JP2008078772A - Stereo image processing apparatus and stereo image processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステレオ映像の解像度を高めて高精細化を図る処理を行うステレオ映像処理装置等に関するものである。特に画素の補完を行う際の処理に係るものである。 The present invention relates to a stereo video processing apparatus and the like that perform processing for increasing the resolution of a stereo video to increase the definition. In particular, the present invention relates to processing for pixel complementation.
2眼の撮像系を有するステレオカメラを用いて左右の異なる視点から撮像を行い、その撮像によって得られた左右の映像から立体映像(ステレオ映像)を作成する方法が従来から種々提案されている(例えば特許文献1参照)。
このとき、撮像された左右の映像のデータを加工処理し、映像データを生成して新たな映像を作成する場合がある。例えば、ここで、解像度を増やす高精細処理を行って映像データを生成する場合について考える。上述の文献においては、左右の撮像手段による撮像倍率が異なる際に、一方の映像における解像度を増減させて他方の映像における解像度に合わせて2つの映像における撮像対象の大きさを調整する処理について記載されている。 At this time, there is a case where the left and right captured video data is processed to generate video data to create a new video. For example, consider a case where video data is generated by performing high-definition processing for increasing the resolution. In the above-mentioned document, when the imaging magnifications of the left and right imaging units are different, the process of increasing or decreasing the resolution in one video and adjusting the size of the imaging target in the two videos according to the resolution in the other video is described. Has been.
ただ、上述の文献においては電子ズームを用いて解像度を増やす処理を行っている。電子ズームは、映像を構成する画素について、隣接する2つの画素の濃度値に基づいて画素間の濃度値を推定していって解像度を増やすを増やすものであるが、補完により得られた濃度値は推定されたものである。 However, in the above-mentioned document, processing for increasing the resolution is performed using electronic zoom. The electronic zoom is to increase the resolution by estimating the density value between the pixels based on the density values of two adjacent pixels for the pixels constituting the image. Is estimated.
そこで、上述の処理よりもさらに、現実に近い補完を行うことができるようなステレオ映像処理装置等の実現が望まれていた。 Therefore, it has been desired to realize a stereo video processing apparatus or the like that can perform complementation closer to reality than the above-described processing.
本発明に係るステレオ映像処理装置は、被写体が共通する少なくとも2つの異なる複数の映像に基づいて、解像度を増やしたステレオ映像を作成処理するステレオ映像処理装置において、複数の映像における、任意の映像上の任意の点について、他の映像から対応する対応点を探し出すステレオ映像マッチング処理を行う距離情報算出手段と、対応点に基づいて、任意の映像を構成する画素間の濃度値を、他の映像を構成する画素の濃度値で補完する画素補完処理を行う画素補完手段と、任意の映像における画素の濃度値及び画素間の濃度値に基づいて画素内挿処理を行い、任意の映像の解像度を増やした映像を作成処理する画素内挿手段とを備え、各手段の処理により、少なくとも2つの映像について解像度を増やした映像を作成するものである。 The stereo video processing apparatus according to the present invention is a stereo video processing apparatus that creates and processes a stereo video with an increased resolution based on at least two different videos having a common subject. The distance information calculation means for performing a stereo video matching process for finding a corresponding point from another video for the arbitrary point of the image, and the density value between pixels constituting the arbitrary video based on the corresponding point Pixel complementing means for performing pixel complementation processing for complementing with the density values of the pixels constituting the pixel, and pixel interpolation processing based on the pixel density value and the density value between the pixels in an arbitrary video, and the resolution of the arbitrary video A pixel interpolating means for creating and processing an increased video, and creating a video with increased resolution for at least two videos by the processing of each means A.
本発明に係るステレオ映像処理方法のプログラムは、被写体が共通する少なくとも2つの異なる映像データに基づいて、解像度を増やしたステレオ映像のデータを生成処理するためのステレオ映像処理方法のプログラムにおいて、複数の映像における、任意の映像上の任意の点について、他の映像から対応する対応点を探し出すステレオ映像マッチング処理を行う工程と、対応点に基づいて、任意の映像を構成する画素間の濃度値を、他の映像を構成する画素の濃度値のデータで補完する画素補完処理を行う工程と、任意の映像における画素の濃度値及び画素間の濃度値のデータに基づいて画素内挿処理を行い、任意の映像の解像度を増やした映像データを生成処理する工程とをコンピュータに行わせ、少なくとも2つの映像データについて解像度を増やした映像データを生成させる。 A stereo video processing method program according to the present invention is a stereo video processing method program for generating and processing stereo video data with an increased resolution based on at least two different video data common to a subject. A step of performing a stereo video matching process for finding a corresponding point from another video for an arbitrary point on an arbitrary video, and a density value between pixels constituting the arbitrary video based on the corresponding point The step of performing pixel complementation processing that complements the data of the density values of the pixels constituting the other video, and the pixel interpolation processing based on the data of the density values of the pixels and the density values between the pixels in any video, A process of generating and processing video data with an increased resolution of an arbitrary video, and at least two video data To generate image data with increased Zodo.
