JP2006203444A - Background image formation device and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、背景画像生成装置及び背景画像生成プログラムに関するものであり、より詳細には、カメラ等で撮影した入力画像から背景部分を抽出し背景画像を生成する背景画像生成装置及び背景画像生成プログラムに関する。 The present invention relates to a background image generation apparatus and a background image generation program, and more specifically, a background image generation apparatus and a background image generation program for generating a background image by extracting a background portion from an input image taken by a camera or the like About.
スポーツ中継放送において選手の動きを視聴者に分かりやすく表現することは、かなり重要なことであり、そのために多くの技術が研究されている。例えば、スローモーション再生により選手の動きを遅くして動きが見えやすいようにしたり、マルチモーション再生により所定の動作を行う選手の画像を抽出するとともに、抽出した選手の画像のうち、複数の静止画像を逐次重ねて背景画像に表示したりする手法は、実際のスポーツ中継放送にも利用されている。 Representing the movements of athletes in sports broadcasts in an easy-to-understand manner for viewers is quite important, and many technologies have been studied for this purpose. For example, the slow motion playback slows down the movement of the player so that the movement is easy to see, and the multi-motion playback extracts a player image that performs a predetermined motion, and among the extracted player images, a plurality of still images The technique of sequentially superimposing and displaying them on the background image is also used in actual sports broadcast broadcasting.
このときに問題となるのが所定の動作を行う選手の画像と背景画像を識別する方法である。画面表示用の画像データは、色情報及び輝度情報の集合であり、そのデータ内の情報が選手の画像データに関する情報なのか背景の画像データに関する情報なのかが区別されていない。そのため、背景画像を抽出するのは困難であった。 At this time, a problem is a method for identifying an image of a player who performs a predetermined action and a background image. The image data for screen display is a set of color information and luminance information, and it is not distinguished whether the information in the data is information about the player's image data or information about the background image data. Therefore, it is difficult to extract a background image.
これに対して、動画像から背景画像を抽出する方法が研究され、提案されている(例えば、特許文献1など)。特許文献1の方法では、動画像の動きベクトルを算出し、算出した動きベクトルから予測画像を生成し、予測画像と実画像の差分から背景領域を決定している。
On the other hand, a method for extracting a background image from a moving image has been studied and proposed (for example, Patent Document 1). In the method of
しかしながら、このような方法では、部分的な背景領域を決定することはできるものの、背景画像を全体として生成することはできないという問題点があった。
このように、従来技術による背景画像の生成方法は、部分的な背景領域を決定することはできるものの、背景画像を全体として生成することはできないという問題点があった。 As described above, the background image generation method according to the related art has a problem that although a partial background region can be determined, the background image cannot be generated as a whole.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、別途背景画像を用意することなく自動的に背景画像を生成することが可能な背景画像生成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a background image generation apparatus capable of automatically generating a background image without preparing a separate background image. And
本発明における背景画像生成装置は、被写体画像及び背景画像を含み、複数のフレームよりなる入力画像データから背景部分を抽出し1フレーム分の背景画像データを生成する背景画像生成装置であって、前記入力画像データを入力する画像入力部と、前記画像入力部により入力された入力画像データを構成する各フレームにおいて1フレーム中の所定画像領域を示すブロック毎に分割する画像分割部と、前記画像分割部により分割されたブロック毎に輝度値を計算する輝度計算部と、前記輝度計算部により計算された輝度値の変化量が少ない隣接フレーム列を抽出し、抽出した隣接フレーム列の中から当該ブロックの背景画像データを決定する背景画像抽出部と、前記背景画像抽出部によりブロック毎に決定された背景画像データを合成し、1フレーム分の全領域に亘る背景画像データを生成する背景画像合成部を備えた背景画像生成装置である。このような構成により、別途背景画像を用意することなく自動的に背景画像を生成することが可能となる。 A background image generation apparatus according to the present invention is a background image generation apparatus that includes a subject image and a background image, extracts a background portion from input image data including a plurality of frames, and generates background image data for one frame, An image input unit that inputs input image data, an image dividing unit that divides the input image data input by the image input unit into blocks each representing a predetermined image area in one frame, and the image division A luminance calculation unit that calculates a luminance value for each block divided by the unit, and an adjacent frame sequence with a small amount of change in the luminance value calculated by the luminance calculation unit is extracted, and the block is extracted from the extracted adjacent frame sequence A background image extraction unit for determining the background image data of the image and a background image data determined for each block by the background image extraction unit A background image generator with the background image synthesizing section that generates a background image data over the entire area of one frame. With such a configuration, it is possible to automatically generate a background image without preparing a separate background image.
