JP2006344131A - 画像処理装置、電子機器、プログラム、情報記憶媒体および画像処理方法 - Google Patents

画像処理装置、電子機器、プログラム、情報記憶媒体および画像処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 画像情報に基づき、トラックが含まれる場合であってもカメラワークを適切に判定することが可能な画像処理装置等を提供すること。
【解決手段】 画像処理装置が、画像情報に基づき、画像内の複数の領域における動きベクトルを示す動きベクトル情報を生成する動きベクトル情報生成部110と、動きベクトル情報に基づき、遠景の動きと近景の動きの相違を判別することによってトラックを含むカメラワークを判定するカメラワーク判定部120とを含んで構成される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、撮像時のカメラワークを判定する画像処理装置、電子機器、プログラム、情報記憶媒体および画像処理方法に関する。
撮像画像等には撮像時の手ぶれ等によって視聴者にとって不快な画像の揺れが含まれる場合がある。このような場合、画像処理装置が、撮像時のカメラワークを無視して画像を補正すると、当該画像は、過補正によって撮影者の意図とは異なり、カメラワークが反映されない画像になってしまう。
このような問題が発生しないようにするためには、画像処理装置は、撮像時のカメラワークを適切に判定する必要がある。
例えば、特許文献1では、フレームの動きベクトル情報に基づき、カメラワーク判定ルールを用いてパン、ズームおよびティルトのカメラワークを判定し、カメラワーク判定結果情報を出力するMPEGビデオ検索装置が記載されている。
特開2000−341613号公報
しかし、特許文献1では、カメラワーク判定ルールは、経験的に決定されると記載されており、具体的な判定手法は開示されていない。また、特許文献1のカメラワークの判定対象は、パン、ズームおよびティルトであり、カメラの位置が変化するトラックは判定対象となっていない。すなわち、従来は画像情報に基づいてトラックのカメラワークを判定することは困難であった。
本発明の目的は、画像情報に基づき、トラックが含まれる場合であってもカメラワークを適切に判定することが可能な画像処理装置、電子機器、プログラム、情報記憶媒体および画像処理方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る画像処理装置は、画像情報に基づき、画像内の複数の領域における動きベクトルを示す動きベクトル情報を生成する動きベクトル情報生成部と、
前記動きベクトル情報に基づき、移動方向と移動量を示す平面における前記動きベクトルの分布が直線状であることを判別することによってトラックを含むカメラワークを判定するカメラワーク判定部と、
を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る電子機器は、上記画像処理装置を有することを特徴とする。
また、本発明に係るプログラムは、コンピュータにより読み取り可能なプログラムであって、
コンピュータを、
画像情報に基づき、画像内の複数の領域における動きベクトルを示す動きベクトル情報を生成する動きベクトル情報生成部と、
前記動きベクトル情報に基づき、移動方向と移動量を示す平面における前記動きベクトルの分布が直線状であることを判別することによってトラックを含むカメラワークを判定するカメラワーク判定部として機能させることを特徴とする。
また、本発明に係る情報記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体であって、上記プログラムを記憶したことを特徴とする。
また、本発明に係る画像処理方法は、画像情報に基づき、画像内の複数の領域における動きベクトルを示す動きベクトル情報を生成し、
前記動きベクトル情報に基づき、移動方向と移動量を示す平面における前記動きベクトルの分布が直線状であることを判別することによってトラックを含むカメラワークを判定することを特徴とする。
本発明によれば、画像処理装置等は、動きベクトル情報に基づき、動きベクトルの分布が直線状であることを判別することによってトラックを含むカメラワークを適切に判定することができる。なぜなら、トラックの場合、撮像位置がほぼ直線的に変化するからである。
