JP2006295626A - Fish-eye image processing apparatus, method thereof and fish-eye imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、魚眼光学系を用いて撮像された魚眼の歪みを補正する装置及びその方法並びに撮像装置に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for correcting distortion of a fisheye imaged using a fisheye optical system, and an imaging apparatus.
従来、ビデオカメラにおいて手ぶれによる画像ぶれを電気的に補正する手法がある。この手法では、撮像面上に形成された画像の中から実際に記録又は出力する範囲を切り出し領域として選択し、撮像に必要な画素数よりも大きな画素数の撮像素子を使用して、切り出し領域を手ぶれ量に応じて移動させることによって補正を行っている。このため、撮像面を有効利用することができず、解像度の劣化が生じ、出力画像の画角が光学特性に比べて狭角になるという問題がある。 Conventionally, there is a method of electrically correcting image blur due to camera shake in a video camera. In this method, a region to be actually recorded or output is selected as a cutout region from images formed on the image pickup surface, and an image pickup device having a pixel number larger than the number of pixels necessary for image pickup is used. Is corrected by moving the image according to the amount of camera shake. For this reason, there is a problem that the imaging surface cannot be effectively used, resolution is deteriorated, and the angle of view of the output image is narrower than the optical characteristics.
これに対し、例えば、特許文献1では、切り出す画像の位置を移動させることが可能な領域(余裕領域)の大きさをズーム位置に基づいて決定し、撮像面上の切り出し位置を手ぶれ量に基づいて決定している。
しかしながら、特許文献1は、画像内でのぶれが一様である透視投影像におけるぶれを補正するものであり、撮影像の被写体形状を歪ませて動画像中に現れる見かけのぶれ量が画像周辺部で圧縮されたように小さくなる特性を持つ魚眼像のぶれを効率的に補正することはできない。 However, Patent Document 1 corrects blurring in a perspective projection image in which blurring in the image is uniform, and the apparent blurring amount that appears in the moving image by distorting the subject shape of the photographed image is the periphery of the image. It is not possible to efficiently correct the blur of a fish-eye image that has a characteristic of becoming smaller as it is compressed at the part.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、魚眼像のぶれ量を効率的に補正することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to efficiently correct the blur amount of a fisheye image.
本発明の第1の側面は、魚眼光学系を用いて撮像された魚眼像の歪みを補正する魚眼像処理装置に係り、魚眼像のぶれ量を検出するぶれ解析部と、前記ぶれ解析部で検出されたぶれ量に基づいて前記魚眼像の周辺部のぶれ量を算出する周辺部ぶれ量算出部と、前記周辺部ぶれ量算出部の算出結果に基づいて前記魚眼像の切り出し領域を決定する切り出し領域決定部と、を備えることを特徴とする。 A first aspect of the present invention relates to a fish-eye image processing apparatus that corrects distortion of a fish-eye image captured using a fish-eye optical system, and a shake analysis unit that detects a shake amount of a fish-eye image; A peripheral blur amount calculation unit that calculates the blur amount of the peripheral part of the fisheye image based on the blur amount detected by the blur analysis unit, and the fisheye image based on the calculation result of the peripheral blur amount calculation unit And a cutout region determination unit that determines the cutout region.
本発明の第2の側面は、魚眼像撮像装置に係り、魚眼光学系を用いて魚眼像を撮像する撮像部と、上記の魚眼像処理装置と、を備えることを特徴とする。 A second aspect of the present invention relates to a fish-eye image capturing apparatus, and includes an image capturing unit that captures a fish-eye image using a fish-eye optical system and the fish-eye image processing apparatus. .
本発明の第3の側面は、魚眼光学系を用いて撮像された魚眼像の歪みを補正する魚眼像処理方法に係り、魚眼像のぶれ量を検出する検出工程と、前記検出工程で検出されたぶれ量に基づいて前記魚眼像の周辺部のぶれ量を算出する算出工程と、前記算出工程での算出結果に基づいて前記魚眼像の切り出し領域を決定する決定工程と、を含むことを特徴とする。 A third aspect of the present invention relates to a fish-eye image processing method for correcting distortion of a fish-eye image captured using a fish-eye optical system, and a detection step for detecting a blur amount of the fish-eye image, and the detection A calculation step of calculating a blur amount of a peripheral portion of the fish-eye image based on the blur amount detected in the step; a determination step of determining a cut-out region of the fish-eye image based on a calculation result in the calculation step; , Including.
本発明によれば、魚眼像のぶれ量を効率的に補正することができる。 According to the present invention, it is possible to efficiently correct the blur amount of a fisheye image.
