JP2008263528A - 画像情報処理方法及び画像情報処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】送信側システム10は、複数のカメラ画像を取得し、複数のカメラ画像に対応する複数の奥行きマップを生成し、複数のカメラ画像及び複数の奥行きマップを符号化して送信し、受信側システム30は、複数のカメラ画像及び複数の奥行きマップを受信して復号化し、複数のカメラ画像及び複数の奥行きマップを用いて、カメラ画像の間の補間画像を計算して、カメラ画像と補間画像とからなる光線空間を生成し、光線空間から表示画像を切り出して出力する。
【選択図】図7
Description
〈1−1.第1の実施形態の画像情報処理システムの構成及び動作〉
図7は、送信側(sender)システム10と受信側(receiver)システム30とから構成される本発明の第1の実施形態の画像情報処理システムの構成及び動作を示す図である。図7の画像情報処理システムは、任意の視点から見た2次元画像を表示するFTVシステムであるが、三次元(3D)画像を表示する3D表示システムとすることもできる。
本発明の第1の実施形態においては、図7に示されるように、送信側システム10は、被写体101を複数のカメラ11aで撮影することによって複数のカメラ画像10aを取得し、撮影された複数のカメラ画像10aを必要に応じて補正し、複数のカメラ画像10bに対応する複数の奥行きマップを生成し、複数のカメラ画像10b及び複数の奥行きマップを符号化し、カメラ画像10c、奥行きマップ10d、及びカメラパラメータを伝送手段20を介して送信する。
図14は、実際のカメラで取得されたカメラ画像から任意視点の画像を生成するプロセスを示す図である。図14において、401〜405は、直線上に1列に同じ方向を向けて配列したカメラであり、411は、実際には存在しない仮想カメラ(ユーザーが指定して視点位置)である。カメラ401〜405は、カメラ401〜405を通る光線を撮影するが、隣り合うカメラ間を通る光線は撮影していない。そこで、ユーザが見たいところ、すなわち、隣り合うカメラ間に仮想カメラ411を置く。実際のカメラ(図14においては、カメラ402、403)を通る光線から、補間して仮想カメラ411を通る光線を作る。しかし、カメラ401〜405を通る光線はどの方向から来た光線であるかはわかるが、どの位置から来た光線かは、わからない。そこで、例えば、図14に示されるカメラ402と403を用いて、被写体412の奥行きをサーチする。この奥行きサーチに際しては、物体表面のある点からの光はどの方向にも同じ強度であるということ(ランベルト反射)を前提とすると、カメラ402の撮影点(被写体上の部分)とカメラ403の撮影点(被写体上の部分)の輝度がマッチングする位置を探し、マッチングした位置を物体の表面と推定する。このとき、カメラ402とカメラ403の間隔は既知であり、マッチング位置からの光線がカメラ402に入射する角度とマッチング位置からの光線がカメラ403に入射する角度も判るので、マッチング位置までの距離を計算することができる。このようにして物体の奥行きを推定できた後に、仮想カメラ411から見た画像を推定して補間画像を生成する。
d1=f・(J−m)/D
d2=f・m/D
視差dは、d1+d2で与えられるため、
d=d1+d2=f・(J−m)/D+f・m/D=f・J/D
となる。カメラLから光線源Mまでの距離DLは
DL=D/cosθ
カメラLから見たときの、視差dと距離DLの関係は、
d=(f・J・cosθ)/DL
となる。つまり、視差dは、カメラ間隔Jに比例し、カメラLから見たときの光線源Mの奥行きDLに反比例したものとなる。本発明の奥行き推定法は、補間するカメラ位置での奥行き推定となる。したがって、情報の無い状態から、周辺画像情報のみを利用して奥行き推定を行い、補間画像を生成することになる。この奥行き推定法によれば、作り出す視点での奥行きを求めることで、より正確に補間画像を生成できる。このような奥行きDLと視差dの関係から、左右の画像間で視差dを変化させることは、光線源の奥行きDLを変化させたことと等価であるとわかる。つまり、視差dを様々に変化させることで、画像間での対応点を探し出し、求められた視差情報を基に、光線源が推定され、補間すべき画素値が特定される。
図16は、オクルージョン(occulusion)が存在するときの奥行きサーチの方法を示す図である。図16において、物体421の表面の点421aは、カメラ位置k及びカメラ位置k+1の両方が見える位置である。したがって、仮想カメラ位置である視点431から点421aを見たときの奥行き推定は、視点kからの画像情報と視点k+1からの画像情報とを用いて行うことができる。しかし、後方にある物体422の表面の点422aは、カメラ位置k+1からは見えるが、物体421の陰になってカメラ位置kからは見えない。このように一方のカメラ視点から見えるが他方のカメラ視点から見えないことをハーフオクルージョン(half occulusion)と言う。また、両方のカメラ位置から見えないことをフルオクルージョン(full occulusion)と言う。
以上に説明したように、第1の実施形態の画像情報処理方法及び画像情報処理システムにおいては、複数のカメラ画像I1、I2、…、INから各カメラに対応する奥行きマップD1、D2、…、DNを計算する処理を送信側システム10で行い、複数のカメラ画像I1、I2、…、INと複数の奥行きマップD1、D2、…、DNを用いて、光線空間に画像を補間する処理を受信側システム30で行っている。このように、情報処理量の大きい奥行きマップD1、D2、…、DNの生成という処理を送信側システム10が行うことによって、ユーザ側である受信側システム30に要求される計算能力は高くなくてもよく、ユーザのコスト負担を低減することができる。
〈2−1.第2の実施形態の画像情報処理システムの構成及び動作〉
図22は、本発明の第2の実施形態の画像情報処理システムであるFTVシステムの構成及び動作を示す図である。図22において、図7(第1の実施形態)の構成と同一又は対応する構成には同じ符号を付す。第2の実施形態の画像情報処理システムにおいては、図7に示される第1の実施形態の画像情報処理システムとは異なり、送信側システム10は、実測による奥行き情報、オクルージョン範囲を示すオクルージョン情報、被写体が鏡面反射する範囲などを示す鏡面反射情報等の追加情報を、カメラ画像10c、奥行きマップ10d、カメラパラメータに追加して、受信側システム30に送信している。
