JP2006525582A - 領域分割の微調整 - Google Patents
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Abstract
画像の第1組(100a)の初期セグメントを第2組の更新セグメント(A’,B’,C’,D’)に変換する方法が開示されている。本方法は、各初期セグメントから導出される中間セグメント(A,B,C,D)を反復的に更新するステップを含む。各更新は、画素の画素値に基づいて、中間セグメント(A)の第1パラメータに基づいて、及び、第2中間セグメントの第2パラメータに基づいて、画素(300)が第1中間セグメント(A)から第2中間セグメント(B)に移動されるべきか否かを決定するステップを含む。反復的な更新はブロックベースに遂行される。それは、先ず、画像の画素(200)の第1二次元ブロックの画素のために、多数の反復的な更新が遂行され、その後、画像の画素(204)の第2二次元ブロックの画素のために、多数の反復的な更新が遂行されることを意味する。
Description
本発明は、画像の第1組の初期セグメントを、画像の第2組の更新セグメントに変換する方法に関し、本方法は、各初期セグメントから導出される中間セグメントを反復的に更新するステップを有し、特定の更新は、特定画素の画素値に基づいて、第1中間セグメントの第1パラメータに基づいて、及び、第2中間セグメントの第2パラメータに基づいて、第1中間セグメントと第2中間セグメントとの間に位置する特定画素が、第1中間セグメントから第2中間セグメントへ移動されるべきか否かを決定するステップを有する。
本発明は、そのような変換方法を遂行するために構成された変換ユニットにも関する。
本発明は、さらに、
− 画像を表わす信号を受信するための受信手段と、
− 画像の第1組の初期セグメントを決定するための領域分割ユニットと、
− 第1組の初期セグメントを第2組の更新セグメントに変換するための変換ユニットと、
− 第2組の更新セグメントに基づいて画像を処理するための画像処理ユニットと、
を含む画像処理機器に関する。
− 画像を表わす信号を受信するための受信手段と、
− 画像の第1組の初期セグメントを決定するための領域分割ユニットと、
− 第1組の初期セグメントを第2組の更新セグメントに変換するための変換ユニットと、
− 第2組の更新セグメントに基づいて画像を処理するための画像処理ユニットと、
を含む画像処理機器に関する。
画像の領域分割(セグメンテーション)は、セグメントに基づく深度推定又はビデオ圧縮のような他のタスクに先行する重要な第1ステップである。一般的に、画像の領域分割は、画像を一組の非重合部分又はセグメントに区分するプロセスであり、それは共にシーン内に存在する物理的物体に可能な限り対応する。画像の領域分割のタスクにアプローチする様々な方法があり、ヒストグラムに基づく領域分割、縁部に基づく領域分割、領域に基づく領域分割、及び、ハイブリッド領域分割を含む。
冒頭段落に記載された種類の方法は従来技術から既知である。この既知の方法を用いて、画像の第1組の初期セグメントが画像の第2組の更新セグメントに変換される。この方法は、各初期セグメントから導出される中間セグメントを反復的に更新するステップを含む。更新は、第1中間セグメントと第2中間セグメントとの間の境界に位置する特定画素が、第1中間セグメントから第2中間セグメントに移動すべきか否かを決定するステップを含む。これは、特定画素の色彩値に基づき、第1中間セグメントの平均色彩値に基づき、且つ、第2中間セグメントの平均色彩値に基づく。もし特定画素が第1中間セグメントから第2中間セグメントに移動されなければならないようであるならば、新規の中間セグメントのために、新規の平均色彩値が演算される。引き続き、次の画素が評価されて選択的に移動される。画像に亘る1回の走査における画像の関連画素の評価後、画像に亘る評価の他の走査が開始される。
しかしながら、既知の方法は、画素精密な領域分割を実現するために、完全な画像の数回の反復的な領域分割の微調整が遂行されなければならないという事実に悩まされる。典型的には、画像の第2組の更新セグメントを達成するために、画像に亘る20回の走査がなされる。従って、このアプローチは、メモリアクセス、電力消費、及び、演算努力に関して大変に費用がかかる。