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明は以下に示す実施の形態に限定されない。
(第1の実施形態)
図1は本発明の好適な第1の実施の形態に係る魚眼像撮像装置100の構成を示す図である。魚眼像撮像装置100は、魚眼映像を投影する魚眼光学系101、撮像部としての撮像素子102及び魚眼像処理装置を含む。魚眼像処理装置は、例えば、画像形成回路103、フィールドメモリ107、108、メモリ制御回路109、ぶれ解析部110、射影変換情報算出部113、射影変換部115、画像出力部116、切り出し部118等を備える。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments described below.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fish-eye
103は撮像素子102から出力される電気信号を画像処理して映像情報信号を形成する画像形成回路である。画像形成回路103は、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路104、デジタル信号のレベル補正を行うオートゲイン制御回路(AGC)105、映像の白レベル補正を行うオートホワイトバランス回路(AWB)106等を含み、デジタル魚眼映像を形成する。
107及び108は撮像された映像信号を1画面又は複数画面単位で、一時的に記憶・保持するフィールドメモリであり、107は画像形成された魚眼映像を記憶・保持するフィールドメモリ1、108は後述する魚眼映像の歪み補正処理後の映像を一時的に記憶・保持するフィールドメモリ2である。109はフィールドメモリ107及び108に入出力される映像信号を制御するメモリ制御回路である。110は隣接するビデオフィールド間から本装置のぶれの検出と動きの傾向を解析するぶれ解析部であり、ぶれ量検出部111とぶれ量解析部112で構成される。ぶれ量検出部111は、魚眼光学系101を用いて撮像された魚眼像のぶれ量を検出する。ぶれ量解析部112は、ぶれ量検出部111で検出されたぶれ量に基づいて魚眼像全体のぶれ量を算出する。
113は魚眼像と透視投影像との間で射影変換を行う為の変換式をCPUにより生成する射影変換情報算出部、114は魚眼像での防振の為の切り出し領域をCPUにより算出する切り出し領域決定部、115は魚眼像での切り出し領域を透視投影像に射影変換して手ぶれ補正画像を生成する射影変換部、116は射影変換後にぶれ補正を行った映像を不図示の映像出力装置に表示又は記録する為の画像出力部で、117はぶれ解析部110からの出力に基づいて魚眼像の周辺部のぶれ量を算出する周辺部ぶれ量算出部である。切り出し部118は、切り出し領域決定部114及び周辺部ぶれ量算出部117を含む。魚眼像の周辺部のぶれ量の算出方法としては、例えば、魚眼像の所定部分(例えば、中央部)で検出されたぶれ量を所定の変換式により魚眼像の周辺部のぶれ量に変換して算出する方法を用いてもよいし、魚眼像を透視投影像に変換して魚眼像全体のぶれ量を算出した後に、算出した魚眼像全体のぶれ量を逆投影変換して魚眼像の周辺部のぶれ量を算出する方法を用いてもよい。その他にも、魚眼像の周辺部のぶれ量を算出する方法として、種々の方法を用いることができる。
113 is a projection conversion information calculation unit that generates a conversion formula for performing projection conversion between a fisheye image and a perspective projection image by the CPU, and 114 is a CPU that calculates a cutout region for image stabilization in the fisheye image. A cut-out
以上のように構成された本装置の動作について、以下に述べる。本実施形態における手ぶれ補正手法及び動作の一例について、図2に示すフローチャートを用いて説明する。 The operation of this apparatus configured as described above will be described below. An example of the camera shake correction method and operation in the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
ステップS201では、図1の魚眼光学系101によって投影された被写体映像が撮像素子102上に結像される。魚眼光学系101では、入射角0度から90度近傍までの光を撮像素子102上に結像することができる。しかしながら、その投影像は、例えば光軸からの距離が入射角に比例する等距離投影方式や正弦関数に比例する正射影方式等による歪みを伴う。撮像素子102上に結像された被写体映像は、光電変換されて被写体輝度に応じたアナログ映像信号として画像形成回路103に入力される。画像形成回路103では、A/D変換回路104によってアナログ信号を例えば14ビットのデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、さらに、オートゲイン制御回路(AGC)105、オートホワイトバランス回路(AWB)106によって、信号レベル補正及び白レベル補正が施され、フィールドメモリ107に一時的に記録・保持される。
In step S <b> 201, a subject image projected by the fisheye
図3(a)、(b)は、被写体と魚眼光学系101による被写体映像を模式的に表す図である。図3(a)の301は格子状の被写体を示す図であり、図3(b)の302は図3(a)の被写体301を魚眼光学系101によって撮像素子102上に正射影で投影したときの魚眼像を示す図である。前述の画像形成処理が施された魚眼像302は、図1のフィールドメモリ107に記憶・保持される。
FIGS. 3A and 3B are diagrams schematically illustrating a subject and a subject video by the fish-eye
本装置では、決められたフレームレートで順次フィールド画像を撮影し、フィールドメモリ107に記憶・保持された被写体像が連続するフィールド画像と共にぶれ解析部110に入力される。また、同時にフィールドメモリ107も現フィールド画像に書き換えられて更新される。以上の動作は、メモリ制御回路109によって制御される。
In this apparatus, field images are sequentially captured at a determined frame rate, and subject images stored and held in the
ステップS202では、ぶれ量検出部111によって、連続するフィールド映像の複数領域について対応する領域がテンプレートマッチング法により動きベクトルとして検出される。このようにして検出された動きベクトルが、画像中に現れる各領域の見かけの「ぶれ量」となる。ここで、動きベクトルの検出方法としては、テンプレートマッチング法に限られず、勾配法等の他の画像処理手法やジャイロ等の動き検出装置を用いてもよい。