前記背景画像抽出部は、前記輝度計算部により計算された輝度値の隣接フレーム間差分量を計算する差分計算部と、前記差分計算部により計算された隣接フレーム間差分量に基づき、前記隣接フレームの中から当該ブロックの背景画像データを決定する背景画像決定部を備えることを特徴としてもよい。 The background image extraction unit includes a difference calculation unit that calculates a difference amount between adjacent frames of the luminance value calculated by the luminance calculation unit, and the adjacent frame based on the difference amount between adjacent frames calculated by the difference calculation unit. A background image determination unit that determines background image data of the block from among the above may be provided.
前記輝度計算部は、前記画像データの備える色情報に基づいて周波数成分を計算することにより輝度値を決定することを特徴としてもよい。 The luminance calculation unit may determine a luminance value by calculating a frequency component based on color information included in the image data.
前記背景画像決定部は、前記差分計算部により計算された各フレームの輝度値の隣接フレーム間差分量のうち最も小さい値をとる隣接フレームの中から当該ブロックの背景画像データを決定することを特徴としてもよい。 The background image determination unit determines the background image data of the block from adjacent frames taking the smallest value among the adjacent frame difference amounts of the luminance values of the frames calculated by the difference calculation unit. It is good.
本発明における背景画像生成プログラムは、被写体画像及び背景画像を含み、複数のフレームよりなる入力画像データから背景部分を抽出し1フレーム分の背景画像データを生成する背景画像生成プログラムであって、前記入力画像データを入力するステップと、前記画像データを入力するステップにより入力された入力画像データを構成する各フレームにおいて1フレーム中の所定画像領域を示すブロック毎に分割するステップと、前記ブロック毎に分割するステップにより分割されたブロック毎に輝度値を計算するステップと、前記輝度値を計算するステップにより計算された輝度値の変化量が少ない隣接フレーム列を抽出し、抽出した隣接フレーム列の中から当該ブロックの背景画像データを決定するステップと、前記背景画像データを決定するステップにより決定された背景画像データを合成し、1フレーム分の全領域に亘る背景画像データを生成するステップをコンピュータに行わせる背景画像生成プログラムである。こうすることにより、別途背景画像を用意することなく自動的に背景画像を生成することが可能となる。 A background image generation program according to the present invention is a background image generation program that includes a subject image and a background image, extracts a background portion from input image data including a plurality of frames, and generates background image data for one frame, A step of inputting input image data; a step of dividing each frame constituting the input image data inputted by the step of inputting image data into blocks each representing a predetermined image area in one frame; and for each block A step of calculating a luminance value for each block divided by the dividing step, and extracting an adjacent frame sequence having a small change amount of the luminance value calculated by the step of calculating the luminance value, Determining the background image data of the block from the background image data Background image data determined by the determining step to synthesize a background image generating program causes the step of generating a background image data over the entire region of one frame to the computer. This makes it possible to automatically generate a background image without preparing a separate background image.
前記背景画像データを決定するステップは、前記輝度値を計算するステップにより計算された輝度値の隣接フレーム間差分量を計算するステップと、前記隣接フレーム間差分量を計算するステップにより計算された隣接フレーム間差分量に基づき、前記隣接フレームの中から当該ブロックの背景画像データを決定するステップを備えることを特徴としてもよい。 The step of determining the background image data includes calculating a difference amount between adjacent frames of the luminance value calculated by the step of calculating the luminance value, and calculating an adjacent amount calculated by the step of calculating the difference amount between the adjacent frames. A step of determining background image data of the block from the adjacent frames based on an inter-frame difference amount may be provided.
前記輝度値を計算するステップは、前記画像データの備える色情報に基づいて周波数成分を計算することにより輝度値を決定することを特徴としてもよい。 The step of calculating the luminance value may determine the luminance value by calculating a frequency component based on color information included in the image data.