メモリアクセスに関して比較的効率的な冒頭段落に記載された種類の方法を提供することが本発明の目的である。
本発明のさらなる目的は、メモリアクセスに関して比較的効率的な冒頭段落に記載された種類の変換ユニットを提供することである。
本発明の目的は、先ず、画像の第1二次元ブロック画素のために、多数の反復的な更新を遂行し、然る後、画像の第2二次元ブロック画素のために、多数の反復的な更新を遂行することによって達成される。典型的には、画素ブロックの寸法は8×8又は16×16画素である。ブロック中の関連画素のために、多数の走査で評価が遂行される。それは、例えば、行毎に、考慮中のブロック内のこれらの関連画素が評価され、その後、そのブロックの関連画素が再び評価されることを意味する。画素ブロックの関連画素が多数の走査で評価された後、他の画素ブロックの画素値が同様な方法で評価される。関連画素を用いて2つのセグメント間の境界に位置する画素が表わされる。もし画素が中間セグメントから取られ、その隣接中間セグメントに加えられるならば、境界が移動する、即ち、セグメントの縁部が変化することに留意すべきである。従って、ブロックの関連画素は各走査のために相違する。
本発明に従った方法の利点は、後続ブロックの画素を含むスライド窓が1回だけ画像に亘って移動されることである。それは、画素ブロックがメモリ装置から1回だけアクセスされなければならないことを意味する。典型的には、考慮中のブロックの画素値はキャッシュ内に記憶される。次に、キャッシュ内の値に基づいて、反復が遂行される。
本発明に従った本発明の実施態様において、第一パラメータは第一中間セグメントの平均色彩値に対応し、第二パラメータは第二中間セグメントの平均色彩値に対応し、且つ、特定画素の画素値は特定画素の色彩値を表わす。色彩は画像の領域分割のための比較的良好な基準である。本発明に従った本実施態様の利点は、更新セグメントがシーン内の物体に比較的良好に対応することである。
本発明に従った本発明の実施態様において、特定の更新は、第1中間セグメントの形状に依存する正則化項に基づき、正則化項は、第1二次元画素ブロックの第1群の画素に基づいて演算される。換言すれば、正則化項はセグメント間の境界の形状に依存する。正則化項は不規則なセグメント境界に罰金を課す。本発明に従ったこの実施態様の利点は、比較的に規則的なセグメント境界が決定されることである。従って、本発明に従ったこの実施態様は画像内のノイズに対する感度がより低い。
本発明に従った本発明の実施態様において、多数の反復的更新の第1シーケンスは第1画素ブロック内の行毎走査で遂行され、多数の反復的更新の第2シーケンスは画素ブロック内の列毎走査で遂行される。換言すれば、走査方向は連続的な走査間で変更される。例えば、先ず、水平方向の走査が遂行され、次に、垂直方向の走査が遂行される。代替的に、先ず、垂直方向の走査が遂行され、次に、水平方向の走査が遂行される。選択的に、第3走査は第1走査の反対方向、例えば、左から右、対、右から左である。選択的に、第4走査は第2走査の反対方向、例えば、頂部から底部、対、底部から頂部である。正則化項の値は、例えば、低曲率罰金から開始して高曲率罰金のような様々な走査で相違するのが好ましい。
本発明に従った本発明の実施態様において、第1二次元画素ブロックは第2二次元画素ブロックに隣接して位置する。本発明に従ったこの実施態様の利点は、比較的単純なメモリ割当スキームが達成されることである。
本発明に従った本発明の実施態様において、正則化項は第1二次元画素ブロックの第1群の画素及び第2二次元画素ブロックの第2群の画素に基づいて演算される。隣接画素ブロックの画素も考慮に入れることによって、ブロックの境界での画素のために、より良い正則化項を演算し得る。
本発明のさらなる目的は、変換ユニットが、先ず、画像の第1二次元画素ブロックの画素のために多数の反復的な更新を遂行し、然る後、画像の第2二次元画素ブロックの画素のために多数の反復的な更新を遂行するための演算手段を有することで達成される。
本発明に従った変換ユニットの実施態様を冒頭段落に記載されたような画像処理機器に適用するのが有利である。画像処理機器は、例えば、処理画像を表示するためのディスプレイ装置、又は、処理画像を記憶するための記憶装置のような追加的な構成部材を含み得る。画像処理ユニットは以下の種類の画像処理の1つ又はそれ以上をサポートし得る。