In step S202, the blur
ぶれ量検出部111によって複数領域で検出された動きベクトルは、ぶれ量解析部112によって統合されて、画像全体のぶれを表す動きベクトルが生成される。魚眼像では、画像周辺部の画像が圧縮されたように小さくなるので、同じ動きを表す動きベクトルであっても魚眼像中の位置によって見かけの大きさが異なる。そのため、魚眼像のままで複数領域の動きベクトルを統合することは極めて困難である。そこで、動きベクトルの統合を行う為に、魚眼像上で得られた複数領域の動きベクトルを歪みの無い透視投影像での動きベクトルに変換した後に、ぶれ量解析部112によって動きベクトルの統合を行い、透視投影像における動きベクトルとして出力することが望ましい。
The motion vectors detected in a plurality of regions by the blur
ステップS203では、魚眼像から透視投影像への射影変換式を生成する。射影変換情報算出部113は、魚眼像から通常のレンズにより撮像された画像である透視投影像へ変換する為の射影変換式を算出する為のCPUである。ここでは、一例として正射影の魚眼像を透視投影像へ変換する場合について説明する。正射影の魚眼像における像高yと入射角θの関係は魚眼像の焦点距離をfとすると、
In step S203, a projection conversion formula from a fisheye image to a perspective projection image is generated. The projection conversion
と表される。また、透視投影像は像高をYとすると
It is expressed. Further, the perspective projection image has an image height Y.
と表される。ここで、Fは透視投影像の焦点距離であり、出力画像の仮想的な焦点距離として任意に定めることができる。このとき、変換の前後において入射角の値は変化しないので、
It is expressed. Here, F is a focal length of the perspective projection image, and can be arbitrarily determined as a virtual focal length of the output image. At this time, since the value of the incident angle does not change before and after the conversion,
より、
Than,
となる。数式4が射影変換式であり、周辺部ぶれ量算出部117へと送られる。ここでは魚眼像の射影方式として正射影を用いて説明したが、等距離射影y=fθ等の他の射影方式を用いてもよい。
It becomes. Formula 4 is a projective transformation formula, which is sent to the peripheral blur
また、上記射影変換式を用いて画像上の動きベクトルを透視投影像へ射影変換するためには、動きベクトルの始点と終点に対して、それぞれ射影変換を施すことによって、射影変換後の動きベクトルの始点と終点を得ることができる。 In addition, in order to projectively convert a motion vector on an image to a perspective projection image using the above projective transformation formula, by performing projective transformation on the start point and end point of the motion vector, the motion vector after the projective transformation is obtained. You can get the start and end points.
本実施形態においては、射影変換情報算出部113はCPUであり、算出した射影変換式をぶれ量解析部112へ送るとしているが、CPUの替わりにLUTを用いて、射影変換の前後における各画素のアドレスの対応を記憶・保持しておき、必要な画素のアドレスを適宜ぶれ量解析部112へ送ってもよい。
In this embodiment, the projection conversion
ここで、魚眼像と透視投影像の画像上に現れる見かけの動きベクトルの違いについて説明する。図4は透視投影像における見かけの動きベクトルを示す図であり、401は撮像領域、402は防振の為の切り出し領域、403は各領域の動きベクトルを統合した画像全体のぶれを表す画像中心部における見かけの動きベクトル(以下「画像全体動きベクトル」という。)、404は画像周辺部での見かけの画像全体動きベクトル(以下「画像周辺動きベクトル」という。)を表している。透視投影像においては、撮像領域401内の見かけの動きベクトルは全領域において一様であるから、画像中心動きベクトル403と画像周辺動きベクトル404は同じ大きさと方向を持ったベクトルとなる。従って、画像中心動きベクトル403が撮像領域401内に過不足なく包含されるように切り出し領域402を決定すれば、無駄になる画素や画像の欠落を生じさせずに手ぶれ補正を行うことが可能となる。
Here, a difference between apparent motion vectors appearing on the fisheye image and the perspective projection image will be described. FIG. 4 is a diagram showing an apparent motion vector in a perspective projection image, where 401 is an imaging region, 402 is a cutout region for image stabilization, and 403 is an image center representing the blurring of the entire image obtained by integrating the motion vectors of each region. An apparent motion vector (hereinafter referred to as an “image overall motion vector”) in the area, and 404 an apparent image overall motion vector (hereinafter referred to as an “image periphery motion vector”) in the periphery of the image. In the perspective projection image, the apparent motion vector in the
