JP2007124397A - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数の静止画フレームにより構成される動画像を入力する入力部と、動画像を構成する複数の静止画フレームに電気的にボケを付加する付加部と、ボケの付加されていない複数の静止画フレームから、それぞれの静止画フレームに含まれる被写体の動き情報を抽出する抽出部と、付加部によりボケが付加された静止画フレームに対して、抽出部により抽出した動き情報に基づいて、画像処理を施す画像処理部とを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明の画像処理装置および画像処理方法は、ボケを付加した動画像を正確に処理することを目的とする。
また、好ましくは、前記画像処理部により処理された画像を表示する表示部をさらに備え、前記画像処理部は、前記動画像を前記表示部に表示させる際に、前記動き情報に基づいて、前記付加部によりボケが付加された動画像の中の静止画フレームから前記被写体の像の位置を移動させた移動静止画フレームを生成し、当該移動静止画フレームの生成に用いられた、ボケの付加された静止画フレームに代えて、前記移動静止画フレームを前記表示部に表示させても良い。
本発明の別の画像処理装置は、連続して撮影された複数の静止画フレームにより構成される動画像を入力する入力部と、前記動画像を構成する複数の静止画フレームに、電気的にボケを付加する付加部と、ボケの付加されていない2つの静止画フレームから、それぞれの静止画フレームに含まれる被写体の動き情報を抽出する抽出部と、前記2つの静止画フレームに対応させて、前記付加部によりボケが付加された2つの付加静止画フレームのうち、一方の付加静止画フレームから、前記動き情報に基づいて、当該2つの付加静止画フレームのうちの他方の付加静止画フレームに対応するように、前記被写体の像の位置を移動した予測フレームを生成し、当該予測フレームと、前記他方の付加静止画フレームとの差分データを算出してデータ圧縮する画像処理部と、前記画像処理部でデータ圧縮され
た差分データを記録する記録部とを備える。
図1は、本発明の電子カメラ1の構成を示すブロックダイアグラムである。電子カメラ1は、撮像レンズ11、撮像素子12、操作部材13、レンズ駆動回路14、測光回路15、CPU16、撮像素子駆動回路17、信号処理回路18、データ処理回路19、液晶モニタ20、圧縮伸長処理回路21、表示制御回路22、記録媒体23の各部を備える。
撮像素子12は、静止画像の単写撮像とともに、静止画像の連続撮像、および動画像の撮像が可能な撮像素子であり、例えばCCD撮像素子、あるいはCMOS型撮像素子などで構成される。撮像素子12は、測光回路15で得られた被写体の測光データに基づいて、コントローラであるCPU16の制御のもとで、撮像素子駆動回路17によって駆動される。撮像素子12より読み出された映像信号は、信号処理回路18に入力される。信号処理回路18は、撮像素子12より読み出された映像信号に対して、直流再生処理、A/D変換処理、ホワイトバランス調整、ガンマ変換処理等の信号処理を施し、画像データとしてデータ処理回路19に出力する。
出力された画像データに、撮影メニュー、カーソルなどのオーバーレイ画像データを重畳する処理を行う。これによって、液晶モニタ20には、被写体画像にオーバーレイ画像が重畳されて表示される。
なお、液晶モニタ20は、記録媒体23に記録されている画像データに対応する画像を再生画像として表示することもできる。CPU16は、記録媒体23に記録された画像データ読み出して、圧縮伸長処理回路21で復号化処理を施し、データ処理回路19および表示制御回路22を介して、液晶モニタ20に供給する。
なお、コントラストAFに代えて、公知の瞳分割方式の位相差AFを用いても良い。この場合にも、自動合焦動作によって、画面内各領域の撮影距離を得ることができる。
CPU16は、操作部材13の一部を構成するレリーズ釦の半押し操作がなされている間継続して、前述の自動合焦動作とともに、撮像素子12によるスルー画撮影動作を実行する。CPU16は、レリーズ釦の半押し操作を検出すると、撮像素子駆動回路17に対して、スルー画撮像動作を実行する駆動信号を出力するように指示する。撮像素子12は、スルー画撮像動作のための駆動信号を受けて、例えば、撮像素子12上の近傍の同色画素の蓄積電荷を加算して、例えば、30フレーム/秒の高フレームレートで映像信号を連続的に出力する。なお、スルー画撮像時には、後述する高解像度の本撮影時に比較して低解像度の映像信号が、撮像素子12より出力される。