ビデオ圧縮、即ち、例えば、MPEG規格又はH26L規格に従った符号化、
従来的な単鏡(2D)ビデオ材料を立体鏡(3D)テレビで視聴するための3Dビデオへの変換。この技術では、ビデオシーケンス内の2つの連続的な画像から深度マップを導出するために、動作方法からの構造を用い得る、或いは、
例えば、ロボット工学のような視覚ベース制御又は安全用途のための画像解析。
本発明の変更及び変形は、記載された変換ユニット及び画像処理機器の変更及び変形に対応する。
本発明に従った、本方法の、変換ユニットの、及び、画像処理機器のこれら及び他の特徴は、添付の図面を参照することで、以下の実施例及び実施態様から明瞭に解明されるであろう。
図面を通じて、同一の参照番号が類似の部材を表示するために用いられている。
2Dビデオから3Dビデオへの変換における重要なステップは、均質な色彩を備える画像セグメント又は領域の特定、即ち、画像の領域分割である。深度の不連続は均質色な彩領域の検出縁部と一致すると推定される。単一の色彩値が各色彩領域のために推定される。領域毎のこの深度推定は、定義毎に領域境界に沿って大きな色彩対比が存在するという利点を有する。色彩縁部位置の時間安定性が深度マップの最終品質のために重大である。縁部が経時的に安定しないと、ビデオが3Dカラーテレビで表示されるときに、目障りな点滅が視聴者によって知覚され得る。よって、時間安定領域分割法が、2Dから3Dへの変換プロセスにおける第1ステップである。定常色彩モデルを用いる画像の領域分割は、この所望の効果を達成する。画像の領域分割のこの方法は以下により詳細に記載される。それは第1組の初期セグメント及び第2組の更新セグメントに帰着する反復的な更新に基づく。換言すれば、領域分割は、第1組の初期セグメントから第2組の更新セグメントへの変換である。
定常色彩モデルは、平均領域色彩によって物体セグメントの時間変化画像を十分に詳細に記載し得ると推定する。画像は画像座標のベクトル値関数によって表示される。
ここで、r(x,y)、g(x,y)、及び、b(x,y)は、赤、緑、及び、青の色彩チャネルである。固定数のセグメントNから成る領域分割Lと呼ばれる領域区分を探すことが目的である。最善領域分割Loptは、画像内の全画素に亘る誤り項e(x,y)及び
(外1)
の合計を最小限化する領域分割として定められる。
(外1)
の合計を最小限化する領域分割として定められる。
ここで、kは、正則化項の重要性を測る正則化パラメータである。Richard O.Duda、Peter E.Hart、及び、David G.Storkによる“Pattern Classification”, pp.548−549,John Wiley and Sons,Inc.,New York,2001という本では、1つのクラスタから他のクラスタへのサンプルの移動時の誤り基準を単純且つ効率的に更新するために、方程式が導出される。これらの微分は領域分割法の方程式を導出するために適用される。正則化項は、C.Oliver,S.Queganによる“Understanding Synthetic Aperture Radar Images”,Artech−House,1998という本で提示されている測定に基づく。正則化項は、センサノイズのような無作為な信号変動が縁部位置に有する影響を制限する。画素位置(x,y)での誤りe(x,y)は色彩値I(x,y)及びセグメントラベルL(x,y)に依存する。
ここで、(x’,y’)は、(x,y)の8連結隣接画素からの座標である。x(A,B)の値はセグメントラベルA及びBが相違するか否かに依存する。
初期領域分割を与えられて、境界画素を隣接セグメントに割り当てることによって、セグメント境界で変化が生じる。現在ラベルAを備えるセグメントにある座標(x,y)を備える画素が暫定的にラベルBを備えるセグメントに移動されると想定しよう。この場合には、セグメントAのための平均色彩の変化は次の通りであり、且つ、
セグメントBのための平均色彩の変化は次の通りである。
ここで、nA及びnBは、セグメントA及びBのそれぞれの内部の画素数である。提案されたラベル変化は以下によって与えられる誤り関数内に対応する変化を引き起こす。