一方、図5は魚眼像における見かけの動きベクトルを示す図であり、501は撮像領域、502は防振の為の切り出し領域、503は画像中心部における画像全体のぶれを表す見かけの動きベクトル、504は画像周辺部での見かけの画像全体動きベクトルを表している。魚眼像においては、撮像領域501の周辺部では画像が圧縮されたように歪む為、画像周辺動きベクトル504は、画像中心部における動きベクトル503よりも小さくなる。従って、透視投影像の場合と同様に、画像中心部における動きベクトル503が撮像領域501内に包含されるように切り出し領域を決定すると、画像周辺部では見かけの動きベクトルを上回る大きさのマージンが確保されることになり、無駄な画素が生じてしまう。本実施形態では、効率の良い防振を行う為に、図5に示すように画像周辺動きベクトル504が撮像領域501内に過不足なく包含されるように、切り出し領域502を決定する。このように、魚眼像の特性を考慮した無駄の発生しない切り出し領域を設定することによって、出力画像の狭角化や画質の劣化を抑えた効率的な手ぶれ補正が可能となる。
On the other hand, FIG. 5 is a diagram showing an apparent motion vector in a fish-eye image, in which 501 is an imaging region, 502 is a clipping region for image stabilization, and 503 is an apparent motion vector that represents blurring of the entire image at the center of the image. , 504 represent apparent overall image motion vectors at the periphery of the image. In a fish-eye image, the image
図5において、防振の為の切り出し領域502が樽型の形状をしているのは、その後、魚眼像から透視投影像に射影変換する際に、射影変換後の切り出し領域502の形状が矩形となるように逆算しているからである。これによって、射影変換の前後において画素の欠損を防ぐと共に、魚眼像における切り出し領域を可能な限り大きくすることができる。
In FIG. 5, the
ステップS204では、ステップS203で算出された射影変換式に基づいて、ぶれ量解析部112により透視投影像における動きベクトルが算出され、この動きベクトルに基づいて、周辺部ぶれ量算出部117により魚眼像の周辺部のぶれ量が算出される。周辺部ぶれ量算出部117には、透視投影像における画像全体のぶれを表す動きベクトルが、ぶれ解析部110から入力される。魚眼像における防振の為の切り出し領域は、画像周辺動きベクトルの見かけの大きさによって決定されるので、射影変換情報算出部113より算出された射影変換式を用いて、透視投影像の画像全体動きベクトルを魚眼像の画像周辺動きベクトルに変換する。そして、変換された画像周辺動きベクトルは、切り出し領域決定部114により撮像領域内に過不足なく包含されるように切り出し領域の範囲が決定される。その後、魚眼像における画像全体のぶれを表す画像周辺動きベクトルを打ち消すように、撮像面内において切り出し領域をシフトさせる。以上の操作により、手ぶれ補正の為の切り出し領域を決定することができる。決定された切り出し領域内の各画素は、前記射影変換式を用いて、魚眼像から透視投影像への座標値の対応付けが行われ、変換アドレスデータとして射影変換部115へ送られる。
In step S204, based on the projective transformation formula calculated in step S203, a motion vector in the perspective projection image is calculated by the blur
ステップS205では、射影変換部115が、切り出し領域算出部114より送られてきた魚眼像の切り出し領域の透視投影像へのアドレス変換情報を用いて、107のフィールドメモリ1に記憶・保持されている魚眼像に対して画素値の読出しを行う。図6(a)〜(c)に射影変換部115の機能を図示する。図6(a)の601は、フィールドメモリ107に記憶・保持されている魚眼映像である。魚眼像の歪みは、魚眼ズーム光学系の投影方式によって決まり、例えば被写体からの光線の魚眼ズーム光学系101に対する入射角をθとすると、光軸からの像高yがy=fθで表される等距離射影や、y=fsinθで表される正射影等がある。本実施形態では、一例として正射影方式で投影された魚眼像を601で表すが、本発明はこれに限定されない。射影変換部115は、図6(b)の602の様にフィールドメモリ107に記憶・保持されている魚眼像の切り出し領域6021を、y=ftanθで表される透視投影像に射影変換し、フィールドメモリ108に出力する。この時、フィールドメモリ107から入力される魚眼像に手ぶれが存在している場合には、切り出し領域6022の様に手ぶれを打ち消す方向に切り出し領域をシフトさせた後に射影変換を行う。図6(c)の603は、フィールドメモリ108のメモリ空間を表すと同時に射影変換対象領域6021の射影変換後の透視投影像がメモリ空間603に展開されている様子を表す図である。図3(a)の301で表された格子状被写体像が、正射影投影によって図6(a)の601のように歪曲し、さらに射影変換部によって歪みが補正されている様子を表している。また、射影変換後の画像が出力する画像の大きさよりも小さい場合には、射影変換部115において出力画像サイズに合うように適宜拡大縮小処理が施される。以上の処理により、手ぶれ補正が施された透視投影像が108のフィールドメモリ2に蓄積される。
In step S <b> 205, the
なお、図2に示すフローチャートでは、魚眼像の周辺部のぶれ量の算出方法として、魚眼像を透視投影像に変換して魚眼像全体のぶれ量を算出した後に、魚眼像全体のぶれ量を逆投影変換して魚眼像の周辺部のぶれ量を算出する方法を一例として示したが、本発明はこれに限定されず、その他の方法を用いてもよい。 In the flowchart shown in FIG. 2, as a method for calculating the blur amount of the periphery of the fisheye image, the fisheye image is converted into a perspective projection image and the blur amount of the entire fisheye image is calculated, and then the entire fisheye image is calculated. Although the method of calculating the amount of blurring of the peripheral portion of the fisheye image by performing back projection conversion of the amount of blurring is shown as an example, the present invention is not limited to this, and other methods may be used.