また、前記画像処理装置、前記電子機器、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体において、前記カメラワーク判定部は、前記動きベクトル情報に基づき、前記動きベクトルが、前記動きベクトルの分布の中心から放射状に分布しているかどうかを判定することによって前記カメラワークがズームであるかどうかを判定してもよい。
また、前記画像処理方法は、前記動きベクトル情報に基づき、前記動きベクトルが、前記動きベクトルの分布の中心から放射状に分布しているかどうかを判定することによって前記カメラワークがズームであるかどうかを判定してもよい。
これによれば、画像処理装置等は、動きベクトルが放射状に分布していることを判別することにより、カメラワークがズームであるかどうかを判定することができる。なぜなら、ズームの場合、撮像範囲全体が拡大または縮小する形で変化するからである。
また、前記画像処理装置、前記電子機器、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体において、前記カメラワーク判定部は、前記動きベクトル情報に基づき、前記動きベクトルの分布が集中しているかどうかを判定することによって前記カメラワークがパンであるかどうかを判定してもよい。
また、前記画像処理方法において、前記カメラワーク判定部は、前記動きベクトル情報に基づき、前記動きベクトルの分布が集中しているかどうかを判定することによって前記カメラワークがパンであるかどうかを判定してもよい。
これによれば、画像処理装置等は、動きベクトルの分布が集中していることを判別することにより、カメラワークがパンであるかどうかを判定することができる。なぜなら、パンの場合、撮像範囲全体が均一に変化し、画像内の物体の単位時間当たりの移動量が遠近によらず一定であるからである。
また、前記画像処理装置、前記電子機器は、前記カメラワークの判定結果に基づき、画像全体の揺れを示す全体動きベクトルを決定する動きベクトル決定部を含み、
前記動きベクトル決定部は、前記カメラワーク判定部によって前記カメラワークがトラックであると判定された場合、前記動きベクトルの分布において、動き0の位置から所定距離範囲内にあり、かつ、度数が所定範囲内の動きベクトルを前記全体動きベクトルとして決定してもよい。
また、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体は、前記カメラワークの判定結果に基づき、画像全体の揺れを示す全体動きベクトルを決定する動きベクトル決定部としてコンピュータを機能させ、
前記動きベクトル決定部は、前記カメラワーク判定部によって前記カメラワークがトラックであると判定された場合、前記動きベクトルの分布において、動き0の位置から所定距離範囲内にあり、かつ、度数が所定範囲内の動きベクトルを前記全体動きベクトルとして決定してもよい。
また、前記画像処理方法は、前記カメラワークがトラックであると判定した場合、前記動きベクトルの分布において、動き0の位置から所定距離範囲内にあり、かつ、度数が所定範囲内の動きベクトルを前記全体動きベクトルとして決定してもよい。
これによれば、画像処理装置等は、カメラワークがトラックである場合の全体動きベクトルを適切に決定することができる。
また、前記画像処理装置、前記電子機器、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体において、前記動きベクトル決定部は、前記カメラワーク判定部によって前記カメラワークがズームであると判定された場合、画像内の全ての動きベクトルの平均値を前記全体動きベクトルとして決定してもよい。
また、前記画像処理方法は、前記カメラワークがズームであると判定した場合、画像内の全ての動きベクトルの平均値を前記全体動きベクトルとして決定してもよい。
これによれば、画像処理装置等は、カメラワークがズームである場合の全体動きベクトルを適切に決定することができる。
また、前記画像処理装置、前記電子機器は、手ぶれ補正部を含み、
前記画像情報は、撮像された動画像を示す情報であって、
前記手ぶれ補正部は、前記全体動きベクトルに基づき、前記画像情報を補正してもよい。
また、前記プログラムおよび前記情報記憶媒体は、手ぶれ補正部としてコンピュータを機能させ、
前記画像情報は、撮像された動画像を示す情報であって、
前記手ぶれ補正部は、前記全体動きベクトルに基づき、前記画像情報を補正してもよい。
また、前記画像処理方法において、前記画像情報は、撮像された動画像を示す情報であって、前記画像処理方法では、前記全体動きベクトルに基づき、前記画像情報を補正してもよい。