前記ブロック背景画像データを決定するステップは、前記差分量を計算するステップにより計算された各画像データの輝度値の差分量のうち最も小さい値をとる画像データの中から当該ブロックの背景画像データを決定することを特徴としてもよい。 In the step of determining the block background image data, the background image data of the block is selected from the image data having the smallest value among the difference amounts of the luminance values of the respective image data calculated in the step of calculating the difference amount. It may be characterized by determining.
本発明によれば、別途背景画像を用意することなく自動的に背景画像を生成することが可能な背景画像生成装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a background image generation apparatus that can automatically generate a background image without preparing a separate background image.
発明の実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における背景画像生成装置のハードウェア構成を示すブロック図である。背景画像生成装置100は、CPU(Central Processing Unit)101とRAM(Random Access Memory)104とを有している。CPU101とRAM104とは、バス130を介して補助記憶装置としてのHDD(Hard Disk Drive)113に接続される。HDD113、CDドライブ126等の記憶媒体駆動装置は、IDEコントローラ125などの各種コントローラを介してバス130に接続される。
FIG. 1 is a block diagram showing a hardware configuration of a background image generation apparatus according to
CPU101は、背景画像生成装置100における各種制御を実行する中央演算処理装置であり、各種制御はRAM104に読み込まれたプログラムを実行することにより行われる。RAM104は、プログラムやプログラム実行に必要なデータを格納する記憶手段である。
The
キーボードマウスコントローラ105は、ユーザーによるキーボード106やマウス107の入力を検出し、検出結果をCPU101に出力する。キーボード106は複数のボタンを有し、ボタンの押下によりユーザーが入力を行うための入力手段である。キーボード106は、主に単語や文章などの文字列の入力に利用される。マウス107は、ユーザーの操作により画面上の位置を指定し、ボタンの押下により指定した位置に基づいた入力を行うための入力手段である。マウス107は主にGUI(Graphical User Interface)などの画面上に表示された情報を選択し決定するためのポインティングデバイスとして利用される。
The keyboard /
ビデオコントローラ108は、接続された表示装置に視覚情報を表示するための制御を行う。VRAM109は、表示する視覚情報に必要なデータを記憶するための記憶手段である。VRAM109は、RAM104によりその機能を実現してもよいし、専用のRAMであってもよい。
The
ROM114は、背景画像生成装置100における各種制御を実行するためのプログラムを格納するための記憶手段である。ROM114は、読み出し専用のメモリであり書き換えが不可能であるため、背景画像生成装置100の電源投入直後などの重要なハードウェア制御のプログラムの格納等に主に利用される。
The
シリアルポート115、パラレルポート116は、プリンタやスキャナ、デジタルカメラ等の周辺機器を接続し、接続した周辺機器とのデータの入出力を行うためのポートである。シリアルポート115、パラレルポート116の代わりにUSB(Universal Serial Bus)等に周辺機器を接続するようにしてもよい。
The
通信アダプタ118は、インターネットなどのネットワークと接続し、接続したネットワークとデータの送受信を行うためのアダプタである。ネットワークとの接続はケーブルによる有線接続であってもよいし、無線による接続であってもよい。 The communication adapter 118 is an adapter for connecting to a network such as the Internet and transmitting / receiving data to / from the connected network. The connection to the network may be a wired connection using a cable or a wireless connection.
