JP2006155491A - シーンチェンジ検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 人間の主観特性に近い判断ができるシーンチェンジ検出方法を提供する。
【解決手段】 HLS変換部2a、2bで、映像信号を色相、彩度、輝度からなるHLS色空間の情報に変換し、輝度信号ヒストグラム比較部5で、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間で、輝度信号ヒストグラムを比較すると共に、色相信号ヒストグラム比較部6で、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間で、色相信号ヒストグラムを比較する。HLS空間上でシーンチェンジを検出することで、人間の主観特性に近い判断で、シーンチェンジが検出できる。
【選択図】 図1
【解決手段】 HLS変換部2a、2bで、映像信号を色相、彩度、輝度からなるHLS色空間の情報に変換し、輝度信号ヒストグラム比較部5で、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間で、輝度信号ヒストグラムを比較すると共に、色相信号ヒストグラム比較部6で、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間で、色相信号ヒストグラムを比較する。HLS空間上でシーンチェンジを検出することで、人間の主観特性に近い判断で、シーンチェンジが検出できる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、画面のシーンチェンジを検出するシーンチェンジ検出方法に関するもので、特に、映像シーンに合わせた画質改善に係わる。
現在の映像信号処理装置は、階調の自動最適補正として、輝度信号の出現度数分布(以下、ヒストグラム演算)を解析し、映像シーン毎に階調補正を行っている。しかし、色の濃さが徐々に変化する映像シーンの場合、人は同じ映像の集まりと判断する傾向がある。輝度信号だけによる映像シーン分析では、輝度情報の変化量に着目しているため、同一映像シーンと判断される集まりでも複数の映像シーンの集まりと誤認識してしまう。その結果、同一映像シーンと人が感ずる状況であっても、後段の輝度階調補正が適切に制御されていない事象が発生する。
また、例えば、特許文献1に記載されているヒストグラム特徴解析手法には、色値レベルを判定し、ヒストグラム分布図から極大点と極小点を求め、その極大・極小点の高低と極大・極小点の位置する幅の変化量を比較する手法が記載されている。
特開平10−276435号公報
しかしながら、特許文献1のアルゴリズムは、色情報のヒストグラム分布において同一映像シーンと思われる映像内で色分布の出現量が変化した場合、誤検出することになる。
例えば、図10(A)に示すように、森林の中に青い空が見える映像の場合、森林を意味する色分布は緑色に集中し、青い空を意味する色分布は青色に集中する。この映像では、極大点が緑色を占める色分布上に存在すると仮定する。この映像シーンにおいて、図10(B)に示すように、青い色の車が現れると、特許文献1のアルゴリズムでは、色分布の極大点に変化が発生し、シーンチェンジが検出されたと判断される。しかしながら、人の感覚は、出現した青い車も同じ映像の集まりと判断することが多い。これは、映像シーンの背景に大きな変化がないからである。つまり、極大・極小点による分布解析では、突発的な色情報の存在によって情報が左右されやすいと考えられる。
また、特許文献1では、対象とする信号をRGB信号、色差信号としており、シーン検出を行うためには全ての信号について演算を行わなければならない。その結果、並列化を行う等の回路の複雑化が予測できる。
本発明は、上述の課題を鑑み、人間の主観特性に近い判断ができるシーンチェンジ検出方法を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するために、請求項1の発明に係るシーンチェンジ検出方法は、映像信号を、輝度信号と色相信号とを含む色空間の信号に変換する工程と、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの輝度信号ヒストグラムを作成する工程と、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの色相信号ヒストグラムを作成する工程と、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間で、輝度信号ヒストグラムを比較する工程と、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間で、色相信号ヒストグラムを比較する工程と、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間での、輝度信号ヒストグラムの比較結果と、色相信号ヒストグラムの比較結