これによれば、画像処理装置等は、画像に含まれる手ぶれ等の揺れの影響を軽減し、適切に画像情報を補正することができる。
以下、本発明を画像処理装置に適用した場合を例に採り、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の内容を何ら限定するものではない。また、以下の実施形態に示す構成の全てが、特許請求の範囲に記載された発明の解決手段として必須であるとは限らない。
図1は、本実施例における画像処理装置10の機能ブロック図である。
画像処理装置10は、画像入力装置20から入力された画像情報に含まれる手ぶれの影響を補正し、補正した画像情報を画像出力装置30に出力する装置である。なお、画像情報は、デジタルビデオカメラ等の撮像装置によって生成された撮像情報である。
画像入力装置20としては、例えば、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置、画像情報を記憶するサーバー、画像情報を中継する通信装置等が該当する。また、画像出力装置30としては、例えば、プロジェクタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、画像情報を記憶するサーバー、画像情報を中継する通信装置等が該当する。また、画像処理装置10、画像入力装置20および画像出力装置30は、電子機器(例えば、プロジェクタ、プロジェクションTV、液晶TV、PC等の画像表示装置、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の画像記憶装置等)として一体化されてもよい。なお、画像記録装置は、手ぶれ補正機能を有してもよいし、手ぶれを補正しないで撮像時の動き情報を画像情報に付加する機能を有してもよい。
また、画像処理装置10は、画像情報に基づき、画像内の複数の領域における動きベクトルを示す動きベクトル情報を生成する動きベクトル情報生成部110と、動きベクトル情報に基づき、撮像時のカメラワークを判定するカメラワーク判定部120と、画像全体の揺れ(手ぶれ)を示す全体動きベクトルを決定する動きベクトル決定部と130、全体動きベクトルに基づき、画像情報を補正する手ぶれ補正部140と、画像情報等の種々の情報を記憶する記憶部190とを含んで構成されている。
なお、これらの各部は、例えば、以下のハードウェアを用いて構成してもよい。
図2は、本実施例における画像処理装置10のハードウェアブロック図である。
例えば、動きベクトル情報生成部110、カメラワーク判定部120、動きベクトル決定部130および手ぶれ補正部140としては、例えば、CPU910、画像処理回路920等、記憶部190としては、例えば、RAM930、ROM940等を用いて実装できる。
なお、これらの各部はシステムバス900を介して相互に情報をやりとりすることが可能である。また、これらの各部は、その一部または全部を、回路のようにハードウェア的に実装してもよいし、ドライバのようにソフトウェア的に実装してもよい。
さらに、動きベクトル情報生成部110等としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記憶した情報記憶媒体40からプログラムを読み取って動きベクトル情報生成部110等の機能をコンピュータに実装してもよい。
このような情報記憶媒体40としては、例えば、CD−ROM、DVD−ROM、ROM、RAM、HDD等を適用でき、そのプログラムの読み取り方式は接触方式であっても、非接触方式であってもよい。
また、情報記憶媒体40に代えて、上述した各機能を実装するためのプログラム等を、伝送路を介してホスト装置等からダウンロードすることによって上述した各機能を実装することも可能である。
次に、手ぶれの影響の含まれる画像を補正する手順について説明する。
図3は、画像の手ぶれ補正を示す概略図である。
まず、画像処理装置10は、所定時点(例えば、最新時点等)における画像(例えば、フレーム単位またはフィールド単位の画像)である対象画像310を、所定時点より前の時点における画像である過去画像300と比較し、対象画像310の矢印で示す全体動きベクトルを決定する。
そして、画像処理装置10は、全体動きベクトルに基づいて対象画像310内の破線で囲まれる領域を主要画像320として決定する。
そして、画像処理装置10は、主要画像320を元の画像の大きさに拡大して補正画像330を生成する。