スルー画撮影動作に続いて、レリーズ釦が全押し操作されると、CPU16は、静止画本撮影動作を開始する。レリーズ釦が全押し操作されると、CPU16は、撮像素子駆動
回路17に、静止画本撮影動作のための駆動信号を出力するように制御する。静止画本撮影において、撮像素子12は、撮像素子駆動回路17から出力される駆動信号に基づいて、前述の同色近傍画素どうしの蓄積電荷の加算処理を行うことなく画像信号を出力する。したがって、静止画本撮影時には、前述したスルー画撮影時に比較して高解像度の映像信号が、撮像素子12より出力される。
次に、動画本撮影動作について説明する。
動画本撮影動作は、撮像素子12により撮影された動画像を、液晶モニタ20に表示しつつ、記録媒体23に記録を行う撮影動作であり、動画像の撮影を指示するREC釦の操作がなされている間実行される。
撮像素子12は、動画本撮影動作のための駆動信号を受けて、例えば、30フレーム/秒の高フレームレートで映像信号を連続的に出力する。
このようにして撮像素子12から出力された映像信号は、信号処理回路18およびデータ処理回路19で所定の処理が施された後、表示制御回路22を介して、順次液晶モニタ20に供給されるとともに、圧縮伸長処理回路21を介して、記録媒体23に記録される。
また、記録媒体への記録動作を行うにあたり、操作部材13の操作により圧縮率を変更可能な構成としても良い。
ユーザは、液晶モニタ20に表示された動画像を目視することにより、これから撮影される被写界の状態を確認するとともに、記録媒体23に記録される画像を確認することができる。
次に、本発明の特徴である電気的なボケの付加処理について、図2に示すフローチャートを用いて説明する。
ステップS3において、CPU16は、データ処理回路19を介して、画像データに対して電気的にボケを付加する処理を行う。CPU16は、例えば、ステップS2において抽出した主要被写体領域を除いた領域をボケを付加する領域とする。
データ処理回路19は、ボケを付加する領域に対して、LPF処理、もしくは点拡がり関数による畳み込み演算処理を施すことによって、画像の高域空間周波数成分を抑制してデフォーカス処理を行う。また、データ処理回路19は、操作部材13を介したユーザ操作に基づいて、LPF特性や点拡がり関数の係数などを変更することによって、付加するボケの大きさを変更する。なお、付加するボケの大きさの設定、変更は、ステップS1の前段階で行うものであっても良いし、ステップS3の処理(ボケの付加処理)を実行している間に行うものであっても良い。
ステップS4において、CPU16は、ボケを付加した画像データに対して、各部を介して画像処理を行う。そして、CPU16は、画像処理後の画像データを記録媒体23に記録して、一連の処理を終了する。
(1)圧縮処理
動画像の画像データの情報量は膨大であるので、圧縮処理が利用される。この圧縮処理において、動き情報抽出により抽出した(図2ステップS2)、動画像を構成する静止画フレーム間の動き情報を用いる。
図3Bは、データ処理回路19の構成を示す図である。データ処理回路19は、ボケを付加する処理を行う前に、入力された処理対象の静止画フレーム(フレームa,Iピクチャ)の画像データをメモリa191に記録し、次の静止画フレーム(フレームb,Pピクチャ)の画像データをメモリb192に記録する。なお、実際には、IピクチャとPピクチャの間には、Bピクチャが存在するので、各ピクチャの並び替えが予め行われる。そして、データ処理回路19は、差分算出回路193において、メモリa191、メモリb192に記録されている2つの静止画フレームの画像データを用いて、フレームa,フレームb間の動きベクトルを算出し、この動きベクトルをメモリc194に記録する。
図3Cは、圧縮伸長処理回路21の構成を示す図である。圧縮伸長処理回路21は、動きベクトルのデータをメモリd211に記録し、フレームAをメモリe212に記録し、フレームBをメモリf213に記録する。次に、圧縮伸長処理回路21は、メモリd211に記録した動きベクトルのデータと、メモリe212に記録したフレームAの画像データに基づいて、動き補償回路214において、フレームAの被写体位置をフレームBの被写体位置に近づけた予測画像データを生成し、圧縮伸長差分算出回路215に出力する。圧縮伸長差分算出回路215は、動き補償されたフレームAの予測画像データと、フレームBの画像データとの差分を求め、圧縮回路216に出力する。圧縮回路216は、動きベクトルのデータとともにフレームB(Pピクチャ)の圧縮データとして符号化し、記録媒体23に出力する。