IDEコントローラ125は、HDD113やCDドライブ126とのデータの入出力を制御するコントローラである。HDD113は、オペレーティングシステムと共同してCPU101等に命令を与え、本実施形態を実施するためのプログラムやプログラム実行時に必要なデータを記憶することができる。CDドライブ126は、CD−ROMに記憶されたプログラムやプログラム実行時に必要なデータの読み込みを行う。これらのプログラムは圧縮し、又、複数に分割して記憶することができる。
The
図1に示すハードウェア構成は一般的なコンピュータ・システムと同等である。つまり、背景画像生成装置100は、一般的なコンピュータ・システムが利用可能である。上記構成は必要に応じて省略することができる。
The hardware configuration shown in FIG. 1 is equivalent to a general computer system. That is, the background
図2は、本発明における背景画像生成装置100の機能構成を示すブロック図である。背景画像生成装置100は、データ記憶部1、画像入力部2、画像分割部3、輝度計算部4、差分計算部5、画像合成部6を備える。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration of the background
データ記憶部1は、画像入力部2より入力した画像データや、画像分割部3、輝度計算部4、差分計算部5、画像合成部6がそれぞれ生成する各種データを格納するための記憶手段であり、RAM104やHDD113により実現される。
The
画像入力部2は、画像データの入力を行う。ここで入力する入力画像データは、シリアルポート115やパラレルポート116にカメラ等の撮影装置を接続して入力するようにしてもよいし、すでに撮影済みのaviファイルなどの動画データをHDD113やCDドライブ126から読み込み入力するようにしてもよい。画像入力部2は、入力した入力画像データをデータ記憶部1に格納する。
The
画像分割部3は、画像入力部2により入力された入力画像データを構成する各画像データについてブロック単位に分割する。いくつのブロックに分割するかは特に限定されないが、本実施例では4×4の16ブロックに分割を行う。
The
輝度計算部4は、画像分割部3により分割された各ブロックデータについて、輝度値の計算を行う。輝度値の計算方法としては、各ブロックの色情報データに2次元離散コサイン変換をかけ、係数を取得することにより周波数データを求め、求めた周波数データの特定の部位を輝度値とする方法が考えられる。
The
差分計算部5は、輝度計算部4により計算された輝度値の差分計算を行う。ここでの計算は、単純に輝度値の減算を行うだけでよい。ここで求められた差分値は、画像の変化量情報として利用される。
The
画像合成部6は、差分計算部5により計算された差分値から最も変化量の少ないブロック画像データを決定し、ブロック毎に決定された、変化量の少ないブロック画像データを合成して最終的な背景画像データの生成を行う。
The
画像入力部2、画像分割部3、輝度計算部4、差分計算部5、画像合成部6の各種制御は、HDD113やCDドライブ126に格納されたプログラムをRAM104に読み込みCPU101が実行することにより行われる。
Various controls of the
続いて、背景画像生成の処理の流れについて説明する。図3は、本発明の実施の形態1における背景画像生成装置100の処理の流れを示すフローチャートである。
Next, a background image generation process flow will be described. FIG. 3 is a flowchart showing a process flow of the background
まず、画像入力部2が画像データを入力し、データ記憶部1に格納する(S1)。図4は入力画像データの例である。この例では2a〜2cの3フレームで入力画像データが構成されているが、実際はもっと多くの画像により入力画像データが構成されている場合が多い。その後、画像分割部3が入力した入力画像データを構成する各フレームについて、ブロック分割を行う(S2)。図5はブロック分割を行った入力画像のイメージ図である。背景画像は、画像分割部3により分割されたそれぞれのブロック毎に決定され、最終的に合成されて背景画像となる。ブロック毎の背景画像の決定は、先頭のブロックから順次行われる(S3)。このとき、分割するブロックのうち、どのブロックを先頭にしてどの順番で背景画像を決定してもよい。
First, the
その後、ブロック毎に背景画像の決定を行う。ブロック毎の背景画像の決定は、各フレームの当該ブロックの輝度値の差分値に基づいて決定する。まず、輝度計算部4は、当該ブロックの各フレームの画像データを時間軸に沿って並べ、先頭から隣り合う2フレームを抽出する(S4)。ここでの「隣り合う」とは、位置が並んでいることではなく、時間軸に対して並べられた各画像データの同一ブロック間で隣り合っていることを意味する。このとき、数フレーム毎に間隔を空けて抽出することにより、計算量を減らすようにしてもよい。2フレームを抽出すると、輝度計算部4は、入力した各ブロック画像データについての周波数データを計算し取得する(S5)。周波数データは、例えば、各ブロックの色情報データに2次元離散コサイン変換をかけることにより取得する。ここで得られた周波数データが輝度データとなる。図6は、輝度データに変換を行ったときの流れを示す図である。
Thereafter, the background image is determined for each block. The background image for each block is determined based on the difference value of the luminance value of the block in each frame. First, the
輝度計算部4が輝度データを取得すると、輝度計算部4は、取得した輝度データを差分計算部5に対して出力する。差分計算部5は、輝度計算部4から入力した周波数データの特定の部位について隣り合う2フレームを比較し、差分値を計算する(S6)。先頭の2フレームのブロック画像データについての差分値の計算が終わると2フレーム目と3フレーム目の間で差分値を計算する。この作業を全ての隣り合う画像データ間で行う。図7は、計算した差分値を示す図である。図に示す3aと3bの差分値が4a、3bと3cの差分値が4bである。