なお、主要画像320の生成および画像の拡大については、例えば、特願2004−379216号に記載された手法を採用してもよい。
以上の手順により、画像処理装置10は、全体動きベクトルを決定することにより、手ぶれの影響を軽減した画像を生成することができる。
なお、本実施例では、画像処理装置10は、全体動きベクトルを決定する際に、撮像時のカメラワークを判定することにより、撮像者の意図したカメラワークの効果を保ちつつ、手ぶれの影響を適切に軽減できるように全体動きベクトルを決定する。
また、本実施例では、画像処理装置10は、カメラワークとして、トラック、ズーム、パンを判定する。ここで、トラックとは、撮像面に沿って左右方向等に撮像位置を変化させながら撮像することであり、ズームとは、撮像位置を固定した状態で画角を変更しながら撮像することであり、パンとは、撮像位置を固定した状態で撮像方向を変化させながら撮像することである。なお、撮像位置を固定した状態で上下に撮像方向を変化させながら撮像することがティルトと呼ばれる場合もあるが、本実施例では、パンにティルトも含まれる。
次に、カメラワーク判定処理の流れについて具体的に説明する。
図4は、本実施例におけるカメラワーク判定処理の流れを示すフローチャートである。
動きベクトル情報生成部110は、記憶部190に記憶された画像情報(例えば、過去画像300の画像情報と対象画像310の画像情報等)に基づき、例えば、代表点マッチング法等を用いてオプティカルフロー(複数の領域における動きベクトルを示す情報)を生成する(ステップS1)。なお、オプティカルフローは、例えば、動き検出領域の位置、当該位置におけるX方向の動き量および当該位置におけるY方向の動き量を示す。
そして、動きベクトル情報生成部110は、オプティカルフローに基づき、動きベクトルに関するヒストグラムを生成する。なお、ヒストグラムは、例えば、X方向の動き量Vx、Y方向の動き量Vyの場合の座標(Vx,Vy)における度数を示す。すなわち、ヒストグラムは、移動方向と移動量を示す平面における度数を示し、動きベクトルの分布を示す。
図5は、パン時における動きベクトルの分布を示す図である。また、図6は、ズーム時における動きベクトルの分布を示す図である。また、図7は、トラック時における動きベクトルの分布を示す図である。
なお、説明をわかりやすくするため、図5〜図7は2次元のグラフで表されているが、実際にはヒストグラムは3次元のグラフで表され、軸Vx、軸Vyに加え、度数を示す軸がある。
また、オプティカルフローおよびヒストグラムは、動きベクトルを示す動きベクトル情報の一種であり、記憶部190に一時的に記憶される。
カメラワーク判定部120は、ヒストグラムに基づき、最多度数の動きベクトルVmaxと、動きベクトルの分布の中心Cを決定する(ステップS3)。
そして、カメラワーク判定部120は、ヒストグラムにおける最多度数が、1画像における動き検出領域の個数nの半分未満かどうかを判定する(ステップS4)。
この条件を満たす場合、カメラワーク判定部120は、さらに、ヒストグラムにおける動きベクトルが放射状に分布しているかどうかを判定する(ステップS5)。より具体的には、カメラワーク判定部120は、中心Cを中心として動きベクトルが取り得る範囲をm個(例えば、m=4等)の放射状領域に区分し、各放射状領域に含まれる動きベクトルの度数がn/mに近い値(例えば、+−10%以内等)となる場合、動きベクトルが放射状に分布していると判定する。
例えば、図6では、中心Cを中心として動きベクトルが放射状に分布しているため、カメラワーク判定部120は、カメラワークがズームであると判定できる。
動きベクトルが放射状に分布している場合、動きベクトル決定部130は、全体動きベクトルとして全ての動きベクトルの平均値を設定する(ステップS6)。
また、動きベクトルが放射状に分布していない場合、カメラワーク判定部120は、ヒストグラムの動きベクトルが直線状に分布しているかどうかを判定する(ステップS7)。なお、直線状に分布とは、分布の中心Cを通る直線から所定範囲内(例えば、座標の最大値の10%以内)であり、かつ、ある程度分散していること(1点に集中していないこと)を意味する。
例えば、図7では、中心Cを通る直線上に動きベクトルが分散して分布しているため、カメラワーク判定部120は、カメラワークがトラックであると判定できる。
動きベクトルが直線状に分布している場合、動きベクトル決定部130は、全体動きベクトルとして所定の動きベクトルVfarを設定する(ステップS8)。