画素(x,y)でのAからBへの提案されたラベル変化は、全体的な
(外4)
も変える。提案された動作は、(x,y)でのみならず、(x,y)の8連結隣接画素位置で、
(外5)
に影響を与える。正則化関数内の変化は次の合計によって与えられる。
(外4)
も変える。提案された動作は、(x,y)でのみならず、(x,y)の8連結隣接画素位置で、
(外5)
に影響を与える。正則化関数内の変化は次の合計によって与えられる。
ここで、(x’,y’)は、(x,y)の8連結隣接画素である。
もし以下のようであれば、提案されたラベル変化は適合基準を向上する。
図1は、先行技術に従った走査スキームを概略的に示している。図1は、変換開始からの初期セグメントから導出された中間セグメントA,B,C,Dを備える画像と、更新セグメントA’,B’,C’,D’を備える同一画像を示している。画像の画素は矢印、例えば、102で指し示されるような行毎走査で評価される。画像に亘る1回の走査の後、画像に亘る後続の走査が遂行される。上述のように、評価は色彩モデルの評価に基づく。
図2は、本発明に従った走査スキームを概略的に示している。図2は、変換開始からの初期セグメントから導出された中間セグメントA,B,C,Dを備える画像と、更新セグメントA’,B’,C’,D’を備える同一画像を示している。画像の画素はブロックスキームによってブロック内で評価される。これは、先ず、第1ブロック200内の関連する画素のために、数回の反復的な評価が遂行されることを意味する。その後、第2ブロック202内の関連する画素のために、数回の反復的な評価が遂行される。ブロック内の走査方向は矢印204で描写されるよう、即ち、行毎であり得る。評価は上記のような色彩モデルの評価に基づく。
図3は、2つの隣接する中間セグメントA,BからA’,B’のそれぞれへの更新を示している。図3は、第1中間セグメントAと第2中間セグメントBとの間の境界302に位置する8×8画素のブロック200aを概略的に示している。座標(x,y)を備える画素300が評価される。それは、画素300が第2セグメントBに移動されるべきか否かが決定されることを意味する。評価は方程式6乃至9で特定されたような演算に基づく。この評価に基づいて、画素300は移動される。図3は、第三中間セグメントA’と第四中間セグメントB’との間の境界304に位置する8×8画素の同一ブロック200bも示している。第三中間セグメントA’は第1中間セグメントAから導出され、第四中間セグメントB’は第2中間セグメントBから導出される。
図4は、画素のブロックのための後続の走査方向を概略的に示している。評価のためのブロック内の画素に亘る走査は、代替的に、水平方向200a,200c及び垂直方向200b、200dであり得る。それ以外に、走査は左から右200a及びその反対200cであり得る。それ以外に、走査は頂部から底部200d及び底部から頂部200bであり得る。それ以外に、描写されていないジグザグ走査も可能である。
図5は、多数のブロック200乃至216のスライド窓500を概略的に示している。典型的には、中心ブロック208の画素が評価されるときに、これらのブロック200乃至216は同時にキャッシュされる。方程式4で特定されたような正則化項の演算のために、隣接するブロック200乃至206及び210乃至216が必要とされる。中心ブロック208のための全ての評価が遂行された後、新規窓502が画像内に定められる。この新規窓はブロック206乃至222を含む。今度は、この窓の中心ブロック214が評価される。もしブロック内に縁部がないならば、その場合には、そのブロックはスキップされ、窓はさらに移動されることが留意されるべきである。ブロック内で、セグメントの境界に位置するこれらの画素のみが評価される。
図6は、本発明に従った、以下を含む画像処理機器600が概略的に示している。
− ビデオ信号を表示する信号を受信するための受信手段602;
− ビデオ画像の1つの第1組の初期セグメントを決定するための領域分割ユニット604;
− 第1組の初期セグメントを第2組の更新セグメントA’,B’,C’,D’に変換するための変換ユニット606;及び、