以上のように本発明によれば、画素補完手段が、ある映像の画素間の補完を行う際に、ステレオ画像マッチング処理において、対応点とされた他方の映像の画素に基づいて補完を行うようにしたので、ステレオカメラ等の撮像によって得られた実際の映像による画素で補完をおこなうことができ、推定算出ではない、現実に近い濃度値による処理を行うことができる装置を得ることができる。そのため、その補完による現実に近い濃度値により解像度を増やしたきれいな映像を作成できる装置を得ることができる。 As described above, according to the present invention, when the pixel complementing unit complements between pixels of a certain video, it complements based on the other video pixel as the corresponding point in the stereo image matching process. Therefore, it is possible to obtain a device that can perform complementation with pixels based on actual video obtained by imaging with a stereo camera or the like, and that can perform processing based on density values close to reality, not estimation calculation. Therefore, it is possible to obtain an apparatus capable of creating a beautiful video with an increased resolution by the density value close to reality by the complement.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係るステレオ映像処理装置を中心とするシステム構成を表す図である。図1において、ステレオカメラ100の2つの撮像手段は、それぞれCCD等の受光素子を1又は複数有し、各受光素子はそれぞれ受けた光の強さを、例えば電気信号に変換する(この受光素子の数が、基本的には処理前の映像の画素数となる)。カラーによる撮像の場合は、赤(R)、緑(G)、青(B)の色をそれぞれ構成する波長領域の光に分け、それぞれの光の強さを変換する(受光素子がそれぞれ受光した最終的には、映像を構成する画素となる)。
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration centering on a stereo video processing apparatus according to
そして、その電気信号に基づいて各画素における光の強さの値(以下、濃度値という。画面に映像を映し出した際には輝度の値となる。)を表すデジタルデータに変換する。以下、各デジタルデータを画素データとし、マトリクス(行列)状に並んだ1画面分の画素データを映像データということにする。ここでは2つの撮像手段により、同じ時間において同一対象を含めて撮像した2つの一対となる映像(ステレオ映像)の映像データが記憶手段2に記憶される(カラー映像の場合には、赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれについて一対の映像データがある。また、動画の場合には動画の1フレーム分が映像データとなる)。以下、記憶手段2に記憶される一対の映像データのうち、ステレオカメラ100側から見て右側の撮像手段による映像データを右の映像データとし、左側の撮像手段による映像データを左の映像データとして説明する。
Then, based on the electric signal, it is converted into digital data representing a value of light intensity in each pixel (hereinafter referred to as a density value, which is a luminance value when an image is displayed on the screen). Hereinafter, each digital data is referred to as pixel data, and pixel data for one screen arranged in a matrix is referred to as video data. Here, the video data of two pairs of videos (stereo video) captured including the same object at the same time are stored in the storage means 2 by the two imaging means (in the case of a color video, red (R ), Green (G), and blue (B), there is a pair of video data (in the case of a moving image, one frame of the moving image is the video data). Hereinafter, of the pair of video data stored in the
ステレオ映像処理装置1は、ステレオカメラ100の撮像による左右の映像の映像データに基づいて、所定の解像度の左右の映像データを生成するための処理(高精細処理)を行う。ここで、本実施の形態においては、ステレオ映像処理装置1は、映像入力手段11、距離算出手段12、画素補完手段13、画素内挿手段14及び入換判断手段15で構成されるものとする。
The stereo
映像入力手段11はステレオカメラ100から送信された信号を処理し、映像データを記憶手段2に記憶させる。また、距離情報算出手段12は、記憶手段2に記憶された左右の映像データに基づいて、左の映像データによって表される左映像(以下、単に左映像という)と右の映像データによって表される右映像(以下、単に右映像という)とのステレオ画像マッチング処理を行ってステレオカメラ100の視差を算出する。そして、映像上のある位置について、3次元(実際の空間)において対応する位置とステレオカメラ100との距離を演算する距離演算処理を行う。
The video input unit 11 processes the signal transmitted from the stereo camera 100 and stores the video data in the
画素補完手段13は、右映像と左映像とについて、画素内挿手段14が後に行う画素内挿処理の際に、より狭い画素間距離での参照を行えるように、画素間を補完する処理(以下、補完処理という)を行い、補完に係る画素データ(以下、補完画素、補完画素データという)を生成する。ここで、本実施の形態では、補完処理に際し、右映像であれば左映像、左映像であれば右映像の映像データにおける画素データを用いて処理を行う。また、画素内挿手段14は、例えばハーフペル(Half-pel)による演算を行って、画素内挿処理を行い、解像度(ハーフペルであれば2倍)を増やした左右の映像データを生成し、新たな映像を作成する。入換判断手段15は、カウンタ(図示せず)を有しており、距離演算処理及び補完処理を行う際に、映像の入れ換え回数を判断し、その判断に対応した映像データを記憶手段2から入力させる。
The pixel complementing means 13 complements the pixels so that the right video and the left video can be referred to with a narrower inter-pixel distance during the pixel interpolation processing performed later by the pixel interpolation means 14 ( Hereinafter, pixel data related to complementation (hereinafter referred to as complementary pixel and complementary pixel data) is generated. Here, in the present embodiment, in the complementing process, processing is performed using pixel data in the video data of the left video for the right video and the video data of the right video for the left video. Also, the pixel interpolation means 14 performs, for example, half-pel calculation, performs pixel interpolation processing, generates left and right video data with increased resolution (doubled for half-pel), and newly A simple video. The
ここで、このステレオ映像処理装置1の各手段を、異なるハードウェアで構成することもできるが、ステレオ映像処理装置1を、例えば、CPU(Central Prosessing Unit )のような演算制御手段(コンピュータ)で構成する一方、その処理手順をあらかじめプログラム化し、ソフトウェア、ファームウェア等で構成することもできる。そして、演算制御手段がそのプログラムを実行し、そのプログラムに基づく処理を行い、上記の各手段が行う処理を実現する。これらのプログラムのデータは例えば記憶手段2に記憶される。また、記憶手段2には、ステレオカメラ100の撮像による左右の映像データをはじめ、ステレオ映像処理装置1の処理により生成された各種データが記憶される。ステレオ映像処理装置1の各手段が処理を行う際には記憶手段2から必要なデータを入出力する。
Here, each means of the stereo
図2は実施の形態1におけるステレオ映像処理装置の高精細処理に係るフローチャートを表す図である。図2に基づいてステレオ映像処理装置1の各手段が行う処理について説明する。ここで、左右の映像データのどちらから先に処理を行ってもよいが、本実施の形態のステレオ映像処理装置1は、左の映像データを先に入力して処理を行うものとする。
FIG. 2 is a diagram illustrating a flowchart relating to high-definition processing of the stereo video processing apparatus according to the first embodiment. A process performed by each unit of the stereo
映像入力手段11は、ステレオカメラ100から信号に基づいて、左右の映像データを記憶手段2に記憶させる処理を行う(S1)。そして、記憶された映像データの高精細処理を行う際、入換判断手段15が入れ換えを判断する(S2)。入れ換えが0回又は1回であれば左右のいずれも又はいずれかの映像に対する距離演算処理を行っていないことになるため、0回又は1回と判断すると、入力された映像データの距離演算処理を距離算出手段12に行わせる。一方、入れ換えが2回行われていると判断すると、カウンタをリセットする(S6)。