ここで、動きベクトルVfarは、例えば、動き0の位置、すなわち、ヒストグラムの座標(0,0)から所定距離範囲内であり、度数が所定範囲内の動きベクトルである。また、ここで、所定距離は、例えば、直線状に分布している動きベクトルのなかで、動き0の位置から、最も遠くに位置する動きベクトルまでの距離の約半分の距離であり、所定範囲は、例えば、動き検出領域数nが横a個×縦b個である場合、a/2〜max(a,b)、すなわち、横方向の動き検出領域数〜縦、横のうち大きい方の動き検出領域数である。
このように、動きベクトル決定部130が、全体動きベクトルとして、動き0の位置から所定距離範囲内の動きベクトルを採用するのは、トラック時には、動き0の位置に近い位置にある動きベクトルが遠景の動きを表し、動き0の位置から遠い位置にある動きベクトルが近景の動きを表すからである。すなわち、トラックの場合、撮像位置が変化するため、図7に示すように、遠景に映っているものほどトラックによって生じる動きの影響を受けず、近景に映っているものほどトラックによって生じる動きの影響を受ける。
また、動きベクトル決定部130が、全体動きベクトルとして、度数が所定範囲内の動きベクトルを採用するのは、画像内の物体の動きによる動きベクトルを採用しないようにするためである。
また、動きベクトル決定部130は、動きベクトルVfarとして、複数の動きベクトルが該当する場合、中心Cから遠い方の動きベクトルを採用してもよい。
また、動きベクトルが直線状に分布していない場合は画像内に複数の動きが存在する場合であり、動きベクトル決定部130は、全体動きベクトルとして、直前(例えば、1フレーム前等)の全体動きベクトルを設定する(ステップS9)。なお、この場合、動きベクトル決定部130は、全体動きベクトルとして、直前の全体動きベクトルに1以外の係数をかけた値を採用してもよい。
また、カメラワーク判定部120は、ヒストグラムにおける最多度数が、1画像における動き検出領域の個数nの半分以上である場合、すなわち、動き検出領域の半分以上が同じ動きベクトルとなっている場合はパンによって画像全体が動いていると判定し、全体動きベクトルとして、動きベクトルVmaxを設定する(ステップS10)。カメラワーク判定部120がこのような判定を行うのは、パンの場合、撮像範囲全体が均一に変化し、画像内の物体の単位時間当たりの移動量が遠近によらず一定であるからである。
以上の手順により、画像処理装置10は、画像情報に基づいてカメラワークを判定し、全体動きベクトルを設定する。
そして、手ぶれ補正部140は、図3を用いて説明した手順で、全体動きベクトルに基づいて画像情報を補正する。
以上のように、本実施例によれば、画像処理装置10は、動きベクトル情報に基づき、動きベクトルが直線状に分布していることを判別することによってトラックを判別することができる。
また、画像処理装置10は、動きベクトル情報に基づき、動きベクトルが動きベクトルの分布の中心から放射状に分布していることを判別することによってズームを判別することができる。
さらに、画像処理装置10は、動きベクトル情報に基づき、動きベクトルの分布が集中していることを判別することによってパンを判別することができる。
したがって、画像処理装置10は、トラック、ズーム、パン等のカメラワークを適切に判別することができる。
また、本実施例によれば、画像処理装置10は、カメラワークに応じて全体動きベクトルを設定することにより、カメラワークの効果を保ちつつ、手ぶれを適切に補正できる。
例えば、画像処理装置10は、トラックの場合、上述したように、全体動きベクトルとして、トラックによる影響をほとんど受けない遠景の動きベクトルを用いることにより、トラックのカメラワークの効果を保持しつつ、手ぶれの影響のみを排除することが可能となる。
以上、本発明を適用した好適な実施の形態について説明してきたが、本発明の適用は上述した実施例に限定されない。
例えば、カメラワークの判定手順は上述した実施例に限定されない。例えば、カメラワーク判定部120は、過去のカメラワークの判定結果に応じて判定順序を変更してもよい。より具体的には、カメラワーク判定部120は、例えば、複数回連続してカメラワークがトラックであった場合、ステップS3の処理後、ステップS7のトラックの判定、ステップS4のパンの判定、ステップS5のズームの判定を行ってもよい。
これによれば、画像処理装置10は、画像の内容に応じてより効率的にカメラワークを判定することができる。
また、上述した画像処理装置10の機能は、例えば、複数の処理装置で分散して(例えば、プロジェクタとPCとで分散処理)実装してもよい。