この結果、前述の差分データ量が大きくなり、圧縮効率が悪化する。上記の実施形態によれば、このような事態を未然に回避することができる。
態)から特定被写体に焦点が合った状態に徐々に移行するようなシーンがある。このようなシーンでは、画面内に何れの被写体にも焦点の合っていないボケた静止画フレームが複数フレームにわたって圧縮処理されることとなる。このような画面全体で焦点の合っていない状態の画像を、電気的なボケの付加処理によって実現するような場合に対しても、上記の電子カメラ1は有効に作用する。
動画像の画像データでブレが発生した場合、画像処理の手法を用いた電子手ブレ補正処理が利用される。この電子手ブレ補正処理において、主要被写体抽出により抽出した被写体情報および前述の動き情報抽出処理により抽出した、動画像を構成する静止画フレーム間の動き情報を用いる。
図4は、上記の動作を実行するデータ処理回路19を説明する図である。
以下、動作について説明する。メモリ610,611は、各々フレームメモリであり、連続する2フレームの画像データが記憶される。
時間的に連続するフレームa,フレームb,フレームcのうち、フレームbの画像データがメモリ610に記憶された時点で、これより1フレーム前のフレームaの画像データは、メモリ611に記憶されている。
シフト回路614は、ぼかし処理回路612でボケが付加されたフレームBの画像データに対して、動きベクトル算出回路613で算出された、ボケの付加されていないフレームa,フレームb間の代表動きベクトルをもとに、フレームBの画像が、フレームAの画像位置になるように(すなわち、手ブレによる像の移動が補正されるように)シフト処理を行う。
時間を短縮することができ、結果として、最終的な画像データを迅速に液晶モニタ20に表示することができる。特に、スルー画撮影動作に適用する場合は、表示の遅延によって静止画本撮影のシャッタチャンスを逃すといったことを防止できるので好適である。
さらに、ボケの付加処理が施される前の静止画フレームをもとに動き情報を抽出する構成としているので、ボケの付加処理が施された後の静止画フレームをもとに動き情報を抽出する場合に比較して、正確な動き情報が抽出できる。したがって、ボケの付加処理が施された画像を液晶モニタ20に表示する場合であっても、ブレ量の少ない画像を表示することができる。
異なるTV方式間(例えば、NTSC形式とPAL形式)の変換や、多方式の映像信号を入力または表示可能な表示装置などにおいては、方式変換技術の一種であるフレームレート変換処理が利用される。例えば、NTSC形式のフィールド周波数は59.94Hzであり、PAL形式のフィールド周波数は50Hzである。そのため、各国における制作番組を全世界で有効利用するために、異なる方式間で方式変換が行われる。また、様々なコンピュータなどから多様な形式の映像信号が入力され、固定解像度、固定フレーム周波数で画像の表示を行う、例えばプロジェクタのような装置では、様々なフレーム周波数の入力映像信号を、固定フレーム周波数の画像信号に変換して液晶表示素子などの画像表示部に供給する必要がある。このようなフレームレート変換処理において、前述の動き情報抽出処理により抽出した、動画像を構成する静止画フレーム間の動き情報を用いる。
図5Aは、フレーム周波数60Hzのフレーム画像(静止画フレーム、1〜6)を、フレーム周波数50Hzのフレーム画像(静止画フレーム、1〜5)に変換する様子を時間経過とともに説明する図である。なお、ここでは、簡単のため、両フレーム周波数のフレーム1のタイミングが同一である場合について説明する。以下、フレーム周波数60Hz、フレーム周波数50Hzを、各々単に60Hz、50Hzと記す。
。すなわち、60Hzのフレーム画像3中の被写体像を、動きベクトルの大きさの4/(4+6)分だけ動きベクトルの方向に移動させ、60Hzのフレーム画像4中の被写体像を、動きベクトルの大きさの6/(4+6)分、60Hzのフレーム画像3中の被写体像の移動方向とは逆方向に移動させた後に、両画像を合成して50Hzのフレーム画像3の画像データを得る。このようにして、60Hzのフレーム画像3およびフレーム画像4から、50Hzのフレーム画像3に相当する動き補償された内挿フレームを生成する。なお、この内挿フレームは、フレーム画像3、またはフレーム画像4のうち、一方のフレーム画像から被写体像を移動させるものであっても良い。