果とを用いて、シーンチェンジを判断する工程とを含むことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間でヒストグラムを比較する際に、ヒストグラムを曲線近似化するようにしたことを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1の発明において、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間でヒストグラムを比較する際に、ヒストグラムの曲線に設定された複数の評価点を使用するようにしたことを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項3の発明において、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間でヒストグラムを比較する際に、参照フレームの近似化したヒストグラム分布に公差範囲を設け、参照フレームに連続するフレームの近似化したヒストグラム分布がその公差範囲内に存在する評価点の数を相関の判断基準とするようにしたことを特徴とする。
請求項1の本発明によれば、映像信号を色相、彩度、輝度からなるHLS色空間の情報に変換し、HLS色空間上で、シーンチェンジを検出している。すなわち、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間で、色相信号ヒストグラムを比較すると共に、輝度信号ヒストグラムを比較し、この比較結果に基づいて、シーンチェンジを検出している。このように、HLS空間上でシーンチェンジを検出することで、人間の主観特性に近い判断で、シーンチェンジが検出できる。
請求項2の発明によれば、フレームの間でヒストグラムを比較する際に、ヒストグラムを曲線近似するようにしている。このように、ヒストグラムの形状を完全な形で行うのではなく、曲線近似して冗長性を持たせることにより、ノイズ成分の影響を受けず、確実にシーンチェンジを検出することができる。
請求項3の発明によれば、ヒストグラムの比較を行う際に、一箇所又は最大、最小値の特定箇所ではなく、複数の評価点を使って比較を行っているため、アルゴリズムが複雑にならないと共に、冗長性を持たせることができる。
請求項4の発明によれば、参照フレームと参照フレームに連続するフレームの間でヒストグラムを比較する際に、参照フレームの近似化したヒストグラム分布に公差範囲を設け、参照フレームに連続するフレームの近似化したヒストグラム分布がその公差範囲内に存在する評価点の数を相関の判断基準とすることで、冗長性があり、人間の感覚に近い判断基準が得られる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施形態を示すものである。図1において、フレームメモリ1aには、参照フレームNの映像信号が蓄積されている。フレームメモリ1bには、これに連続するフレーム(N+1)の映像信号が蓄積されている。
フレームメモリ1a及び1bからの映像信号は、HLS(HLS:Hue, Lightness, Saturation)変換部2a及び2bにそれぞれ供給される。HLS変換部2aで、参照フレームNの映像信号が色相、彩度、輝度からなるHLS色空間の情報に変換される。HLS変換部2bで、フレーム(N+1)の映像信号が色相、彩度、輝度からなるHLS空間の情報に変換される。
HLS変換部2aからの参照フレームNの輝度信号は、輝度信号ヒストグラム生成部3aに供給される。輝度信号ヒストグラム生成部3aで、参照フレームNの輝度信号ヒストグラムが作成される。作成された参照フレームNの輝度信号ヒストグラムは、輝度信号ヒストグラム比較部5に供給される。
HLS変換部2bからのフレーム(N+1)の輝度信号は、輝度信号ヒストグラム生成部3bに供給される。輝度信号ヒストグラム生成部3bで、参照フレームNの輝度信号ヒストグラムが作成される。作成されたフレーム(N+1)の輝度信号ヒストグラムは、輝度信号ヒストグラム比較部5に供給される。
HLS変換部2aからの参照フレームNの色相信号は、色相信号ヒストグラム生成部4aに供給される。色相信号ヒストグラム生成部4aで、参照フレームNの色相信号ヒストグラムが作成される。作成された参照フレームNの色相信号ヒストグラムは、色相信号ヒストグラム比較部6に供給される。
HLS変換部2bからのフレーム(N+1)の色相信号は、色相信号ヒストグラム生成部4bに供給される。色相信号ヒストグラム生成部4bで、フレーム(N+1)の色相信号ヒストグラムが作成される。作成されたフレーム(N+1)の色相信号ヒストグラムは、色相信号ヒストグラム比較部6に供給される。
輝度信号ヒストグラム比較部5は、輝度信号ヒストグラム生成部3aで作成された参照フレームNの輝度信号ヒストグラムと、輝度信号ヒストグラム生成部3bで作成されたフレーム(N+1)の輝度信号ヒストグラムとを比較する。色相信号ヒストグラム比較部6は、色相信号ヒストグラム生成部4aで作成された参照フレームNの色相信号ヒストグラムと、色相信号ヒストグラム生成部4bで作成されたフレーム(N+1)の輝度信号ヒストグラムとを比較する。