The video input unit 11 performs processing for storing the left and right video data in the
図3はステレオ座標系を表す図である。図3では、Ol を中心とする平面を左映像の画面、Or を中心とする平面を左映像の画面とし、両者の光軸OOl とOOr は互いに平行である。本実施の形態では、図3に示すような座標系における現実の3次元上の位置と左右の映像との関係に基づいて距離情報算出手段12が処理を行う。ここで、左の映像上のある位置(点)のYl 軸方向の座標(例えばyl とする)と対応する右の映像上の対応する位置のYr 軸方向の座標(例えばyr とする)との関係はyl =yr である。そのため、左映像におけるある位置(Y座標の値がyl )に対応する右映像の位置は、右映像上においてy=yr の線(この線をエピ極線(エピポーラ(epipolar)線)という)上のどこかにあることになる(これをエピ極線拘束条件という)。 FIG. 3 shows a stereo coordinate system. In Figure 3, the screen of the planar left image centered at O l, a plane around the O r the screen of the left image, both the optical axis OO l and OO r are parallel to each other. In the present embodiment, the distance information calculation means 12 performs processing based on the relationship between the actual three-dimensional position in the coordinate system as shown in FIG. 3 and the left and right images. Here, the coordinates in the Y l- axis direction of a certain position (point) on the left image (for example, y l ) and the coordinates in the Y r- axis direction of the corresponding position on the right image (for example, y r ) Y l = y r . Therefore, the position of the right image position in the left image (the value of the Y coordinate y l) corresponding to the called line y = y r on the right image (this line epipolar (epipolar (epipolar) line) ) Somewhere above (this is called epipolar constraint).
距離算出手段12は、まず、ステレオ画像マッチング処理を行う(S3)。ステレオ画像マッチング処理とは、例えば一方の映像のある位置(点)が他方の映像のどの位置に対応するかを探索するためのものであり、ステレオ画像マッチング処理により得られる左右の映像における位置の差がステレオカメラ100における視差となる。ここで、本実施の形態では、一方の映像から特徴のある点(以下、特徴点という)を抽出して決定しておき、その特徴点について、他方の映像から対応する点(以下、対応点という)を探索するものとする。 The distance calculation means 12 first performs a stereo image matching process (S3). Stereo image matching processing is, for example, for searching which position (point) of one video corresponds to which position of the other video, and the position of the left and right video obtained by stereo image matching processing. The difference becomes the parallax in the stereo camera 100. Here, in the present embodiment, a characteristic point (hereinafter referred to as a feature point) is extracted from one video and determined, and the corresponding point from the other video (hereinafter referred to as a corresponding point). Search).
例えば一方(ここでは左)の映像におけるx行y列目にある特徴点の画素データ(これをLx,y とする)について、この画素データを中心とするM行N列のブロックを考える。そして、次式(1)に基づいて、他方(ここでは右)の映像におけるM行N列のブロックにおいて、それぞれ対応する濃度値の差の値MAEを演算する。そして、他方の映像におけるブロックをずらしていきながら、最小のMAEが演算されるRx+d+i,y;j を探索する(これが対応点となる)。ここで、前述したようにエピ極線拘束条件が働くため、ブロックの変位は、列(X軸)方向だけを対象とすればよい。この条件のため、演算量を減らすことができる。そして、演算したMAEの値の中から最小のMAEが算出されたときのd(の絶対値)の値が視差となる。 For example, a block of M rows and N columns centered on this pixel data is considered for pixel data of a feature point in the x row and y column (here, L x, y ) in one (left here) video. Then, based on the following equation (1), the density value difference value MAE corresponding to each of the M rows and N columns in the other (right here) image is calculated. Then, while shifting the block in the other video, search for R x + d + i, y; j where the minimum MAE is calculated (this is a corresponding point). Here, since the epipolar constraint condition works as described above, the displacement of the block only needs to be in the column (X-axis) direction. Because of this condition, the amount of calculation can be reduced. Then, the value of d (absolute value) when the minimum MAE is calculated from the calculated MAE values is the parallax.
ここで、例えば映像の端部のMAEを演算する際は、位置によっては画素データ(濃度値)が存在しない場合があるが、例えば濃度値を補って演算を行う。例えば、存在しない画素の濃度値を0として補う、最端の画素による濃度値を存在しない画素の濃度値として補う、最端部分をなす線により、線対称として折り返して存在しない画素の濃度値を補う等の方法がある。 Here, for example, when calculating the MAE at the edge of the image, pixel data (density value) may not exist depending on the position. For example, the calculation is performed by supplementing the density value. For example, the density value of a non-existing pixel is compensated as 0, the density value of the endmost pixel is compensated as a density value of a nonexistent pixel, and the density value of a nonexistent pixel is returned as line symmetry by a line forming the endmost part There are ways to compensate.
図4は画素間の内挿処理のイメージを表す図である。ステレオ映像マッチング処理においては、通常、一方の画素と他方の画素の各濃度値の差を演算するため、画素の間隔を単位としてMAEの演算が行われることになる。そのため、視差の値も画素の間隔を単位として、その整数倍の値となる。ここで、例えば内挿処理を行うことにより、対応点をより細かな範囲で対応点を探すことができる。本実施の形態では内挿処理を行った上で、1/4画素間隔でステレオ画像マッチング処理を行うものとする。したがって、最終的には視差dは1/4画素単位でその値を求めることができる。 FIG. 4 is a diagram illustrating an image of interpolation processing between pixels. In the stereo image matching process, since the difference between the density values of one pixel and the other pixel is usually calculated, MAE is calculated in units of pixel intervals. Therefore, the parallax value is also an integer multiple of the pixel interval as a unit. Here, for example, by performing an interpolation process, the corresponding points can be searched for in a finer range. In the present embodiment, it is assumed that the stereo image matching process is performed at intervals of 1/4 pixel after performing the interpolation process. Therefore, finally, the value of the parallax d can be obtained in units of 1/4 pixel.