メモリ710,711は各々フレームメモリであり、連続する2フレームの画像データが記憶される。
入力される画像データは、メモリ710への入力動作と並行して、ぼかし処理回路712aにも入力され、前述のぼかし処理回路195と同様のボケの付加処理が行われる。
時間的に連続するフレームa,フレームb,フレームcのうち、フレームbの画像データがメモリ710に入力され始めると、それまでメモリ710に記憶されていたフレームaの画像データが、メモリ711に向けて読み出され、フレームbの画像データがメモリ710に記憶された時点で、これより1フレーム前のフレームaの画像データは、メモリ711に記憶される。
一方、ぼかし処理回路712a,712bで、各々フレームa,フレームbに対してボケの付加処理が施されて生成されたフレームA,フレームBの画像データは、上述の動きベクトルとともに、シフト加算回路714に出力される。
以上のような動作を、順次入力される画像に対して行うことで、フレームレートの変換処理が行われる。
また、動き情報の抽出と、ボケの付加処理とを並行して行う構成としたので、例えば、異なるフレームレートで撮像、表示が行われるような装置であっても、表示画面上での被写体像の不自然な動きにより、シャッタチャンスを逃してしまう、あるいは表示の遅延によりシャッタチャンスを逃してしまうなどの問題を回避し、自然な動きの表示画像を迅速に得ることができるので、ユーザは、安心して撮影を行うことができる。
動画像コンピュータグラフィックスの分野においては、2フレームの画像(静止画フレーム)データ間の被写体の特徴点の対応付けを行って、2フレームの画像間の中間フレームを生成し、2フレームの元画像と、生成された中間フレームとを連続的に表示させることで、2フレームの画像間の連続的な被写体の移動または変形を表示装置に表示可能とするモーフィング処理が利用されている。モーフィング処理は、例えば、極端に遅いフレームレートで撮像された動画像を、高フレームレートで表示を行う表示装置に表示させる際などに用いることができる。このモーフィング処理においては、前述の動き情報抽出処理により抽出した、動画像を構成する静止画フレーム間の動き情報を用いる。
図7Bは、データ処理回路19の構成を示す図である。データ処理回路19は、ボケを付加する処理を行う前に、入力された処理対象のフレームaの画像データをメモリa191に記録し、フレームbの画像データをメモリb192に記録する。そして、データ処理回路19は、特徴点検出回路196において、メモリa191およびメモリb192の画像データにおいて両画像に共通する複数の特徴点を検出し、この座標データをもとに、各特徴点がフレームaからフレームbに至る過程でどのように移動したかを示す、各特徴点毎の動き情報を算出して、各特徴点の両フレームの座標データとともにメモリc194に記録する。
次に、データ処理回路19は、ボケの付加処理の施されたフレームAの画像データ、およびボケの付加処理の施されたフレームBの画像データから、中間画像生成回路199で、各特徴点毎の動き情報に基づいて高域空間周波数の抑制された中間フレームを生成する。
さらに、各特徴点の動きベクトルを所定の内分比で内分し、フレームA,フレームB間の移動、変形過程の各特徴点の位置を求める。特徴点の数を多くして、各特徴点以外の画素のデータは、中間フレームにおける複数の特徴点の画素データから補間演算を行って、中間フレームを作成することができる。
中間画像生成回路199は、フレームA,フレームB,および生成された中間フレームの画像データを、圧縮回路21および表示制御回路22へ出力する。
このように、ボケの付加処理の施される前のフレームa,フレームbを用いて動き情報を算出し、この動き情報をもとに、ボケの付加処理の施されたフレームA,フレームBの
画像を処理して中間フレームを生成しているので、例えば、画面全体に焦点が合っていないように処理を施した画像間でも、中間フレームを生成することができる。また、正確な動き情報が抽出できるので、生成された一連の画像を再生する場合でも、自然な動きの動画像が再生できる。
動画像を滑らかに表示するための処理が利用されている。