輝度信号ヒストグラム比較部5及び色相信号ヒストグラム比較部6の比較出力は、判断部7に供給される。判断部7により、輝度信号ヒストグラム比較部5及び色相信号ヒストグラム比較部6からの比較信号に基づいて、シーンチェンジが発生しているかどうかが判断される。
すなわち、輝度信号ヒストグラム比較部5により、参照フレームNの輝度信号ヒストグラムと、これに連続するフレーム(N+1)の輝度信号ヒストグラムとの相関が求められる。色相信号ヒストグラム比較部6により、参照フレームNの色相信号ヒストグラムと、これに連続するフレーム(N+1)の色相信号ヒストグラムとの相関が求められる。これらの相関が大きい場合には、シーンチェンジが発生していないと判断される。これらの相関が小さい場合には、シーンチェンジが発生していると判断される。
このように、本発明の実施形態では、映像信号をHLS色空間に展開し、HLS色空間による映像シーン分析を行っている。RGBの色空間は、赤、緑、青の光の三原色をもとにして、加法混色を表現しているのに対して、HLS色空間では、色相と、彩度と、輝度とから捉えている。HLS色空間は、加法混合により色を捉えるRGB色空間に比べて、より自然に色を捉えることができる。
図2は、HLS色空間を示すものである。図2に示すように、HLS色空間では、全ての色が3次元の球体図の中で表現できる。この球体図は、全ての色信号に対して、色合いの変化量(色相角:hue)と色の濃さ(彩度量:Saturration)から生成される色彩の輪を、輝度の明暗(Lightness)毎に積み重ねたものである。
この例では、輝度(Lightness)は縦軸に「0」から「100」と定義し、「0」側が暗く、「100」側が明るくなる。彩度(Saturation)は球体中心から外周に向けて「0」から「100」と定義し、「0」側が黒に近づき、「100」側が黒を除去した色になる。色相角度(hue)は外周角度として定義し、赤色が0度、黄色が60度、緑色が120度、水色が180度、青色が240度、紫色が300度で、360度で再び赤色に戻るようしてある。
輝度信号のみによるシーンチェンジの検出では、同一の輝度信号分布で、色のみが変化したような場合には、シーンチェンジが検出できない。これに対して、この実施形態では、輝度信号ヒストグラムと色相信号ヒストグラムとを用いてシーンチェンジを検出しているので、同一の輝度信号分布で、色のみが変化したような場合でも、シーンチェンジが確実に検出できる。
例えば、図3に示すようなシーンから、図4に示すようなシーンにチェンジしたとする。このとき、シーンチェンジ前の画面は図4(A)に示すような緑色の画面であり、その輝度信号の分布が図4(B)に示すものであり、その色相角度の分布が図4(C)に示すようなものであるとする。また、シーンチェンジ後の画面が図5(A)に示すものであり、その輝度信号の分布は図5(B)に示すような黄色の画面であり、その色相角度の分布が図5(C)に示すようなものであるとする。
この場合、輝度信号ヒストグラムだけ用いてシーンチェンジを判断すると、シーンチェンジ前の輝度信号の分布(図4(B))と、シーンチェンジ後の輝度信号の分布(図5(B))は殆ど同じであるため、シーンチェンジが検出できない。
これに対して、本発明の実施形態では、色相信号のヒストグラムを検出しており、シーンチェンジ前の色相角度の分布(図4(C))と、シーンチェンジ後の輝度信号の分布(図4(C)とは異なっている。このため、同一の輝度信号分布で、色のみが変化したような場合でも、シーンチェンジを確実に検出できる。
そして、本発明では、RGB色空間ではなく、HLS色空間を用いてシーンチェンジを検出している。このため、人間の感覚により近い間隔で、シーンチェンジを検出することができる。
なお、本発明は、図1と同様な処理を行うソフトウェアで構成するようにしても良い。図5は、ソフトウェアでの構成例を示すフローチャートである。
図5において、参照フレームNの映像信号が取得され(ステップS1)、この参照フレームNの映像信号がHLS色空間からなる信号に変換される(ステップS2)。そして、参照フレームNの輝度信号ヒストグラムが作成され(ステップS3)、参照フレームNの色相信号ヒストグラムが作成される(ステップS4)。
参照フレームNに連続するフレーム(N+1)の映像信号が取得され(ステップS5)、このフレーム(N+1)の映像信号がHLS色空間からなる信号に変換される(ステップS6)。そして、フレーム(N+1)の輝度信号ヒストグラムが作成され(ステップS7)、フレーム(N+1)の色相信号ヒストグラムが作成される(ステップS8)。
次に、ステップS3で作成された参照フレームNの輝度信号ヒストグラムと、ステップS7で作成されたフレーム(N+1)の輝度信号ヒストグラムとが比較される(ステップS9)。そして、ステップS4で作成された参照フレームNの色相信号ヒストグラムと、ステップS8で作成されたフレーム(N+1)の色相信号ヒストグラムとが比較される(ステップS10)。
