JP2009104366A - Stereo image processing method - Google Patents

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JP2009104366A JP2007274895A JP2007274895A JP2009104366A JP 2009104366 A JP2009104366 A JP 2009104366A JP 2007274895 A JP2007274895 A JP 2007274895A JP 2007274895 A JP2007274895 A JP 2007274895A JP 2009104366 A JP2009104366 A JP 2009104366A
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直哉 室田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stereo image processing method for reducing mismatching in stereo matching processing due to a noise included in an image picked up by a stereo camera, and for acquiring a highly reliable parallax image and distance image. <P>SOLUTION: In step S1, the luminance value of the pixel of a reference image is compared with a prescribed threshold Nth. In step S2, the luminance value of the pixel of a reference image whose luminance value is determined to be smaller than a prescribed threshold Nth is replaced with 0 value. In step S4, when the luminance value of the pixel of the reference image is 0 value, a parallax vector Vp of the pixel is set to 0 value. In step S5, corresponding points in a comparison image are specified by defining the pixel of the reference image whose luminance value is determined to be equal to or more than the prescribed threshold Nth as a pixel of interest, and the parallax vector Vp of the pixel of interest generated according to a distance Z to a region where a target object 2 exists is obtained, and the processing is ended. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、対象物体を撮像したステレオ画像の対応する画素点間の視差ベクトルを求め、それをもとに対象物体までの距離を計算するステレオ画像処理方法に関する。   The present invention relates to a stereo image processing method for obtaining a disparity vector between corresponding pixel points of a stereo image obtained by capturing a target object and calculating a distance to the target object based on the parallax vector.

一般に、画像による3次元計測技術として、異なる位置に配設した2台のカメラからなるステレオカメラによって対象物体を撮像した一対の画像の相関を求め、この相関から対象物体に対する2台のカメラの視差を求め、この視差からステレオカメラの取り付け位置や焦点距離等のカメラパラメータを用いて三角測量の原理によって対象物体の位置を算出する、いわゆるステレオ法による画像処理が知られている。   In general, as a three-dimensional measurement technique based on images, a correlation between a pair of images obtained by capturing a target object with a stereo camera including two cameras arranged at different positions is obtained, and the parallax between the two cameras with respect to the target object is obtained from this correlation. Image processing by a so-called stereo method is known in which the position of the target object is calculated from the parallax using the camera parameters such as the mounting position and focal length of the stereo camera based on the principle of triangulation.

近年、CCD、CMOS等の固体撮像素子を内蔵した一対の車載カメラ(ステレオカメラ)を用いたステレオ式車外監視装置が注目されている。3次元計測技術の一つであるステレオ法では、一方の画像中の画素ブロック(小領域)と相関を有する画素ブロックを他方の画像において特定し(ステレオマッチング処理)、両画素ブロックの相対的なずれ量である視差から、三角測量の原理を用いて距離情報を算出する。   In recent years, a stereo-type vehicle exterior monitoring device using a pair of in-vehicle cameras (stereo cameras) incorporating a solid-state imaging device such as a CCD or CMOS has been attracting attention. In the stereo method, which is one of the three-dimensional measurement techniques, a pixel block having a correlation with a pixel block (small region) in one image is specified in the other image (stereo matching process), and the relative relationship between both pixel blocks is determined. The distance information is calculated from the parallax, which is the shift amount, using the principle of triangulation.

ステレオカメラによって対象物体を撮像した一対の画像からなるステレオ画像を得て、対象物体上のある1点が一方の画像に投影されているとき、この点の他方の画像における投影先が分かれば、三角測量の原理に基づいて対象物体上の点までの距離を計算することができる。このことは例えば、非特許文献1に開示されている。   When a stereo image consisting of a pair of images obtained by capturing a target object with a stereo camera is obtained and one point on the target object is projected onto one image, if the projection destination of the other image at this point is known, The distance to the point on the target object can be calculated based on the principle of triangulation. This is disclosed in Non-Patent Document 1, for example.

図11は、ステレオカメラによって距離を算出する原理を説明する図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of calculating the distance by the stereo camera.

図11に示すように、対象物体2上の点Q(x,y,z)は、光軸Oa、Ob間に一定の距離(=基線長)Bをおいて配置された一対の撮像カメラ3a、3bによって撮像される。次に、カメラ3a、3bによって撮像されたステレオ画像における点Q(x,y,z)のX−Y座標平面上の投影点の座標Qa(xa,ya)、Qb(xb,yb)が求められる。この座標Qa(xa,ya)とQb(xb,yb)とから、視差Qa−Qb=(xa−xb,ya−yb)が求められ、点Q(x,y,z)の投影点に対応する対象物体2上の点Q(x,y,z)までの距離Zが算出される。   As shown in FIG. 11, a point Q (x, y, z) on the target object 2 is a pair of imaging cameras 3a arranged at a certain distance (= base line length) B between the optical axes Oa and Ob. 3b. Next, the coordinates Qa (xa, ya) and Qb (xb, yb) of the projection point on the XY coordinate plane of the point Q (x, y, z) in the stereo image captured by the cameras 3a and 3b are obtained. It is done. The parallax Qa−Qb = (xa−xb, ya−yb) is obtained from the coordinates Qa (xa, ya) and Qb (xb, yb), and corresponds to the projection point of the point Q (x, y, z). The distance Z to the point Q (x, y, z) on the target object 2 to be calculated is calculated.