ステレオ画像マッチング処理によって算出した視差dの値に基づいて、距離情報算出手段12は、さらに距離演算処理を行う。図3において、3次元空間上のある点について、その位置を(X,Y,Z)とする。このとき、ある点の左映像上及び右映像上における位置(xl ,yl )、(xr ,yr )は、撮像手段のレンズの焦点距離をfとし、撮像手段間の距離をBとするとそれぞれ次式(2)、(3)で表される。さらに、(2)、(3)式及び視差d=xl −xr であることから、(X,Y,Z)は式(4)で表されることになる。
Based on the value of the parallax d calculated by the stereo image matching process, the distance
したがって、このとき、ステレオ座標系原点Oから(X,Y,Z)までの距離Dは、次式(5)で表される。
D=(X2 +Y2 +Z2 )1/2 …(5)
Accordingly, at this time, the distance D from the stereo coordinate system origin O to (X, Y, Z) is expressed by the following equation (5).
D = (X 2 + Y 2 + Z 2 ) 1/2 (5)
以上のような処理を行って、距離情報算出手段12は、特徴点、対応点について3次元空間におけるステレオ座標系の原点からの距離を算出する。ここで、映像がカラーの場合には、赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの映像データに対して行う必要がなく、少なくとも1つの映像データにより、各画素の濃度値を代表させてステレオ映像マッチング処理及び距離演算処理を行うようにしてもよい。また、一般に輝度信号Yとして表される値を用いて、上記のMAEを演算する際の濃度値としてもよい。ここで、例えば、Y=0.3R+0.59G+0.11B(R、G、Bはそれぞれの映像の画素の濃度値を表す)となる。
By performing the processing as described above, the distance
左映像データに基づく距離演算処理が終了したものと判断すると、入換判断手段15は、右映像データを入力して処理を行う映像を交換する(S5)。そして、S2に戻って入れ換え判断をし、右映像データについて、前述した左映像データと同様にS3及びS4を実行する。以上のようにして、左右の映像データについてそれぞれ距離演算処理を行う。ここで、理論的には、2つの撮像手段の位置はX軸方向にB異なるだけであるため、どちらか一方の映像データに基づく演算だけでも距離が算出できる。ただ、実際には、それぞれの映像データにおけるステレオ画像マッチング処理において演算誤差が存在する。そのため、ここでは左右の映像データに対してそれぞれ距離情報を算出する。ここで、例えば同じ部分と判断できる箇所については、算出したそれぞれの距離情報を調整する等の処理を行うことができるが、本実施の形態では省略する。 If it is determined that the distance calculation process based on the left video data has been completed, the replacement determination means 15 exchanges the video to be processed by inputting the right video data (S5). Then, the process returns to S2 to make a replacement decision, and S3 and S4 are executed for the right video data in the same manner as the left video data described above. As described above, the distance calculation processing is performed for the left and right video data. Here, theoretically, since the positions of the two image pickup means differ only by B in the X-axis direction, the distance can be calculated only by calculation based on one of the video data. In reality, however, there is a calculation error in the stereo image matching processing for each video data. For this reason, distance information is calculated for each of the left and right video data. Here, for example, a portion that can be determined to be the same portion can be subjected to processing such as adjusting the calculated distance information, but is omitted in this embodiment.
左右の映像データに基づく距離演算処理の終了により、左右交換回数が2回になったと判断すると、入換判断手段15は、前述したようにカウンタをリセットし(S6)し、再度入れ換えを判断する(S7)。入れ換えが0回又は1回であれば左右のいずれも又はいずれかの映像に対する補完処理、画素内挿処理を行っていないことになるため、0回又は1回と判断すると、入力された映像データについて、画素補完手段13に補完処理を行わせる。ここで、S5において映像交換が行われているので、補完処理についても左映像データから行われることになる。に行わせる。一方、入れ換えが2回行われていると判断すると、左右の映像データについて、解像度を高めた映像データ(本実施の形態では2倍の解像度の映像データとなる)が生成できたものとして装置における高精細処理を終了する。
When it is determined that the number of left / right exchanges has become two due to the end of the distance calculation processing based on the left and right video data, the
図5は画素補完手段13が行う補完処理のイメージを表す図である。通常、補完を行う際は、前述した内挿処理を行って、画素間を補完する濃度値を算出する(以下、この濃度値を補完画素データとする)。ただ、このようにして得られる補完画素データは、隣接する2つの画素から推定されたものでしかない。
FIG. 5 is a diagram illustrating an image of the complementing process performed by the
ここで、本実施の形態のようなステレオ映像の場合、前述したステレオマッチング処理により、例えば左映像と右映像との間で対応する(マッチングする)部分(対応点)が1又は複数探索され、検出されている。このとき、前述したように、距離情報算出手段12によるステレオ画像マッチング処理において、1/4画素単位で対応する部分を探す処理を行っているので、例えば、一方の映像(例えば右映像)のある画素が他方の映像(例えば左映像)の画素間に対応している場合がある。
Here, in the case of a stereo image as in the present embodiment, one or a plurality of portions (corresponding points) corresponding (matching) between, for example, the left image and the right image are searched by the above-described stereo matching process. Has been detected. At this time, as described above, in the stereo image matching process performed by the distance
そこで、本実施の形態では、画素補完手段13は、例えば左(右)映像に対する補完画素データ生成において、左(右)映像の補完しようとする部分(点)について、右(左)映像の映像中に、対応点となる画素(データ)が存在するものと判断すれば、その画素データを補完画素データとして用いるような補完処理を行うものとする(S8)。例えば、図5においては、左映像中の画素Lijと画素Lij+1との間の部分であるL’について、対応点である右画像のRiqの濃度値を用いる。撮像された映像の画素データは、推定によって得られたものではなく、ステレオカメラ100の撮像によって得られた実際のデータであるため、より現実に近い値のデータが得られることが期待できる。場合によっては対応点となる画素に隣接する画素も補完画素データとして用いるようにしてもよい。なお、この補完処理は、一方の画素間における補完しようとする部分を他方の映像の画素で補完するものであって、画素同士が対応する場合に他方の画素の濃度値を一方の画素に置き換えるものではない。
Therefore, in the present embodiment, the
画素補完手段13による画素補完処理が終了すると、画素内挿手段14は、画素内挿処理を実行して解像度を増やした映像データを生成する(S9)。本実施の形態では、ハーフペルにより解像度を2倍に増やした映像データを生成する。
When the pixel complementing process by the
例えば、ハーフペルにおいては、通常、画素Lijと画素Lij+1との間において内挿する画素(以下、内挿画素という)L”の濃度値を、次式(6)に基づいて算出する。これが内挿画素のデータ(以下、内挿画素データという)となる。
L”=(Lij+Lij+1)/2 …(6)
For example, in the half pel, a density value of a pixel L ″ to be interpolated between the pixel L ij and the pixel L ij + 1 (hereinafter referred to as an interpolated pixel) is usually calculated based on the following equation (6). This is interpolated pixel data (hereinafter referred to as interpolated pixel data).