ステップS9での参照フレームNの輝度信号ヒストグラムとフレーム(N+1)の輝度信号ヒストグラムとの比較結果と、ステップS10での参照フレームNの色相信号ヒストグラムとフレーム(N+1)の色相信号ヒストグラムとの比較結果とを用いて、シーンチェンジが発生したかどうかが判定される(ステップS11)。
次に、本発明の実施形態における輝度信号ヒストグラム及び色相信号ヒストグラムの比較処理について説明する。
図1に示したように、本発明の実施形態では、輝度信号ヒストグラム比較部5において、参照フレームNの輝度信号ヒストグラムと、フレーム(N+1)の輝度信号ヒストグラムとを比較し、また、色相信号ヒストグラム比較部6において、参照フレームNの色相信号ヒストグラムと、フレーム(N+1)の色相信号ヒストグラムとを比較して、その相関を検出している。このとき、そのまま特徴解析に使うには、ノイズ成分が多く、平均化などの演算による平滑化が必要である。
そこで、この実施形態では、回帰分析による曲線近似式を求めてヒストグラム分布を平滑化することで、同一映像シーン内の輝度および色の変化量を簡素化し、冗長性を持たせるようにしている。
また、ヒストグラムの比較の際の特徴解析を、一箇所或いは最大値、最小値の特定箇所とはせずに、複数の評価点を使用するようにしている。つまり、参照フレームの近似化したヒストグラム分布に公差範囲を設け、参照フレームに連続するフレームの近似化したヒストグラム分布が、その公差範囲内に存在する判定箇所の数を評価点毎にカウントし、このカウント値を評価するようにしている。
図6は、輝度信号ヒストグラム比較部5及び色相信号ヒストグラム比較部6でのヒストグラムの比較処理の一例を示すものである。
図6において、平滑部11aには、参照フレームNのヒストグラム(輝度信号ヒストグラム又は色差信号ヒストグラム)が供給される。平滑部11bには、フレーム(N+1)のヒストグラム(輝度信号ヒストグラム又は色差信号ヒストグラム)が供給される。
平滑部11aで、回帰分析による曲線近似により、参照フレームNのヒストグラムが平滑化される。平滑部11aにより、例えば、図7(A)に示すように変化するヒストグラムの曲線Q1が図7(B)に示すようなヒストグラムの曲線Q2に平滑化される。
なお、ヒストグラムの近似には、輝度信号ヒストグラムの場合には例えば5次式の曲線近似が用いられる。色差信号ヒストグラムの場合には、例えば7次式の曲線近似が用いられる。
同様に、平滑部11bで、回帰分析による曲線近似により、フレーム(N+1)のヒストグラムが平滑化される。
平滑部11aで平滑化された参照フレームNのヒストグラムは、公差範囲設定部12に供給される。公差範囲設定部12で、平滑化された参照フレームNのヒストグラムの複数の評価点に、公差範囲が設定される。この公差範囲の設定値が、公差範囲内評価値カウント部13に供給される。
また、公差範囲内評価値カウント部13には、平滑部11bから、平滑化されたフレーム(N+1)のヒストグラムが供給される。
公差範囲内評価値カウント部13は、各評価点において、平滑部11bで平滑化されたフレーム(N+1)のヒストグラムが、参照フレームNのヒストグラムの公差範囲に入っているかどうかを評価点毎に判断し、公差範囲内に入っている判定箇所の数を計数する。
つまり、図8(A)に示すように、参照フレームNの平滑化されたヒストグラムの曲線A1が得られたとする。このヒストグラムの曲線A1の上下に、公差範囲が設定される。曲線B1は公差範囲の上限を示し、曲線B2は公差範囲の下限を示す。各評価点P1、P2、P3、…、P10において、フレーム(N+1)の平滑化されたヒストグラムが公差範囲に入っているかどうかが判断され、公差範囲に入っている判定箇所の個数が計数される。
例えば、図8(B)において曲線A2で示すように、フレーム(N+1)の平滑化されたヒストグラムが変化していたとする。この場合、評価点P1、P2、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10が公差範囲内に入っており、評価点P3で、ヒストグラムが公差範囲から外れている。この場合、公差範囲に入っている判定箇所の個数が「9」、公差範囲に入っていない評価点の個数は「1」と計数される。
このように、公差範囲内評価値カウント部13において、評価点毎に、平滑化されたフレーム(N+1)のヒストグラムが公差範囲に入っているかどうかが判断され、ヒストグラムが公差範囲に入っているか箇所が計数される。この計数値は、相関の判断基準として出力される。
例えば、輝度信号ヒストグラムの場合には、等間隔に10個の評価点を設定したとする。この場合、10個の評価点のうち、公差範囲に入っていない数が例えば5個以上(公差範囲に入っていない数が50%を越える)なら、相関なしと判断でき、シーンチェンジが起こった可能性が高いと判断できる。