以上のように、本実施形態によれば、魚眼像の画像周辺部における見かけの動きベクトルが透視投影像での動きベクトルに比べて小さくなるという特性を利用することによって、より大きな切り出し領域を設定し、手ぶれ補正画像の画角の狭角化や画質の劣化を低減することができる。 As described above, according to the present embodiment, by using the characteristic that the apparent motion vector in the peripheral portion of the fisheye image is smaller than the motion vector in the perspective projection image, a larger cutout region can be obtained. By setting, it is possible to reduce the angle of view and image quality deterioration of the image stabilization image.
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、第1の実施形態に係る魚眼像撮像装置100にズーム機能を持たせた場合の一実施形態である。図7は本発明の好適な第2の実施形態に係る魚眼像撮像装置700の構成を示す図である。図1に加えて魚眼光学系のズーム位置(焦点距離)を制御するズーム制御部701とズーム位置を検出するズーム位置取得部702が付加されている。
(Second Embodiment)
The second embodiment is an embodiment where the fish-eye
以下、本実施形態における手ぶれ補正手法及び動作の一例について、図8に示すフローチャートを用いて説明する。 Hereinafter, an example of the camera shake correction method and operation in the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
ステップS801及びS802は、図2のステップS201及びS202と同様にして行われる。 Steps S801 and S802 are performed in the same manner as steps S201 and S202 of FIG.
ステップS803では、ズーム制御部701によって魚眼ズーム光学系101のズーム位置が制御され、ズーム位置取得部702によって魚眼ズーム光学系のズーム位置が焦点距離として検出される。ここで、ズーム位置情報は、焦点距離の他に倍率等の情報として検出してもよい。
In step S803, the zoom position of the fish-eye zoom
ステップS804では、魚眼像から透視投影像への射影変換式を生成する。射影変換情報算出部113は、魚眼像から通常レンズによって撮像された画像である透視投影像へ変換する為の射影変換式を算出する為のCPUであり、この変換式は魚眼ズーム光学系101のズーム位置によって変化するため、ズーム位置取得部701がズーム位置の変化を検出する毎に再生成される。
In step S804, a projection conversion formula from a fisheye image to a perspective projection image is generated. The projection conversion
ここで、魚眼光学系のズーム位置と画面上の見かけの動きベクトルとの関係について説明する。図9は魚眼ズーム光学系のズーム位置を変化させた時に、画像全体のぶれを表す動きベクトルの見かけの大きさが画像中心部においてどのように変化するかを示す図であり、横軸をズーム位置とし、縦軸を動きベクトルの大きさとしている。ここでは、ぶれ解析部110で算出される透視投影像における画像全体のぶれを表す動きベクトルが、魚眼像の画像中心部における動きベクトルに変換され、その大きさがズーム位置によってどのように変化するかが算出されている。透視投影像の動きベクトルから魚眼像の動きベクトルへの射影変換式は、以下のようにして求めることができる。上記透視投影像の数式2を入射角θについて解くと、
Here, the relationship between the zoom position of the fisheye optical system and the apparent motion vector on the screen will be described. FIG. 9 is a diagram showing how the apparent magnitude of the motion vector representing the blur of the entire image changes in the center of the image when the zoom position of the fish-eye zoom optical system is changed. The zoom position is taken, and the vertical axis is the magnitude of the motion vector. Here, the motion vector representing the blur of the entire image in the perspective projection image calculated by the
となり、数式5と正射影の数式1により、
Then, using Formula 5 and Orthographic Formula 1,
となる。数式6が透視投影像の動きベクトルから魚眼像の動きベクトルへの射影変換式となる。
It becomes. Formula 6 is a projection conversion formula from the motion vector of the perspective projection image to the motion vector of the fisheye image.