L ″ = (L ij + L ij + 1 ) / 2 (6)
図6は補完画素データを用いたハーフペルの演算方法例を表すための図である。本実施の形態では、画素補完手段13の補完処理により、画素間に他方の映像に基づく画素を補完することで補完画素データを生成している。そのため、ステレオカメラ100の撮像により得られた、通常の画素間距離よりも狭い距離にある2つの画素の画素データに基づいてハーフペルの演算を行うことができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a half-pel calculation method using complementary pixel data. In the present embodiment, the complementary pixel data is generated by complementing the pixels based on the other image between the pixels by the complementing process of the
図6の例では、例えば画素Liqと画素Lij+1との間の距離を1画素分の距離としたときに、補完画素L’は、画素Lijから1/4画素(画素Lij+1から3/4画素)の位置において補完されている。ここで、ハーフペルにおいては、画素を内挿しようとしている箇所は、画素Lijと画素Lij+1との中間となる、画素Lij(画素Lij+1)から1/2画素の位置となる。そのため、画素Liqと画素Lij+1との距離よりも補完画素L’と画素Lij+1との距離との方が狭く、より現実に近い濃度値を算出できることが期待できる。内挿画素L”は、補完画素L’から1/3画素、画素Lij+1から2/3画素の位置にあるため、内挿画素L”の内挿画素データは次式(7)に基づいて生成することができる。
L”=(2L’+Lij+1)/3 …(7)
In the example of FIG. 6, for example, when the distance between the pixel L iq and the pixel L ij + 1 is a distance corresponding to one pixel, the complementary pixel L ′ is changed from the pixel L ij to a ¼ pixel (pixel L ij +1 to 3/4 pixels). Here, in the half pel, the position where the pixel is to be interpolated is the position between the pixel L ij (pixel L ij + 1 ) and a half pixel between the pixel L ij and the pixel L ij + 1. Become. Therefore, it can be expected that the distance between the complementary pixel L ′ and the pixel L ij + 1 is narrower than the distance between the pixel L iq and the pixel L ij + 1 and a density value closer to reality can be calculated. Since the interpolation pixel L ″ is at the position of 1/3 pixel from the complementary pixel L ′ and 2/3 pixel from the pixel L ij + 1 , the interpolation pixel data of the interpolation pixel L ″ is expressed by the following equation (7). Can be generated based on.
L ″ = (2L ′ + L ij + 1 ) / 3 (7)
ここで、本実施の形態のような内挿画素データを算出する際、画素Lij、画素Lij+1、及び補完画素L’の位置関係において、内挿画素L”が補完画素L’と画素Lijとの間に位置するか、補完画素L’とLij+1との間に位置するかを判断してから、画素Lij又は画素Lij+1のいずれかの画素データを選択し、(7)式のように、位置関係に基づいて画素内挿処理を行い、内挿画素データを生成する。画素間に補完画素が存在しない場合には、(6)式に基づいて内挿画素データを生成する。以上のような演算を各画素間について行って内挿画素データを生成(画素間に新たに画素を内挿)して、2倍の解像度を有する映像データを作成し、新たな映像を作成する。 Here, when calculating the interpolated pixel data as in the present embodiment, the interpolated pixel L ″ is the complementary pixel L ′ in the positional relationship of the pixel L ij , the pixel L ij + 1 , and the complementary pixel L ′. After determining whether it is located between the pixel L ij or between the complementary pixels L ′ and L ij + 1 , the pixel data of either the pixel L ij or the pixel L ij + 1 is selected Then, as shown in equation (7), pixel interpolation processing is performed based on the positional relationship to generate interpolated pixel data. The interpolated pixel data is generated by performing the above calculation between the pixels to generate the interpolated pixel data (a new pixel is interpolated between the pixels), and the video data having twice the resolution is generated. Create a new video.
左映像データに基づく距離演算処理が終了したものと判断すると、入換判断手段15は、例えば、左映像データ等を記憶手段2に記憶させ、右映像データを入力し、処理を行う映像を交換する(S10)。映像データを生成すると、S7に戻って入れ換え判断をし、右映像データについて、前述した左映像データと同様にS8及びS9を実行する。以上のようにして、左右の映像データについてそれぞれ画素補完処理及び画素内挿処理を行って、2倍の解像度を有する左右の映像データを生成し、新たな映像を作成する。
When it is determined that the distance calculation processing based on the left video data has been completed, the
カラー映像の場合には、赤(R)、緑(G)、青(B)に係るそれぞれの映像データについて、少なくとも補完処理及び画素内挿処理を行う。また、動画の場合には他のフレームの映像データについて高精細処理を行う。また、ここでは横方向(X方向)について説明したが、縦方向については、線形内挿による補完処理及びハーフペルの計算により行えばよい。 In the case of a color video, at least a complementing process and a pixel interpolation process are performed on each video data relating to red (R), green (G), and blue (B). In the case of a moving image, high-definition processing is performed on video data of other frames. Although the horizontal direction (X direction) has been described here, the vertical direction may be performed by interpolation processing by linear interpolation and half-pel calculation.