動画像の滑らかな動きを実現するために、動画像を構成する、時間的に連続した2フレームの静止画フレーム(キーフレーム)間に、補間処理によって中間フレーム(内挿フレーム)を生成し、中間フレームどうし、もしくはキーフレームと中間フレームとを加算して、新たな表示フレームを生成する。この表示フレームを生成する際に、前述の動き情報抽出処理により抽出した、動画像を構成する静止画フレーム間の動き情報を用いる。すなわち、ボケの付加処理の施されていない2フレームの静止画フレーム(キーフレーム)間で動き情報(動き領域情報、動きベクトル)を抽出し、この動き情報に応じて、キーフレーム内の少なくとも動き領域について、フレーム内の高域空間周波数成分の抑制された(すなわち、ボケの付加処理の施された)キーフレーム画像を生成する。なお、例えば、動きベクトルの大きさが所定値以上の領域を抽出し、この領域を動き領域とすることができる。さらに、ボケの付加処理の施されていない2フレームの静止画フレーム(キーフレーム)から抽出された動き情報をもとに、ボケの付加処理の施されたキーフレーム画像から被写体位置の移動された中間フレーム(内挿フレーム)を生成して、中間フレームどうしを加算するか、もしくは中間フレームとボケの付加処理の施されたキーフレームとを加算処理する。
図8は、上記の動作を実行するデータ処理回路19を説明する図である。以下、動作について説明する。
入力される画像データは、メモリ810への入力動作と並行して、ぼかし処理回路812aにも入力され、前述のぼかし処理回路195と同様のボケの付加処理が行われる。
また、メモリ810より出力される画像データは、メモリ811への入力動作と並行して、ぼかし処理回路812bにも入力され、前述のぼかし処理回路195と同様のボケの付加処理が行われる。
時間的に連続するキーフレームa,フレームb,フレームcのうち、キーフレームbの画像データがメモリ810に入力され始めると、それまでメモリ810に記憶されていたキーフレームaの画像データが、メモリ811に向けて読み出され、キーフレームbの画像データがメモリ810に記憶された時点で、これより1フレーム前のキーフレームaの画像データは、メモリ811に記憶される。
一方、ぼかし処理回路812a,812bで、キーフレームa,キーフレームbに対し
て各々ボケの付加処理が施されて生成されたフレームA,フレームBの画像データは、上述の動きベクトルとともに、シフト加算回路814に出力される。
このようにして生成される中間フレームの数は、算出された動きベクトルの大きさが大きい程、大きくする。
シフト加算回路814は、このようにして生成された複数の中間フレームのうち、何れかの中間フレーム(複数フレームでも構わない)とキーフレーム(フレームAまたはフレームB)とを加算するか、あるいは、複数の中間フレームのうち何れかの中間フレームどうしを加算して新たな表示フレームとする。ここで、加算される中間フレームの数は、算出された動きベクトルが大きい程、大きく設定される。
すなわち、ボケを付加する処理を施す前の動画像から動き情報を抽出し、動き量に応じて、少なくとも動きが検出された領域について、フレーム内の高域空間周波数成分の抑制された(ボケ効果の付加された)動画像を生成する。さらに、ボケを付加する処理を施す前の動画像から抽出された動き情報をもとに、上述のフレームレート変換処理で述べた手法と同様の手法により、ボケを付加する処理を施した画像から、被写体位置の移動された中間フレームを生成し、さらに、動き情報をもとに加算フレーム数を設定する。この場合にも、前述の各処理と同様に、正確な動き情報を用いて中間フレーム(内挿フレーム)が生成される。
また、本実施形態によれば、画像処理を施された画像を表示する表示部をさらに備え、動画像を表示部に表示させる際に、動き情報に基づいて、すでにボケが付加された動画像の中の静止画フレームから被写体の像の位置を移動させた移動静止画フレームを生成し、当該移動静止画フレームの生成に用いられた、ボケの付加された静止画フレームに代えて、移動静止画フレームを表示部に表示させる。したがって、ボケを付加した動画像において、手ブレ補正を適切かつ迅速に実行することができる。
静止画フレームとして、内挿フレームを生成する。したがって、ボケを付加した動画像において、動き補償処理および内挿フレームの生成を適切かつ迅速に実行することができるとともに、滑らかな表示を実現することができる。
Claims (7)
- 複数の静止画フレームにより構成される動画像を入力する入力部と、
前記動画像を構成する複数の静止画フレームに電気的にボケを付加する付加部と、