ここでは魚眼像の射影方式として正射影を用いたが、等距離射影y=fθ等の他の射影方式を用いてもよい。図9より、画像中心部では動きベクトルの大きさはズーム位置に対して線形的に変化することが分かる。 Here, orthographic projection is used as the fish-eye image projection method, but other projection methods such as equidistant projection y = fθ may be used. FIG. 9 shows that the magnitude of the motion vector changes linearly with respect to the zoom position at the center of the image.
一方、図10(a)、(b)は、魚眼像の画像中心と各画角位置での動きベクトルの比とズーム位置の関係を示す図である。図10(a)は、魚眼光学系のズーム位置が変化した時に、動きベクトルの大きさと画像中心における動きベクトルの大きさの比がどのように変化するのかを表した図であり、横軸をズーム位置、縦軸を前記比率としている。図10(b)は、図10(a)の魚眼像における各画角位置A〜Cを示す図である。 On the other hand, FIGS. 10A and 10B are diagrams showing the relationship between the image center of the fisheye image and the ratio of motion vectors at each angle of view position and the zoom position. FIG. 10A is a diagram showing how the ratio between the magnitude of the motion vector and the magnitude of the motion vector at the center of the image changes when the zoom position of the fisheye optical system changes. Is the zoom position, and the vertical axis is the ratio. FIG. 10B is a diagram illustrating the angle-of-view positions A to C in the fish-eye image of FIG.
透視投影像における画像全体のぶれを表す動きベクトルの大きさと各画角位置における画像全体動きベクトルの見かけ大きさの比率は、以下のようにして算出される。 The ratio between the magnitude of the motion vector representing the blur of the whole image in the perspective projection image and the apparent magnitude of the whole image motion vector at each angle of view is calculated as follows.
まず、透視投影像における画像全体のぶれを表す動きベクトルνの始点と終点の像高をそれぞれνs及びνeとすると、その大きさはνe−νsとなる。この時、νs、νeの画像上での位置を各画角位置に設定する。そして、νs及びνeを数式6を用いて魚眼像での像高に変換する。変換後の動きベクトルをν’、その始点と終点の像高をそれぞれνs’及びνe’とすると、魚眼像の各画角位置における画像全体動きベクトルの見かけの大きさはνe’−νs’と表すことができる。よって、透視投影像における画像全体のぶれを表す動きベクトルの大きさと、各画角位置における画像全体動きベクトルの見かけ大きさの比率は First, if the image heights of the start and end points of the motion vector ν representing the blur of the entire image in the perspective projection image are νs and νe, respectively, the magnitude is νe−νs. At this time, the position of νs and νe on the image is set to each angle of view position. Then, νs and νe are converted into a fish-eye image height using Equation 6. Assuming that the converted motion vector is ν ′ and the image heights of the start and end points are νs ′ and νe ′, respectively, the apparent magnitude of the entire image motion vector at each angle of view of the fisheye image is νe′−νs ′. It can be expressed as. Therefore, the ratio of the magnitude of the motion vector representing the blur of the whole image in the perspective projection image and the apparent magnitude of the whole image motion vector at each angle of view position is
となる。
It becomes.
数式6における魚眼像の焦点距離fを変化させて数式7を解くことにより、ズーム位置と上記比率の関係を算出することができる。 By changing the focal length f of the fish-eye image in Equation 6 and solving Equation 7, the relationship between the zoom position and the ratio can be calculated.
図10(a)より、画像全体動きベクトルの画像周辺部Aにおける見かけの大きさは、ズーム位置が広角側(WIDE)にあるほど元の画像全体動きベクトルよりも小さくなり、望遠側(TELE)にあるほど元の画像全体動きベクトルと同じ大きさに近づくことが分かる。 From FIG. 10A, the apparent size of the entire image motion vector in the image peripheral portion A becomes smaller than the original entire image motion vector as the zoom position is on the wide angle side (WIDE), and the telephoto side (TELE). It can be seen that the closer to is the same size as the original whole image motion vector.
画像全体動きベクトルの画像中間部Bにおける見かけの大きさも、ズーム位置が広角側(WIDE)にあるほど、元の画像全体動きベクトルよりも小さくなり、望遠側(TELE)にあるほど元の画像全体動きベクトルと同じ大きさに近づくことが分かる。画像中間部Bは、画像周辺部Aと比較すると、全体として元の画像全体動きベクトルよりも小さくなっており、広角側(WIDE)にあるほどその傾向が顕著に表れている。 The apparent size of the whole image motion vector in the image intermediate portion B is also smaller than the original whole image motion vector as the zoom position is at the wide angle side (WIDE), and the original image as a whole is closer to the telephoto side (TELE). It can be seen that it approaches the same magnitude as the motion vector. Compared with the image peripheral part A, the image intermediate part B is smaller than the original whole image motion vector as a whole, and the tendency is more prominent as it is on the wide angle side (WIDE).
