間処理を施すことにより、当初は存在しなかった表情に対応する新たな画像を生成することを特徴とする画像補間方法。   An image interpolation method characterized by generating a new image corresponding to a facial expression that did not originally exist by performing interpolation processing on at least three images corresponding to various facial expressions.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011141651A (en) * 2010-01-06 2011-07-21 Nec System Technologies Ltd Electronic mail system, electronic mail receiving device, and display method

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