When the
差分計算部5が全ての隣り合う画像データ間の周波数データの差を求めると(S7)、差分計算部5は、求めた差分値データを画像合成部6に対して出力する。画像合成部6は、差分計算部5から入力した差分値データを入力すると、入力した差分値データを利用して入力画像データの中から背景画像となる画像データを決定する(S8)。
When the
背景画像となる画像データは、例えば、次のようにして決定する。図8は背景画像となる画像データの決定方法を示す図である。この図の例では入力画像データは10フレームで構成されている。図8に示すF1〜F9はそれぞれの隣接フレーム間の差分値である。例えば、F1は1フレームと2フレームの当該ブロックの輝度値の差分値、F2は2フレームと3フレームの当該ブロックの輝度値の差分値である。まず、隣り合う4つの画像データの同じブロックについて、周波数データの差を合計する。この合計値がそれぞれS1〜S6である。つまりS1=F1+F2+F3、S2=F2+F3+F4である。この4つの画像データの同じブロックの周波数の差の合計計算を全ての隣り合う4つの隣接フレーム列について行う。そして、周波数データの差の合計値が最も小さい隣接フレーム列を安定隣接フレーム列とみなし、その安定隣接フレーム列の中から1つ、例えば2番目のフレームを選択し、当該ブロックの背景画像データとする。 The image data to be the background image is determined as follows, for example. FIG. 8 is a diagram illustrating a method for determining image data to be a background image. In the example of this figure, the input image data is composed of 10 frames. F1 to F9 shown in FIG. 8 are difference values between the adjacent frames. For example, F1 is a difference value between the luminance values of the corresponding blocks of 1 frame and 2 frames, and F2 is a difference value of the luminance values of the corresponding blocks of 2 frames and 3 frames. First, frequency data differences are summed for the same block of four adjacent image data. These total values are S1 to S6, respectively. That is, S1 = F1 + F2 + F3 and S2 = F2 + F3 + F4. The total calculation of the frequency difference of the same block of the four image data is performed for all four adjacent frame sequences. Then, the adjacent frame sequence having the smallest difference value of the frequency data is regarded as a stable adjacent frame sequence, one of the stable adjacent frame sequences, for example, the second frame is selected, and the background image data of the block To do.
当該ブロックの背景画像データが決定すると、次のブロックで同じ作業を行う(S10)。この作業を全部のブロックについて行う。 When the background image data of the block is determined, the same operation is performed in the next block (S10). Repeat this process for all blocks.
全てのブロックについての背景画像データが決定すると(S9)、画像合成部6は、決定された各ブロックの背景画像データを合成する(S11)。画像合成部6が合成を行った結果生成された背景画像データが最終的な背景画像データとなる。図9は、最終的な背景画像データである。5aが各ブロックの背景画像データ合成時であり、5bが最終的な背景画像データである。画像合成部6は、生成した最終的な背景画像データをデータ記憶部1に格納する。
When the background image data for all the blocks is determined (S9), the
このようにすることにより、背景画像を用意することなく自動的に生成することが可能となる。 By doing so, it becomes possible to automatically generate a background image without preparing it.
その他の発明の実施の形態.
上述の例では、一般的なコンピュータ・システムを用いて画像合成装置を実現していたが、これを、専用のコンピュータを用いて行うようにしてもよい。また、複数のコンピュータを用いてこれを行うようにしてもよい。
Other Embodiments of the Invention
In the above example, the image composition apparatus is realized using a general computer system. However, this may be performed using a dedicated computer. Alternatively, this may be performed using a plurality of computers.