以上のように実施の形態1のステレオ映像処理装置によれば、画素補完手段13が、一方の映像の画素間の補完を行う際に、ステレオ画像マッチング処理において、マッチングした他方の映像の画素の画素データに基づいて補完画素データを生成するようにしたので、ステレオカメラ100の撮像によって得られた実際のデータにより補完画素データを生成することができ、推定により得られたものではない、現実に近い濃度値によるデータを得る処理を行うことができる装置を得ることができる。また、画素内挿手段14が行う画素内挿処理において、その補完画素を用いてハーフペルの演算を行うようにしたので、2倍の解像度を有し、きれいな映像の映像データを生成できる装置を得ることができる。
As described above, according to the stereo image processing apparatus of the first embodiment, when the
実施の形態2.
図7は本発明の実施の形態2に係るステレオ映像処理装置を中心とするシステム構成を表す図である。図7において、図1と同じ番号を付した手段については、実施の形態1の対応する番号を付した手段と同じような動作を行うので説明を省略する。実施の形態2のステレオ映像処理装置1Aは、実施の形態1のステレオ映像処理装置1内に、処理の計算回数を判断する計算回数判断手段16を付したものである。計算回数判断手段16は、第1の実施の形態で説明したステレオ映像処理装置による高精細処理を、所定の回数(これをn回とする)だけ行わせるための判断を行う手段である。計算回数判断手段16も計算回数をカウントするためのカウンタ(図示せず)を有しているものとする。
FIG. 7 is a diagram showing a system configuration centering on a stereo video processing apparatus according to
図8は実施の形態2におけるステレオ画像高精細処理装置1Aの処理動作のフローチャートを表す図である。映像入力手段11は、ステレオカメラ100から信号に基づいて、左右の映像データを記憶手段2に記憶させる処理を行う(S11)。そして、計算回数判断手段16は、あらかじめ定めたn回の計算を行って装置が処理を行ったかどうかを判断する(S12)。n回以外の回数であればカウンタを1増やして、実施の形態1のS2〜S10と同様の距離算出処理、補完処理及び高精細処理を行う(S13〜S21)。
FIG. 8 is a diagram illustrating a flowchart of the processing operation of the stereo image high-definition processing apparatus 1A according to the second embodiment. The video input unit 11 performs processing for storing the left and right video data in the
また、入換判断手段15は、2回の補完処理及び高精細処理を行ったと判断した場合には入れ換え回数をリセットして0に戻した後(S22)、計算回数判断手段16が処理回数の判断を行う。
In addition, when the
以上のように、実施の形態2のステレオ映像処理装置1Aによれば、計算回数判断手段16を備え、ステレオ映像処理装置1Aにより、左右の映像について、それぞれ実施の形態1と同様の高精細処理をn回行うようにしたので、左右それぞれ元の映像(データ)に対して、2n 倍の解像度を有する映像(データ)を得ることができる。そのため、解像度をさらに高めようとする際には都合がよい。 As described above, according to the stereo video processing apparatus 1A of the second embodiment, the calculation frequency judging means 16 is provided, and the left and right videos are respectively processed by the stereo video processing apparatus 1A with the same high-definition processing as in the first embodiment. Since n is performed n times, it is possible to obtain video (data) having a resolution of 2 n times the original video (data) on the left and right. Therefore, it is convenient when trying to further increase the resolution.
実施の形態3.
図9は本発明の実施の形態3に係るステレオ映像処理装置1Bを中心とするシステム構成を表す図である。図9において、図1と同じ番号を付した手段については、実施の形態1の対応する番号を付した手段と同じような動作を行うので説明を省略する。実施の形態3のステレオ映像処理装置1Bは、実施の形態1のステレオ映像処理装置1内に解像度判定手段17をさらに備えたものである。解像度判定手段17は、画素補完手段13による他方の映像における画素データを用いた補完処理を行う必要があるかどうかを判定する反復判定処理を行う。また、補完を行う必要がないと判断したときに、さらに所定の解像度が得られているかどうかを判断し、所定の解像度が得られていないと判断すれば、画素内挿手段14に、ハーフペルによる画素内挿処理を行わせるようにする。
FIG. 9 is a diagram showing a system configuration centering on a stereo video processing apparatus 1B according to
上述の実施の形態で説明したように、画素補完手段13が他方の映像を用いた補完処理を行うことにより、解像度を上げたときの映像の質を向上させるものである。しかし、例えば他方の映像を用いた補完処理を行っても濃度値に変化がなくなった場合等、左右の映像に対して、互いに画素の補完を行わなくなくてもよくなった場合、線形内挿による補完との差がなくなり、画素補完手段13による補完処理での効果が少ない。そこで、本実施の形態では、解像度判定手段17が画素補完手段13による補完処理前後の各画素の濃度値の差の絶対値を1画面分足し合わせた値を算出し、あらかじめ設定した閾値と比較する。そして、閾値より小さいと判断した場合には、補完処理を行わないようにする。さらに、所定の解像度よりも低いと判断すると、画素内挿手段14に所定の解像度以上になるまで画素内挿処理を行わせる。
As described in the above embodiment, the pixel complementing means 13 performs the complementing process using the other video, thereby improving the quality of the video when the resolution is increased. However, linear interpolation is used when it is not necessary to perform pixel interpolation on the left and right images, for example, when the density value no longer changes even when complement processing using the other image is performed. Therefore, the effect of the complementing process by the pixel complementing means 13 is small. Therefore, in the present embodiment, the
図10は実施の形態3におけるステレオ画像高精細処理装置1Bの処理動作のフローチャートを表す図である。映像入力手段11は、ステレオカメラ100から信号に基づいて、左右の映像データを記憶手段2に記憶させる処理を行う(S31)。映像入力手段1から映像データが入力されると、解像度判定手段17は、補完処理前後の各画素の濃度値の差の絶対値を対応する各画素について算出し、さらにそれらの和を算出する。ここで、最初の段階においては、画素補完手段13が補完処理を行っていないため、例えば、反復が必要であるものとするか、また、補完処理前の画素データの値(濃度値)を全て0として差の絶対値を大きくする。そして、あらかじめ定めた閾値と比較し反復判定処理を行う(S32)
FIG. 10 is a diagram illustrating a flowchart of the processing operation of the stereo image high-definition processing apparatus 1B according to the third embodiment. The video input unit 11 performs processing for storing the left and right video data in the
算出した値が閾値以上であると判断すれば、実施の形態1及び2で説明したように、ステレオ映像マッチング処理、画素補完処理及び画素内挿処理を行う(S33〜S42)。 If it is determined that the calculated value is greater than or equal to the threshold value, as described in the first and second embodiments, stereo video matching processing, pixel complementation processing, and pixel interpolation processing are performed (S33 to S42).