ここで、ステレオ画像を撮影する2台のカメラ3a、3bを光軸Oa、Obが同一のX−Z平面上に含まれるように配置するとYa=Ybとなる。対象物体2上の点Q(x,y,z)がカメラ3aによって撮像された画像上の座標Qaに投影されているとき、点Q(x,y,z)のカメラ3bによって撮像された画像上への投影先である座標Qbの探索(対応点探索)は、カメラ3a、3bによって撮像された画像上に点Q、Qa、Qbを含むエピポーラ平面が投影されたエピポーラ線Epa、Epb上で行えばよい。すなわち、カメラ3a、3bの光軸Oa、Ob間の距離をB、焦点距離をfとすると、対象物体2上の点Q(x,y,z)が2台のカメラ3a、3bによって撮像された画像上の点Qa(xa,ya)、点Qb(xb,yb)にそれぞれ投影されると、対象物体2上の点Q(x,y,z)までの距離Zは[数1]によって表される。   Here, if two cameras 3a and 3b for capturing a stereo image are arranged so that the optical axes Oa and Ob are included in the same XZ plane, Ya = Yb. When the point Q (x, y, z) on the target object 2 is projected onto the coordinates Qa on the image captured by the camera 3a, the image captured by the camera 3b at the point Q (x, y, z) The search (corresponding point search) of the coordinate Qb that is the projection destination on the top is performed on the epipolar lines Epa and Epb where the epipolar plane including the points Q, Qa, and Qb is projected on the images captured by the cameras 3a and 3b. Just do it. That is, if the distance between the optical axes Oa and Ob of the cameras 3a and 3b is B and the focal length is f, the point Q (x, y, z) on the target object 2 is imaged by the two cameras 3a and 3b. When projected onto a point Qa (xa, ya) and a point Qb (xb, yb) on the image, the distance Z to the point Q (x, y, z) on the target object 2 is expressed by [Equation 1]. expressed.

[数1]
Z=B*f/(xa−xb)
ここで、xa−xbは視差を表し、カメラ3aによって撮像された画像を基準画像とした場合、カメラ3bによって撮像された比較画像の対応点Qb(xb,yb)における視差ベクトルは一般にVp(xa−xb,ya−yb)と表される。
[Equation 1]
Z = B * f / (xa−xb)
Here, xa−xb represents parallax, and when an image captured by the camera 3a is used as a reference image, the disparity vector at the corresponding point Qb (xb, yb) of the comparison image captured by the camera 3b is generally Vp (xa -Xb, ya-yb).

図12は、従来のステレオ画像処理装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a conventional stereo image processing apparatus.

図12に示すように、従来のステレオ画像処理装置30は、対象物体2が存在する領域のステレオ画像を撮像する2台1組のカメラ3a、3bから構成されるステレオカメラ3と、カメラ3aとカメラ3bとで撮像された各画像をステレオマッチング処理によって対象物体2が存在する領域の視差画像を求め、距離分布情報(距離画像)を取得するステレオカメラ処理部5とから構成される。   As shown in FIG. 12, a conventional stereo image processing apparatus 30 includes a stereo camera 3 including a pair of cameras 3a and 3b that capture a stereo image of a region where the target object 2 exists, and a camera 3a. Each image captured by the camera 3b is obtained from a stereo camera processing unit 5 that obtains a parallax image of a region where the target object 2 exists by stereo matching processing and obtains distance distribution information (distance image).

ステレオカメラ3を構成する2台のカメラ3a、3bは、CCD、CMOS等の固体撮像素子を内蔵したカメラである。一方のカメラ3aをステレオマッチング処理の際の基準画像を撮像するメインカメラとし、他方のカメラ3bをステレオマッチング処理の際の比較画像を撮像するサブカメラとして互いに同期が取られ、所定の基線長Bで互いの撮像面垂直軸が平行となるよう配置される。また、カメラ3a、3bは、アナログ撮像信号を処理するためのアンプやA/D変換部と、例えば高集積度FPGAによって構成した画像処理の各種機能回路とを備え、撮像画像を所定の輝度階調のディジタル画像データに変換して出力する。   The two cameras 3a and 3b constituting the stereo camera 3 are cameras incorporating a solid-state image sensor such as a CCD or a CMOS. One camera 3a is synchronized with each other as a main camera that captures a reference image in the stereo matching process, and the other camera 3b is a sub camera that captures a comparative image in the stereo matching process. The arrangement is such that the vertical axes of the imaging surfaces are parallel to each other. Each of the cameras 3a and 3b includes an amplifier and an A / D converter for processing an analog imaging signal, and various functional circuits for image processing configured by, for example, a highly integrated FPGA, and the captured image is displayed with a predetermined luminance level. Converted into digital image data of the key and output.