前記ボケの付加されていない前記複数の静止画フレームから、それぞれの静止画フレームに含まれる被写体の動き情報を抽出する抽出部と、
前記付加部によりボケが付加された静止画フレームに対して、前記抽出部により抽出した前記動き情報に基づいて、画像処理を施す画像処理部と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記付加部は、前記動画像を構成する1つの静止画フレームに対するボケの付加処理を、前記抽出部による当該静止画フレームについての動き情報の抽出処理と並行して行う
ことを特徴とする画像処理装置。 - 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、
前記画像処理部により処理された画像を表示する表示部をさらに備え、
前記画像処理部は、前記動画像を前記表示部に表示させる際に、前記動き情報に基づいて、前記付加部によりボケが付加された動画像の中の静止画フレームから前記被写体の像の位置を移動させた移動静止画フレームを生成し、当該移動静止画フレームの生成に用いられた、ボケの付加された静止画フレームに代えて、前記移動静止画フレームを前記表示部に表示させる
ことを特徴とする画像処理装置。 - 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、
前記画像処理部は、前記動き情報に基づいて、前記付加部によりボケが付加された動画像の中の2つの静止画フレームを用いて、動き補償処理を行って、前記被写体の像の位置の移動した静止画フレームとして、内挿フレームを生成する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 連続して撮影された複数の静止画フレームにより構成される動画像を入力する入力部と、
前記動画像を構成する複数の静止画フレームに、電気的にボケを付加する付加部と、
ボケの付加されていない2つの静止画フレームから、それぞれの静止画フレームに含まれる被写体の動き情報を抽出する抽出部と、
前記2つの静止画フレームに対応させて、前記付加部によりボケが付加された2つの付加静止画フレームのうち、一方の付加静止画フレームから、前記動き情報に基づいて、当該2つの付加静止画フレームのうちの他方の付加静止画フレームに対応するように、前記被写体の像の位置を移動した予測フレームを生成し、当該予測フレームと、前記他方の付加静止画フレームとの差分データを算出してデータ圧縮する画像処理部と、
前記画像処理部でデータ圧縮された差分データを記録する記録部と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 入力部を介して入力された複数の静止画フレームにより構成される動画像に対して、電気的にボケを付加する画像処理装置であって、
前記ボケの付加に先立って、前記複数の静止画フレームから、それぞれの静止画フレームに含まれる被写体の動き量、および前記静止画フレーム中の動き領域を抽出する抽出部と、
前記静止画フレーム中の少なくとも前記動き領域について、電気的にボケを付加する付加部と、
前記動き量に基づいて、前記付加部によって電気的にボケの付加された静止画フレームから、電気的にボケの付加された、前記被写体位置の移動された内挿フレームを生成する生成部と、
「電気的にボケの付加された前記静止画フレームおよび前記内挿フレーム」または「前記内挿フレームどうし」について加算処理を行って表示フレームを生成する合成部と、
前記合成部による前記表示フレームから構成される合成動画像を表示する表示部とを備え、
前記合成部は、前記動き量に応じて、前記加算処理を行うフレームの数を変更する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 複数の静止画フレームにより構成される動画像を入力する入力ステップと、
前記動画像を構成する複数の静止画フレームに電気的にボケを付加する付加ステップと、
前記ボケの付加されていない前記複数の静止画フレームから、それぞれの静止画フレームに含まれる被写体の動き情報を抽出する抽出ステップと、
前記付加ステップによりボケが付加された静止画フレームに対して、前記抽出部により抽出した前記動き情報に基づいて、画像処理を施す画像処理ステップと
を有することを特徴とする画像処理方法。
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