以上に説明したように、第2の実施形態の画像情報処理方法及び画像情報処理システムにおいては、カメラ画像、奥行き情報に加えて、送信側でしか知り得ない情報である追加情報Eを受信側システム30に送信しているので、第1の実施形態の画像情報処理方法及び画像情報処理システムよりも、奥行き誤差を小さくすることができ、結果的に、品質の高い画像を生成できる。
10a カメラ画像(補正前)、
10b カメラ画像(補正後)、
10c カメラ画像(符号化後)、
10d 奥行きマップ(符号化後)、
10e カメラ画像(復号化後)、
10f 奥行きマップ(復号化後)、
10g 光線空間、
10h 切り出された画像、
11 画像取得部、
11a カメラ、
12 補正部、
13 奥行きサーチ部、
14 符号化部、
15 送信部、
20 伝送手段、
30 受信側システム、
31 受信部、
32 復号化部、
33 補間部、
34 抽出部、
35 表示部、
101 被写体、
I1、I2、…、Ik−1、Ik、Ik+1、…、IN カメラ画像、
D1、D2、…、Dk−1、Dk、Dk+1、…、DN 奥行きマップ、
E 追加情報。
Claims (18)
- 送信側システムと受信側システムとを有する画像情報処理システムにおける画像情報処理方法であって、
前記送信側システムが、被写体を複数のカメラで撮影することによって複数のカメラ画像を取得するステップと、
前記送信側システムが、撮影された前記複数のカメラ画像に対応し、前記カメラに入射する光線を出す前記被写体の部分の方向と距離を含む前記被写体の奥行き情報から構成される奥行きマップを生成するステップと、
前記送信側システムが、前記カメラ画像及び前記奥行きマップを符号化するステップと、
前記送信側システムが、符号化された前記カメラ画像及び前記奥行きマップを送信するステップと、
前記受信側システムが、前記送信側システムから送信された前記カメラ画像及び前記奥行きマップを受信するステップと、
前記受信側システムが、受信された前記カメラ画像及び前記奥行きマップを復号化するステップと、
前記受信側システムが、復号化された前記カメラ画像及び前記奥行きマップを用いて、前記カメラ画像の間の補間画像を計算して、前記カメラ画像と前記補間画像とからなる光線空間情報を生成するステップと、
前記受信側システムが、前記光線空間情報から表示画像を抽出して出力するステップと
を有することを特徴とする画像情報処理方法。 - 前記表示画像は、カメラが存在しない任意の位置から見た1又は複数の2次元画像であることを特徴とする請求項1に記載の画像情報処理方法。
- 前記表示画像は、カメラが存在しない任意の位置から見た3次元画像であることを特徴とする請求項1に記載の画像情報処理方法。
- 前記奥行きマップを生成するステップは、
kを前記複数のカメラの台数以下の正の整数としたときに、
前記複数のカメラのうちのk番目のカメラで撮影された第kのカメラ画像に含まれる被写体の部分の画像情報と、前記複数のカメラのうちのk+1番目のカメラで撮影された第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の部分の画像情報とのマッチング判定の結果と、
前記複数のカメラのうちのk番目のカメラで撮影された第kのカメラ画像に含まれる被写体の部分の画像情報と、前記複数のカメラのうちのk−1番目のカメラで撮影された第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の部分の画像情報とのマッチング判定の結果と
に基づいて、第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の奥行きを決定するステップを含む
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像情報処理方法。 - 前記奥行きマップを生成するステップにおける前記マッチング判定において、
前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致するという判定がなされ、かつ、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致するという判定がなされたときには、
前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報とに基づいて計算された奥行き情報と、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報とに基づいて計算された奥行き情報とから、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の奥行きを決定する
ことを特徴とする請求項4に記載の画像情報処理方法。 - 前記奥行きマップを生成するステップにおける前記マッチング判定において、
前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致するという判定がなされ、かつ、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致しないという判定がなされたときには、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報とに基づいて計算された奥行き情報から、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の奥行きを決定し、
前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致しないという判定がなされ、かつ、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致するという判定がなされたときには、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報とに基づいて計算された奥行き情報から、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の奥行きを決定する
ことを特徴とする請求項4に記載の画像情報処理方法。 - 前記送信側システムが、前記複数のカメラのそれぞれから見た被写体の奥行きの実測値を測定し、前記実測値に基づく実測奥行き情報を前記カメラ画像及び前記奥行きマップと共に送信することを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の画像情報処理方法。
- 前記送信側システムが、前記複数のカメラのそれぞれについて、撮影できる範囲を求め、前記撮影できる範囲以外のオクルージョン範囲を示すオクルージョン情報を前記カメラ画像及び前記奥行きマップと共に送信することを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の画像情報処理方法。