同様に、画像全体動きベクトルの画像中央部Cにおける見かけの大きさも、ズーム位置が広角側(WIDE)にあるほど元の画像全体動きベクトルよりも小さくなり、望遠側(TELE)にあるほど元の画像全体動きベクトルと同じ大きさに近づくことが分かる。画像中間部Cは、画像周辺部Bと比較して、更に元の画像全体動きベクトルよりも更に小さくなっており、広角側(WIDE)にあるほどその傾向が顕著に表れている。 Similarly, the apparent size of the entire image motion vector in the image center C is smaller than the original entire image motion vector as the zoom position is on the wide-angle side (WIDE), and the original size as the telephoto side (TELE) is located. It can be seen that it approaches the same magnitude as the entire image motion vector. The image intermediate portion C is further smaller than the original image whole motion vector as compared with the image peripheral portion B, and the tendency is more prominent as it is on the wide angle side (WIDE).
上述のように、画角位置A〜Cのいずれにおいても、動きベクトルの見かけの大きさは、ズーム位置に対して非線形的に変化している。従って、魚眼像の手ぶれ補正においては、ぶれ解析部110より算出される画像全体動きベクトルの大きさと魚眼光学系のズーム位置に応じて切り出し領域の範囲を線形的に変化させてしまうと、広角側においては画像周辺部での画像全体動きベクトルの見かけの大きさよりも大きなマージンを確保することになり、手ぶれ補正において画素の無駄が生じてしまう。
As described above, the apparent magnitude of the motion vector changes nonlinearly with respect to the zoom position at any of the view angle positions A to C. Therefore, in the camera shake correction of the fisheye image, if the range of the cutout region is linearly changed according to the size of the entire image motion vector calculated by the
そこで、透視投影像における画像全体動きベクトルから魚眼像の画像周辺部の動きベクトルに変換し、画像周辺動きベクトルの大きさと魚眼光学系のズーム位置に応じて切り出し領域の範囲を図10に示すように非線形的に変化させることによって、画素の無駄が生じない手ぶれ補正を実現することができる。 Therefore, the entire image motion vector in the perspective projection image is converted into a motion vector around the image of the fisheye image, and the range of the cutout region is shown in FIG. 10 according to the size of the image periphery motion vector and the zoom position of the fisheye optical system. As shown in the figure, camera shake correction that does not waste pixels can be realized by changing non-linearly.
なお、図8に示すフローチャートでは、ステップS801及びS802の後に、ステップS803のズーム位置検出を行う場合を一例として示したが、本発明はこれに限定されず、ステップS803は、ステップS801やS802の前に行ってもよい。 In the flowchart shown in FIG. 8, the case where the zoom position detection in step S803 is performed after steps S801 and S802 is shown as an example. However, the present invention is not limited to this, and step S803 includes steps S801 and S802. You may go before.
以上のように、本実施形態によれば、魚眼ズーム光学系のズーム位置を変化させた場合に、画像周辺部の動きベクトルの見かけの大きさが非線形的に変化することを考慮して、それに合わせて切り出し領域の大きさも非線形的に変化させることにより、手ぶれ補正時に無駄になる画素や画像の欠落を生じさせること無く効率の良い手ぶれ補正を行うことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when the zoom position of the fisheye zoom optical system is changed, it is considered that the apparent magnitude of the motion vector in the peripheral portion of the image changes nonlinearly. In accordance with this, the size of the cut-out area is also changed nonlinearly, so that it is possible to perform efficient camera shake correction without causing missing pixels or images that are wasted during camera shake correction.
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、第1の実施形態では撮像素子102を使用して魚眼ズーム光学系101によって投影された映像を結像するのに対して、撮影済みの魚眼動画像を動画像記録部から取得する場合の一実施形態である。図11は本発明の好適な第3の実施形態に係る魚眼像撮像装置1100の構成を示す図であり、図1の魚眼光学系101、撮像素子102、画像形成回路103に代えて、動画像記録部1101を備える魚眼手ぶれ補正再生装置である。
(Third embodiment)
The third embodiment forms an image projected by the fish-eye zoom
動画像記録部1101は、撮影された動画像を記録保存しておき、必要に応じて読み出しを行う。動画像記録部1101に記録されている魚眼動画像をフィールド毎に読み出してフィールドメモリ107に順次格納する。以降の処理に関しては第1の実施形態と同様であり、撮影済みの魚眼動画像に対しても後処理として手ぶれ補正を行うことが可能となる。
The moving
以上のように、本実施形態によれば、動画像再生部を用いることにより、撮影済みの魚眼動画像に対しても手ぶれ補正を施すことができる。 As described above, according to the present embodiment, camera shake correction can be performed on a captured fish-eye moving image by using the moving image reproducing unit.