一方、算出した値が閾値より小さいと判断すれば、少なくとも画素補完処理を行う必要はないとする。そして、さらに所定の解像度が得られているかどうかを判断する(S43)。所定の解像度が得られていれば、映像データが生成できたものとして装置における高精細処理を終了する。所定の解像度が得られていないと判断すれば、画素内挿手段14によるハーフペルを用いた画素内挿処理を行い(S44)、これを左右の映像データに対して行うようにする(S45)。 On the other hand, if it is determined that the calculated value is smaller than the threshold value, it is not necessary to perform at least pixel complement processing. Then, it is further determined whether or not a predetermined resolution is obtained (S43). If the predetermined resolution is obtained, it is determined that the video data has been generated, and the high-definition processing in the apparatus is terminated. If it is determined that the predetermined resolution is not obtained, pixel interpolation processing using half pels by the pixel interpolation means 14 is performed (S44), and this is performed on the left and right video data (S45).
以上のように、実施の形態3のステレオ映像処理装置1Bによれば、解像度判定手段17が画素補完手段13による補完処理を行うかどうかを判断し、補完処理による効果が見込めないと判断すれば、補完処理を行わないようにしたので、効率のよい処理を行うことができる。また、その際に、所定の解像度を有する左右の映像データが生成されたかどうかを判断し、生成されていないと判断したときは、所定の解像度を有する左右の映像データが得られるまで、画素内挿手段14に画素内挿処理を行わせるようにしたので、途中で処理を終了することなく、所定の解像度を有する左右の映像データを生成することができる。
As described above, according to the stereo video processing apparatus 1B of the third embodiment, if the
実施の形態4.
上述した実施の形態においては距離算出手段が行うステレオ画像マッチング処理について説明した。ステレオ画像マッチング処理では、(1)式に基づいて算出された値について、その最小値により視差dを導き出す。この最小値は、理想的には0であるが、通常、ステレオ画像マッチングの誤差(以下、マッチング誤差という)を含むため、0にならないことが多い。マッチング誤差の値が大きいと、左右の映像において対応している部分の信頼性が低くなる。また、実際に撮像された画素で補完して補完画素の信頼性を高めてよりきれいな映像データを生成しようとする目的にも沿わないことになる。
In the above-described embodiment, the stereo image matching process performed by the distance calculation unit has been described. In the stereo image matching process, the parallax d is derived from the value calculated based on the equation (1) based on the minimum value. The minimum value is ideally 0, but usually includes a stereo image matching error (hereinafter referred to as a matching error), and thus often does not become 0. When the value of the matching error is large, the reliability of the corresponding part in the left and right images is lowered. Further, it does not meet the purpose of generating more beautiful video data by complementing with pixels actually captured to increase the reliability of the complementary pixels.
ここで、上述したように、画素補完手段13における補完処理は、一方の映像における補完画素データの生成を、他方の映像における画素データに基づいて行うものである。マッチング誤差の値が大きいと、対応しているとされた他方の画素データが、補完に係る部分の濃度値を表しているとはいい難く、大きく異なっている可能性が高い。そこで、本実施の形態においては、実施の形態1、2及び3で説明した補完処理を行う前に画素補完手段13がマッチング誤差に係る判断を行う。ここで、本実施の形態における画素補完手段13の処理は、厳密には上述の実施の形態の処理とは異なるが、装置構成については、図1、図7、図9と同じであるため、これらの図を参照して説明する。
Here, as described above, the complementing process in the
図11は実施の形態4におけるステレオ映像処理装置の動作に係るフローチャートを表す図である。図11では特に画素補完手段13が行う処理について記載している。画素補完手段13Aは画素補完処理の前段階として、以下の処理を行う。 FIG. 11 is a flowchart illustrating the operation of the stereo video processing apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 11 particularly describes the processing performed by the pixel complementing means 13. The pixel complementing unit 13A performs the following process as a previous stage of the pixel complementing process.
画素補完手段13は、距離算出手段12がステレオマッチング処理により、(1)式に基づいて演算したMAEに基づいて、マッチング誤差の値(以下、マッチング誤差値という)を算出する(S51)。(1)式に基づくマッチング誤差の算出方法については特に限定するものではなく、例えば各画素を中心として算出したMAEの最小値の和をマッチング誤差の値としてもよいし、視差dx において、算出したMAEの値をマッチング誤差の値とする等してもよい。
The
そして、マッチング誤差値があらかじめ定めた閾値以上であるか閾値より小さいか判断を行う(S52)。マッチング誤差値が閾値より小さい場合には他方の映像の画素データを用いた画素補完処理を行う(S53)。S53における画素補完処理は、上述の実施の形態1、2及び3で説明したそれぞれの画素補完処理と同じである。一方、マッチング誤差の値が大きいと、他方の映像の対応部分に置き換えても現実の値と大きく異なる値になってしまう可能性が高いので、マッチング誤差値が閾値以上であると判断した場合には、画素補完手段13による、他方の映像の画素データに基づく補完処理を行わない。ここでは画素補完手段13は補完処理を行わなかったが、線形内挿による補完を行って補完画素データを生成するようにしてもよい。
Then, it is determined whether the matching error value is greater than or equal to a predetermined threshold value (S52). If the matching error value is smaller than the threshold value, pixel interpolation processing using pixel data of the other video is performed (S53). The pixel complementing process in S53 is the same as the pixel complementing process described in the first, second, and third embodiments. On the other hand, if the value of the matching error is large, there is a high possibility that the value will be significantly different from the actual value even if it is replaced with the corresponding part of the other video. Does not perform the complementing process based on the pixel data of the other video by the pixel complementing means 13. Here, the
以上のように、実施の形態4では、(1)式に基づいて演算したMAEの値に基づいて、画素補完手段13がマッチング誤差値を算出し、閾値と比較することにより、補完処理を行うかどうかを判断するようにしたので、補完画素の濃度値とは大きく異なっている可能性が高く、信頼性が低い他方の画素の濃度値を補完画素データとすることがない。そのため、解像度を増やした場合にもきれいな映像データを得ることができる。 As described above, in the fourth embodiment, the pixel complementing means 13 calculates the matching error value based on the MAE value calculated based on the expression (1) and compares it with the threshold value, thereby performing the complementing process. Therefore, there is a high possibility that the density value of the complementary pixel is significantly different from the density value of the complementary pixel, and the density value of the other pixel having low reliability is not used as the complementary pixel data. Therefore, it is possible to obtain beautiful video data even when the resolution is increased.