本実施例における画像処理装置の機能ブロック図である。 本実施例における画像処理装置のハードウェアブロック図である。 画像の手ぶれ補正を示す概略図である。 本実施例におけるカメラワーク判定処理の流れを示すフローチャートである。 パン時における動きベクトルの分布を示す図である。 ズーム時における動きベクトルの分布を示す図である。 トラック時における動きベクトルの分布を示す図である。
符号の説明
10 画像処理装置、40 情報記憶媒体、110 動きベクトル情報生成部、120 カメラワーク判定部、130 動きベクトル決定部、140 手ぶれ補正部

Claims (10)

  1. 画像情報に基づき、画像内の複数の領域における動きベクトルを示す動きベクトル情報を生成する動きベクトル情報生成部と、
    前記動きベクトル情報に基づき、移動方向と移動量を示す平面における前記動きベクトルの分布が直線状であることを判別することによってトラックを含むカメラワークを判定するカメラワーク判定部と、
    を含むことを特徴とする画像処理装置。
  2. 請求項1記載の画像処理装置において、
    前記カメラワーク判定部は、前記動きベクトル情報に基づき、前記動きベクトルが、前記動きベクトルの分布の中心から放射状に分布しているかどうかを判定することによって前記カメラワークがズームであるかどうかを判定することを特徴とする画像処理装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の画像処理装置において、
    前記カメラワーク判定部は、前記動きベクトル情報に基づき、前記動きベクトルの分布が集中しているかどうかを判定することによって前記カメラワークがパンであるかどうかを判定することを特徴とする画像処理装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の画像処理装置において、
    前記カメラワークの判定結果に基づき、画像全体の揺れを示す全体動きベクトルを決定する動きベクトル決定部を含み、
    前記動きベクトル決定部は、前記カメラワーク判定部によって前記カメラワークがトラックであると判定された場合、前記動きベクトルの分布において、動き0の位置から所定距離範囲内にあり、かつ、度数が所定範囲内の動きベクトルを前記全体動きベクトルとして決定することを特徴とする画像処理装置。
  5. 請求項2に従属する請求項4または請求項2に従属する請求項3に従属する請求項4に記載の画像処理装置において、
    前記動きベクトル決定部は、前記カメラワーク判定部によって前記カメラワークがズームであると判定された場合、画像内の全ての動きベクトルの平均値を前記全体動きベクトルとして決定することを特徴とする画像処理装置。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の画像処理装置において、
    手ぶれ補正部を含み、
    前記画像情報は、撮像された動画像を示す情報であって、
    前記手ぶれ補正部は、前記全体動きベクトルに基づき、前記画像情報を補正することを特徴とする画像処理装置。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の画像処理装置を有する電子機器。
  8. コンピュータにより読み取り可能なプログラムであって、
    コンピュータを、
    画像情報に基づき、画像内の複数の領域における動きベクトルを示す動きベクトル情報を生成する動きベクトル情報生成部と、
    前記動きベクトル情報に基づき、移動方向と移動量を示す平面における前記動きベクトルの分布が直線状であることを判別することによってトラックを含むカメラワークを判定するカメラワーク判定部として機能させることを特徴とするプログラム。
  9. 請求項8に記載のプログラムを記憶した、コンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体。
  10. 画像情報に基づき、画像内の複数の領域における動きベクトルを示す動きベクトル情報を生成し、
    前記動きベクトル情報に基づき、移動方向と移動量を示す平面における前記動きベクトルの分布が直線状であることを判別することによってトラックを含むカメラワークを判定することを特徴とする画像処理方法。
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