- 前記送信側システムが、前記複数のカメラのそれぞれについて、被写体の表面が鏡面反射する範囲を求め、前記鏡面反射する範囲を示す鏡面反射情報を前記カメラ画像及び前記奥行きマップと共に送信することを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の画像情報処理方法。
- 送信側システムと受信側システムとを有する画像情報処理システムであって、
前記送信側システムが、
被写体を複数のカメラで撮影することによって複数のカメラ画像を取得する複数のカメラと、
撮影された前記複数のカメラ画像に対応し、前記カメラに入射する光線を出す前記被写体の部分の方向と距離を含む前記被写体の奥行き情報から構成される奥行きマップを生成する奥行きサーチ部と、
前記カメラ画像及び前記奥行きマップを符号化する符号化部と、
符号化された前記カメラ画像及び前記奥行きマップを送信する送信部とを有し、
前記受信側システムが、
前記送信側システムから送信された前記カメラ画像及び前記奥行きマップを受信する受信部と、
受信された前記カメラ画像及び前記奥行きマップを復号化する復号化部と、
復号化された前記カメラ画像及び前記奥行きマップを用いて、前記カメラ画像の間の補間画像を計算して、前記カメラ画像と前記補間画像とからなる光線空間情報を生成する補間部と、
前記光線空間情報から表示画像を抽出して出力する抽出部とを有する
ことを特徴とする画像情報処理システム。 - 前記表示画像は、前記カメラが存在しない任意の位置から見た1又は複数の2次元画像であることを特徴とする請求項10に記載の画像情報処理システム。
- 前記表示画像は、前記カメラが存在しない任意の位置から見た3次元画像であることを特徴とする請求項10に記載の画像情報処理システム。
- 前記奥行きサーチ部は、
kを前記複数のカメラの台数以下の正の整数としたときに、
前記複数のカメラのうちのk番目のカメラで撮影された第kのカメラ画像に含まれる被写体の部分の画像情報と、前記複数のカメラのうちのk+1番目のカメラで撮影された第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の部分の画像情報とのマッチング判定の結果と、
前記複数のカメラのうちのk番目のカメラで撮影された第kのカメラ画像に含まれる被写体の部分の画像情報と、前記複数のカメラのうちのk−1番目のカメラで撮影された第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の部分の画像情報とのマッチング判定の結果と
に基づいて、第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の奥行きを決定する
ことを特徴とする請求項10から12までのいずれか1項に記載の画像情報処理システム。 - 前記奥行きサーチ部は、前記マッチング判定において、
前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致するという判定がなされ、かつ、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致するという判定がなされたときには、
前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報とに基づいて計算された奥行き情報と、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報とに基づいて計算された奥行き情報とから、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の奥行きを決定する
ことを特徴とする請求項13に記載の画像情報処理システム。 - 前記奥行きサーチ部は、前記マッチング判定において、
前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致するという判定がなされ、かつ、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致しないという判定がなされたときには、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報とに基づいて計算された奥行き情報から、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の奥行きを決定し、
前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k+1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致しないという判定がなされ、かつ、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報が一致するという判定がなされたときには、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報と前記第k−1のカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の画像情報とに基づいて計算された奥行き情報から、前記第kのカメラ画像に含まれる被写体の前記部分の奥行きを決定する
ことを特徴とする請求項14に記載の画像情報処理システム。 - 前記送信側システムが、前記複数のカメラのそれぞれから見た被写体の奥行きの実測値を測定する距離測定手段を有し、前記実測値に基づく実測奥行き情報を前記カメラ画像及び前記奥行きマップと共に送信することを特徴とする請求項10から15までのいずれか1項に記載の画像情報処理システム。
- 前記送信側システムが、前記複数のカメラのそれぞれについて、撮影できる範囲を求め、前記撮影できる範囲以外のオクルージョン範囲を示すオクルージョン情報を前記カメラ画像及び前記奥行きマップと共に送信することを特徴とする請求項10から16までのいずれか1項に記載の画像情報処理システム。
- 前記送信側システムが、前記複数のカメラのそれぞれについて、被写体の表面が鏡面反射する範囲を求め、前記鏡面反射する範囲を示す鏡面反射情報を前記カメラ画像及び前記奥行きマップと共に送信することを特徴とする請求項10から17までのいずれか1項に記載の画像情報処理システム。
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