1 データ記憶部
2 画像入力部
3 画像分割部
4 輝度計算部
5 差分計算部
6 画像合成部
100 背景画像生成装置
101 CPU
104 RAM
105 キーボードマウスコントローラ
106 キーボード
107 マウス
108 ビデオコントローラ
109 VRAM
113 HDD
114 ROM
115 シリアルポート
116 パラレルポート
118 通信アダプタ
125 IDEコントローラ
126 CDドライブ
130 バス
DESCRIPTION OF
104 RAM
105
113 HDD
114 ROM
115
Claims (8)
前記入力画像データを入力する画像入力部と、
前記画像入力部により入力された入力画像データを構成する各フレームにおいて1フレーム中の所定画像領域を示すブロック毎に分割する画像分割部と、
前記画像分割部により分割されたブロック毎に輝度値を計算する輝度計算部と、
前記輝度計算部により計算された輝度値の変化量が少ない隣接フレーム列を抽出し、抽出した隣接フレーム列の中から当該ブロックの背景画像データを決定する背景画像抽出部と、
前記背景画像抽出部によりブロック毎に決定された背景画像データを合成し、1フレーム分の全領域に亘る背景画像データを生成する背景画像合成部を備えた背景画像生成装置。 A background image generation apparatus that includes a subject image and a background image, extracts a background portion from input image data including a plurality of frames, and generates background image data for one frame,
An image input unit for inputting the input image data;
An image dividing unit that divides the input image data input by the image input unit into blocks each representing a predetermined image area in one frame;
A luminance calculation unit for calculating a luminance value for each block divided by the image dividing unit;
Extracting a neighboring frame sequence with a small amount of change in luminance value calculated by the luminance calculating unit, and determining a background image data of the block from the extracted adjacent frame sequence;
A background image generation apparatus comprising a background image synthesis unit that synthesizes background image data determined for each block by the background image extraction unit and generates background image data over the entire region for one frame.
前記輝度計算部により計算された輝度値の隣接フレーム間差分量を計算する差分計算部と、
前記差分計算部により計算された隣接フレーム間差分量に基づき、前記隣接フレームの中から当該ブロックの背景画像データを決定する背景画像決定部を備えることを特徴とする請求項1記載の背景画像生成装置。 The background image extraction unit
A difference calculation unit for calculating a difference amount between adjacent frames of the luminance value calculated by the luminance calculation unit;
The background image generation unit according to claim 1, further comprising a background image determination unit that determines background image data of the block from the adjacent frames based on the difference amount between adjacent frames calculated by the difference calculation unit. apparatus.
前記入力画像データを入力するステップと、
前記画像データを入力するステップにより入力された入力画像データを構成する各フレームにおいて1フレーム中の所定画像領域を示すブロック毎に分割するステップと、
前記ブロック毎に分割するステップにより分割されたブロック毎に輝度値を計算するステップと、
前記輝度値を計算するステップにより計算された輝度値の変化量が少ない隣接フレーム列を抽出し、抽出した隣接フレーム列の中から当該ブロックの背景画像データを決定するステップと、
前記背景画像データを決定するステップにより決定された背景画像データを合成し、1フレーム分の全領域に亘る背景画像データを生成するステップをコンピュータに行わせる背景画像生成プログラム。 A background image generation program for extracting a background portion from input image data including a plurality of frames including a subject image and a background image and generating background image data for one frame,
Inputting the input image data;
Dividing each block constituting the input image data inputted by the step of inputting the image data into blocks each indicating a predetermined image area in one frame;
Calculating a luminance value for each block divided by the step of dividing for each block;
Extracting an adjacent frame sequence having a small amount of change in the brightness value calculated by the step of calculating the brightness value, and determining background image data of the block from the extracted adjacent frame sequence;
A background image generation program for causing a computer to perform a step of generating background image data over the entire area of one frame by synthesizing the background image data determined in the step of determining the background image data.
前記輝度値を計算するステップにより計算された輝度値の隣接フレーム間差分量を計算するステップと、
前記隣接フレーム間差分量を計算するステップにより計算された隣接フレーム間差分量に基づき、前記隣接フレームの中から当該ブロックの背景画像データを決定するステップを備えることを特徴とする請求項5記載の背景画像生成プログラム。 Determining the background image data comprises:
Calculating a difference amount between adjacent frames of the luminance value calculated by the step of calculating the luminance value;
6. The method according to claim 5, further comprising: determining background image data of the block from the adjacent frames based on the difference amount between adjacent frames calculated by the step of calculating the difference amount between adjacent frames. Background image generation program.
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