また、色相信号ヒストグラムの場合には、色相角度を10度刻みに分割した36箇所を評価点として設定したとする。この場合、36個の評価点のうち、公差範囲に入っていない数が例えば18個以上(公差範囲に入っていない数が50%を越える)なら、相関なしと判断でき、シーンチェンジが起こった可能性が高いと判断できる。
この演算では、ヒストグラム分布の特徴を極小、極大点で判断するのではなく、波形分布特徴を全体で評価するため、大きな分布変化が発生しない限り、映像のシーンチェンジの検出は行われない。つまり、映像内に大きく存在する輝度信号及び色信号の割合に注目しているため、人が感ずる映像シーンの検出に近いものになると考えられる。
図9は、上述のヒストグラムの比較処理をソフトウェアで実現した場合のフローチャートである。
図9において、参照フレームNのヒストグラムが回帰分析による曲線近似式により平滑化される(ステップS21)。参照フレームの近似化したヒストグラム分布に公差範囲が設けられる(ステップS22)。
また、フレーム(N+1)のヒストグラムが回帰分析による曲線近似式により平滑化される(ステップS23)。フレーム(N+1)の近似化したヒストグラム分布が、その公差範囲内に存在する判定箇所の数がカウントされる(ステップS24)。このカウント値が相関を評価する信号として出力される(ステップS25)。
以上、説明したように、本発明が適用されたシーンチェンジ検出では、映像信号をHLS色空間に展開し、HLS色空間による映像シーン分析を行っている。このため、より人間の主観特性に近い判断で、シーンチェンジが検出できる。
また、この実施形態では、回帰分析による曲線近似式を求めてヒストグラム分布を平滑化することで、同一映像シーン内の輝度および色の変化量を簡素化し、冗長性を持たせるようにしている。また、ヒストグラムの比較の際の特徴解析を、一箇所或いは最大値、最小値の特定箇所とはせずに、複数の評価点を使用することで、冗長性を持たせるようにしている。
なお、HLS色空間では、色相と、彩度と、輝度の情報が用いられる。これに対して、本発明の実施形態では、輝度信号のヒストグラムと色相信号のヒストグラムは用いているが、彩度信号のヒストグラムは用いていない。これは、彩度信号と輝度信号とは関連が強いためである。勿論、更に、彩度信号のヒストグラムを用いるようにしても良い。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
本発明は、映像シーンに合わせて階調補正等の映像信号処理を行う際に、シーンチェンジを検出するのに用いられる。
1a,1b フレームメモリ
2a,2b HLS変換部
3a,3b 輝度信号ヒストグラム生成部
4a,4b 色相信号ヒストグラム生成部
5 輝度信号ヒストグラム比較部
6 色相信号ヒストグラム比較部
7 判断部
11a,11b 平滑部
12 公差範囲設定部
13 公差範囲内評価値カウント部
2a,2b HLS変換部
3a,3b 輝度信号ヒストグラム生成部
4a,4b 色相信号ヒストグラム生成部
5 輝度信号ヒストグラム比較部
6 色相信号ヒストグラム比較部
7 判断部
11a,11b 平滑部
12 公差範囲設定部
13 公差範囲内評価値カウント部
Claims (4)
- 映像信号を、輝度信号と色相信号とを含む色空間の信号に変換する工程と、
参照フレームと前記参照フレームに連続するフレームの輝度信号ヒストグラムを作成する工程と、
参照フレームと前記参照フレームに連続するフレームの色相信号ヒストグラムを作成する工程と、
前記参照フレームと前記参照フレームに連続するフレームの間で、前記輝度信号ヒストグラムを比較する工程と、
前記参照フレームと前記参照フレームに連続するフレームの間で、前記色相信号ヒストグラムを比較する工程と、
前記参照フレームと前記参照フレームに連続するフレームの間での、前記輝度信号ヒストグラムの比較結果と、前記色相信号ヒストグラムの比較結果とを用いて、シーンチェンジを判断する工程と
を含むことを特徴とするシーンチェンジ検出方法。 - 前記参照フレームと前記参照フレームに連続するフレームの間でヒストグラムを比較する際に、前記ヒストグラムを曲線近似化するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のシーンチェンジ検出方法。
- 前記参照フレームと前記参照フレームに連続するフレームの間でヒストグラムを比較する際に、前記ヒストグラムの曲線に設定された複数の評価点を使用するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のシーンチェンジ検出方法。
- 前記参照フレームと前記参照フレームに連続するフレームの間でヒストグラムを比較する際に、
前記参照フレームの近似化したヒストグラム分布に公差範囲を設け、前記参照フレームに連続するフレームの近似化したヒストグラム分布がその公差範囲内に存在する評価点の数を相関の判断基準とするようにしたことを特徴とする請求項3に記載のシーンチェンジ検出方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080205 |