− 第2組の更新セグメントA’,B’,C’,D’に基づいてビデオ画像110bを処理するための画像処理ユニット608。
入力信号はアンテナ又はケーブルを介して受信される放送信号であり得るが、VCR(ビデオカセットレコーダ)又はデジタル多用途ディスク(DVD)のような記憶機器からの信号でもあってもよい。入力信号は入力コネクタ610で提供される。画像処理機器600は出力コネクタ612で出力を提供する。
第1組の初期セグメントを第2組の更新セグメントに変換するための変換ユニット604は、1つのプロセッサを用いて実装され得る。通常、この機能はソフトウェアプログラムプロダクトの制御下で遂行される。実行中、通常、ソフトウェアプログラムプロダクトはRAMのようなメモリ内にロードされ、そこから実行される。プログラムは、ROM、ハードディスク、又は、磁気及び/又は光記憶装置のようなバックグラウンドメモリからロードされ得るし、或いは、インターネットのようなネットワークを介してもロードされ得る。選択的に、用途特定の集積回路が開示された機能性を提供する。
領域分割ユニット604、変換ユニット606、及び、画像処理ユニット608を1つのプロセッサに統合し得る。
出力は圧縮ビデオデータのストリームであり得る。代替的に、出力は3Dビデオの内容物を表示し得る。3Dビデオ内容物への受信ビデオ画像の変換は、Proceedings of Conference on Augmented Virtual Environments and Three−Dimensional Imaging,Myconos,Greece,2001,pp188〜199中のM.Op de Beeck及びA.Redertによる“Three dimensional video for home”に開示されているようであり得る。
画像処理機器600は、例えば、TVであり得る。画像処理機器600はディスプレイ装置を含み得る。代替的に、画像処理機器600は選択的なディスプレイ装置を含まないが、出力データをディスプレイ装置を含む機器に提供する。次に、画像処理機器600は、例えば、セットトップボックス、衛生チューナ、VCRプレーヤ、DVDプレーヤ、又は、レコーダであり得る。画像処理機器600は、映画スタジオ又は放送局によって適用されるシステムでもよい。
選択的に、画像処理機器600は、ハードディスクのような記憶手段、又は、取り外し可能な媒体上に記憶するための手段、例えば、光ディスクを含む。
図7は、本発明に従った変換ユニット706の脈絡における多数の構成部材702,704を概略的に示している。システム700は、例えば、画像の画素の輝度及び色彩値のような画像データの記憶のためのメモリ装置を含む。この画像データは第1入力コネクタに提供される。システム700は、画像の第1組の初期セグメントを第2組の更新セグメントA’,B’,C’,D’に変換するよう構成された変換ユニット706をさらに含む。この変換は、各初期セグメントから導出された中間セグメントA,B,C,Dの反復的な更新によってなされ、それによって、特定の更新は、特定画素の色彩値に基づいて、第1中間セグメントAの平均色彩値に基づいて、及び、第2中間セグメントBの平均色彩値に基づいて、第1中間セグメントAと第2中間セグメントBとの間の境界302に位置する特定画素300が、第1中間セグメントAから第2中間セグメントBに移動されるべきか否かを決定するステップを含む。画像の第1組の初期セグメントは第2入力コネクタ712で提供され、第2組の更新セグメントA’,B’,C’,D’は出力コネクタ714で提供される。
変換ユニット706は、先ず、画像の画素208の第1二次元ブロックの画素のための多数の反復的な更新を遂行し、且つ、その後、画像の画素214の第2二次元ブロックの画素のための多数の反復的な更新を遂行するための演算手段を含む。中心ブロック208の画素が評価されるとき、ブロック200乃至216の画素はキャッシュ704内に同時にキャッシュされる。中心ブロック208のために全ての評価が遂行された後、新規窓502が画像内に定められる。この新規窓はブロック206乃至222を含む。今度はこの窓の中心ブロック214が評価される。