実施の形態5.
上述の実施の形態では、左右の映像データに基づいて、画素補完手段13が画素補完処理を行うようにしたが、例えば、これらの映像データ以外に、例えばステレオカメラ100に画素補完用の撮像手段を設けて撮像し、その撮像による映像データを加えて画素補完処理を行うようにすると、補完画素データを増やすことができる。
In the above-described embodiment, the
実施の形態6.
上述の実施の形態では、左右の映像データについて常に左の映像データから先に処理を行うようにしたが、特に順序については限定するものではない。また、上述の実施の形態においては、入れ換え判断手段1Eによる映像データの交換回数、計算回数判断手段16による計算回数及び解像度判定手段17による補完処理等の必要判断の判断を、例えば、映像データに対する処理を行う前の時点で行ったが、特に限定するものではない。正しく判断が行える時点であれば、例えば処理を終えた時点等、どの時点においても判断処理を行うように手順を設定することができる。
Embodiment 6 FIG.
In the above-described embodiment, the left and right video data are always processed first from the left video data, but the order is not particularly limited. Further, in the above-described embodiment, the determination of the necessity determination such as the number of exchanges of the video data by the replacement determination unit 1E, the number of calculations by the calculation
また、上述の実施の形態では、入れ換え判断手段1Eによる判断に基づいて、左右の映像データを交互に処理したが、例えば距離算出手段12、画素補完手段13、画素内挿手段14をそれぞれ2つずつ設け、並列処理を行わせるようにステレオ映像処理装置を構成するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the left and right video data are alternately processed based on the determination by the replacement determination unit 1E. For example, the
実施の形態7.
上述の実施の形態では、画素内挿手段14はハーフペルによる演算を行って画素内挿処理を行ったが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、クォーターペル等による画素内挿処理を行ってもよい。また、内挿法も線形内挿に限定するものではなく、他の内挿法を利用した演算を行うことができる。
In the above-described embodiment, the pixel interpolation unit 14 performs the pixel interpolation process by performing the calculation by half pel, but the present invention is not limited to this. For example, pixel interpolation processing such as quarter-pel may be performed. Further, the interpolation method is not limited to linear interpolation, and an operation using another interpolation method can be performed.
1 ステレオ映像処理装置
11 映像入力手段
12 距離算出手段
13 画素補完手段
14 画素内挿手段
15 入換判断手段
16 計算回数判断手段
17 解像度判定手段
2 記憶手段
100 ステレオカメラ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記複数の映像における、任意の映像上の任意の点について、他の映像から対応する対応点を探し出すステレオ映像マッチング処理を行う距離情報算出手段と、
前記対応点に基づいて、前記任意の映像を構成する画素間の濃度値を、前記他の映像を構成する画素の濃度値で補完する画素補完処理を行う画素補完手段と、
前記任意の映像における前記画素の濃度値及び前記画素間の濃度値に基づいて画素内挿処理を行い、前記任意の映像の解像度を増やした映像を作成処理する画素内挿手段と
を備え、前記各手段の処理により、少なくとも2つの映像について解像度を増やした映像を作成することを特徴とするステレオ映像処理装置。 In a stereo video processing apparatus that creates and processes a stereo video with an increased resolution based on at least two different videos having a common subject,
Distance information calculating means for performing stereo image matching processing for finding a corresponding point from another image for an arbitrary point on an arbitrary image in the plurality of images,
Pixel complementing means for performing a pixel complementing process for complementing the density value between pixels constituting the arbitrary video with the density value of the pixels constituting the other video based on the corresponding points;
Pixel interpolating means for performing pixel interpolation processing based on the density value of the pixel and the density value between the pixels in the arbitrary video, and creating a video with increased resolution of the arbitrary video, and A stereo video processing apparatus that creates a video with an increased resolution for at least two videos by processing of each means.
前記複数の映像における、任意の映像上の任意の点について、他の映像から対応する対応点を探し出すステレオ映像マッチング処理を行う工程と、
前記対応点に基づいて、前記任意の映像を構成する画素間の濃度値を、前記他の映像を構成する画素の濃度値のデータで補完する画素補完処理を行う工程と、
前記任意の映像における前記画素の濃度値及び前記画素間の濃度値のデータに基づいて画素内挿処理を行い、前記任意の映像の解像度を増やした映像データを生成処理する工程と
をコンピュータに行わせ、少なくとも2つの映像データについて解像度を増やした映像データを生成させることを特徴とするステレオ映像処理方法のプログラム。 In a stereo video processing method program for generating and processing stereo video data with increased resolution based on at least two different video data with a common subject,
A step of performing a stereo image matching process for finding a corresponding point from another image for an arbitrary point on an arbitrary image in the plurality of images;
Performing a pixel complementing process for complementing density values between pixels constituting the arbitrary video with data of density values of pixels constituting the other video based on the corresponding points;
Performing a pixel interpolation process on the basis of the density value data of the pixel and the density value between the pixels in the arbitrary video, and generating a video data with an increased resolution of the arbitrary video. And generating a video data with an increased resolution for at least two video data.
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