(第4の実施形態)
第4の実施形態では、第3の実施形態に係る魚眼手ぶれ補正再生装置にズーム機能を持たせた場合の一実施形態である。図12は本発明の好適な第4の実施形態に係る魚眼像撮像装置1200の構成を示す図である。図11に加えて魚眼光学系のズーム位置を制御するズーム制御部1201とズーム位置を検出するズーム位置取得部1202が付加されている。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is an embodiment in the case where a zoom function is provided to the fish-eye image stabilization reproduction device according to the third embodiment. FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a fish-eye
動画像記録部1101に記録されている魚眼動画像をフィールド毎に読み出してフィールドメモリ107に順次格納する。この際、動画像の各フィールドには画像データと共にズーム位置情報も付加されている。このズーム位置情報を、ズーム位置取得部1202において読み出し、射影変換情報算出部113に送る。以降の処理に関しては第2の実施形態と同様であり、撮影済みの魚眼動画像に対しても後処理としてズーム位置に応じた手ぶれ補正を行うことが可能となる。
The fish-eye moving image recorded in the moving
以上のように、本実施形態によれば、撮影済みの魚眼動画像に対しても、ズーム位置に応じた効率の良い手ぶれ補正が可能となる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to perform an efficient camera shake correction according to the zoom position even for a captured fish-eye moving image.
Claims (8)
魚眼像のぶれ量を検出するぶれ解析部と、
前記ぶれ解析部で検出されたぶれ量に基づいて前記魚眼像の周辺部のぶれ量を算出する周辺部ぶれ量算出部と、
前記周辺部ぶれ量算出部の算出結果に基づいて前記魚眼像の切り出し領域を決定する切り出し領域決定部と、
を備えることを特徴とする魚眼像処理装置。 A fish-eye image processing apparatus that corrects distortion of a fish-eye image captured using a fish-eye optical system,
A shake analysis unit that detects the shake amount of the fisheye image;
A peripheral blur amount calculating unit that calculates a blur amount of the peripheral part of the fish-eye image based on the blur amount detected by the blur analysis unit;
A cutout region determination unit that determines a cutout region of the fisheye image based on the calculation result of the peripheral blur amount calculation unit;
A fish-eye image processing apparatus comprising:
射影変換情報に基づいて前記魚眼像から透視投影像を生成する第1の変換部と、
前記射影変換情報に基づいて前記透視投影像を魚眼像に逆変換する第2の変換部と、
を備え、
前記ぶれ解析部は、前記第1の変換部で生成された透視投影像に基づいて魚眼像全体のぶれ量を算出し、
前記第2の変換部は、前記ぶれ解析部で算出された魚眼像全体のぶれ量を前記射影変換情報に基づいて逆投影変換し魚眼像の周辺部のぶれ量を算出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の魚眼像処理装置。 The peripheral blur amount calculating unit
A first conversion unit that generates a perspective projection image from the fisheye image based on projective conversion information;
A second conversion unit that reversely converts the perspective projection image into a fisheye image based on the projective conversion information;
With
The blur analysis unit calculates a blur amount of the entire fisheye image based on the perspective projection image generated by the first conversion unit,
The second conversion unit performs back projection conversion on the total amount of blur of the fisheye image calculated by the blur analysis unit based on the projective transformation information, and calculates the amount of blur at the periphery of the fisheye image. The fish-eye image processing apparatus according to claim 1 or 2.
前記切り出し領域決定部は、前記魚眼光学系の焦点距離の変化に対して非線形的に切り出し領域を変化させることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の魚眼像処理装置。 The fisheye optical system has a zoom function,
The fisheye according to any one of claims 1 to 4, wherein the cutout region determination unit changes the cutout region nonlinearly with respect to a change in a focal length of the fisheye optical system. Image processing device.
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の魚眼像処理装置と、
を備えることを特徴とする魚眼像撮像装置。 An imaging unit that captures a fisheye image using a fisheye optical system;
A fisheye image processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A fish-eye image capturing apparatus comprising:
魚眼像のぶれ量を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出されたぶれ量に基づいて前記魚眼像の周辺部のぶれ量を算出する算出工程と、
前記算出工程での算出結果に基づいて前記魚眼像の切り出し領域を決定する決定工程と、
を含むことを特徴とする魚眼像処理方法。 A fisheye image processing method for correcting distortion of a fisheye image captured using a fisheye optical system,
A detection step for detecting a blur amount of the fisheye image;
A calculation step of calculating a blur amount of a peripheral portion of the fish-eye image based on the blur amount detected in the detection step;
A determination step of determining a cut-out region of the fish-eye image based on the calculation result in the calculation step;
A fish-eye image processing method comprising:
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