上記実施態様は本発明を制限するものではなくむしろ例示するものであることが留意されるべきであり、当業者であれば添付の請求項の範囲から逸脱することなく代替的な実施態様を設計し得るであろう。請求項において、括弧内に配置された参照記号は請求項を制限するものと解釈されてはならない。「含む」という用語は請求項に記載されていない素子又はステップの存在を排除しない。素子に先行する冠詞又は定冠詞はそのような素子が複数存在することを排除しない。幾つかの個別素子を含むハードウェアを用いて、及び、適切なプログラムされたコンピュータを用いて、本発明を実施し得る。幾つかの手段を列挙するユニット請求項において、ハードウェアの1つ及び同一アイテムによってこれらの手段の幾つかを具現化し得る。
Claims (9)
- 画像の第1組の初期セグメントを画像の第2組の更新セグメントに変換する方法であり、
各初期セグメントから導出される中間セグメントを反復的に更新するステップを有し、
特定の更新は、前記特定画素の画素値に基づいて、前記第1中間セグメントの第1パラメータに基づいて、及び、前記第2中間セグメントの第2パラメータに基づいて、第1中間セグメントと第2中間セグメントとの間に位置する特定画素が、前記第1中間セグメントから前記第2中間セグメントへ移動されるべきか否かを決定するステップを有する方法であって、
先ず、前記画像の第1二次元ブロック画素のために、多数の反復的な更新を遂行し、然る後、前記画像の第2二次元ブロック画素のために、多数の反復的な更新を遂行する、
ことを特徴とする方法。 - 前記第1パラメータは前記第1中間セグメントの平均色彩値に対応し、前記第2パラメータは前記第2中間セグメントの平均色彩値に対応し、且つ、前記特定画素の前記画素値は前記特定画素の色彩値を表わす、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記特定の更新は、第1中間セグメントの形状に依存する正則化項に基づき、該正則化項は、前記第1二次元画素ブロックの第1群の画素に基づいて演算される、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記多数の反復的な更新の第1シーケンスは、前記第1画素ブロック内の行毎走査で遂行され、前記多数の反復的な更新の第2シーケンスは、前記画素ブロック内の列毎走査で遂行される、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1二次元画素ブロックは前記第2二次元画素ブロックに隣接して位置する、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記正則化項は、前記第1二次元画素ブロックの前記第1群の画素及び前記第2二次元画素ブロックの前記第2群の画素に基づいて演算される、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 画像の第1組の初期セグメントを画像の第2組の更新セグメントに変換するための変換ユニットであり、
当該変換ユニットは、各初期セグメントから導出される中間セグメントの反復的な更新を遂行するよう構成され、
特定の更新は、前記特定画素の画素値に基づいて、前記第1中間セグメントの第1パラメータに基づいて、及び、前記第2中間セグメントの第2パラメータに基づいて、第1中間セグメントと第2中間セグメントとの間に位置する特定画素が、前記第1中間セグメントから前記第2中間セグメントへ移動されるべきか否かの決定を有し、
当該変換ユニットは、先ず、前記画像の第1二次元画素ブロックの画素のための多数の反復的な更新を遂行し、然る後、前記画像の第2二次元画素ブロックの画素のための多数の反復的な更新を遂行するための演算手段を有する、
ことを特徴とする変換ユニット。 - 画像を表わす信号を受信するための受信手段と、
前記画像の第1組の初期セグメントを決定するための領域分割ユニットと、
前記第1組の初期セグメントを第2組の更新セグメントに変換するための、請求項7に記載の変換ユニットと、
前記第2組の更新セグメントに基づいて前記画像を処理するための画像処理ユニットと、
を有する画像処理機器。 - 前記画像処理ユニットはビデオ圧縮を遂行するよう設計されている、請求項8に記載の画像処理機器。
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