ステレオカメラ処理部5は、対応点検出部6と、距離計算部7とから構成される。   The stereo camera processing unit 5 includes a corresponding point detection unit 6 and a distance calculation unit 7.

対応点検出部6は、カメラ3aによって撮像された基準画像と、カメラ3bによって撮像された比較画像とを元画像メモリにストアし、ステレオマッチング処理によって基準画像の画素毎に比較画像の画素を対応付ける。このステレオマッチング処理では、例えば特許文献1に(3)式として開示されている相関関数などの評価関数に従って対応点探索が行われる。また、対応点検出部6は、探索された対応点を用いて基準画像の画素毎に対象物体2が存在する領域までの距離に応じて生じる画素のズレ(=視差)を視差ベクトルVpとして求める。この視差ベクトルVpは、基準画像を構成する画素毎に配置すると、視差画像を構成する。   The corresponding point detection unit 6 stores the reference image captured by the camera 3a and the comparison image captured by the camera 3b in the original image memory, and associates the pixels of the comparison image for each pixel of the reference image by stereo matching processing. . In this stereo matching process, for example, a corresponding point search is performed according to an evaluation function such as a correlation function disclosed in Patent Document 1 as Expression (3). In addition, the corresponding point detection unit 6 obtains, as the parallax vector Vp, a pixel shift (= parallax) that occurs according to the distance to the area where the target object 2 exists for each pixel of the reference image using the searched corresponding points. . When this disparity vector Vp is arranged for each pixel constituting the reference image, it constitutes a disparity image.

距離計算部7は、対応点検出部6によって求められた視差ベクトルVpから得られる対象物体2が存在する領域までの遠近情報である距離情報を数値化した距離Zを算出する。この距離Zは、基準画像を構成する画素毎に配置すると、距離分布情報(距離画像)を構成する。   The distance calculation unit 7 calculates a distance Z obtained by quantifying distance information, which is perspective information from the disparity vector Vp obtained by the corresponding point detection unit 6 to the area where the target object 2 exists. If this distance Z is arranged for each pixel constituting the reference image, it constitutes distance distribution information (distance image).

従来のステレオ画像処理装置30におけるステレオマッチング処理では、カメラ3a、3bで撮像されたステレオ画像である一対のアナログ画像がディジタル処理のためにディジタル化された後、このディジタル化された画像の値を用いて対応点探索が行われ、距離情報が演算される。したがって、ディジタル化された画像にノイズが含まれていると、ステレオマッチング処理においてノイズの影響によってミスマッチング(誤対応)が生じて正確な視差ベクトルVpや距離Zを得られない場合がある。   In stereo matching processing in the conventional stereo image processing apparatus 30, a pair of analog images, which are stereo images captured by the cameras 3a and 3b, are digitized for digital processing, and then the values of the digitized images are converted. A corresponding point search is performed using this, and distance information is calculated. Therefore, if noise is included in the digitized image, mismatching (miscorresponding) may occur due to the influence of noise in the stereo matching process, and an accurate parallax vector Vp or distance Z may not be obtained.

ディジタル画像に含まれるノイズには、カメラ3a、3bが出力する画像信号に含まれる固定パターンノイズ、A/D変換部のオフセット、ランダムノイズなどが考えられる。固体撮像素子を内蔵したカメラ(特にCMOSセンサ)では、2次元状に配置された各画素がそれぞれにアンプを持ち、それぞれのアンプの利得の違いによってノイズ(固定パターンノイズ)が生じる。また、カメラ3a、3bが撮像したアナログ画像をディジタル化するために、映像信号はA/D変換される。このA/D変換時に量子化誤差やオフセット誤差を生じる。さらに、固定パターンノイズやオフセット誤差の他に、熱雑音やスパイクノイズなどのランダムノイズが生じる。   Examples of the noise included in the digital image include fixed pattern noise included in the image signal output from the cameras 3a and 3b, an offset of the A / D conversion unit, and random noise. In a camera (especially a CMOS sensor) incorporating a solid-state imaging device, each pixel arranged in a two-dimensional manner has an amplifier, and noise (fixed pattern noise) is generated due to a difference in gain of each amplifier. Further, the video signal is A / D converted in order to digitize the analog images captured by the cameras 3a and 3b. A quantization error and an offset error occur during the A / D conversion. Furthermore, in addition to fixed pattern noise and offset error, random noise such as thermal noise and spike noise occurs.

また、固体撮像素子を内蔵したカメラでは、受光感度に限界があるため、明るい撮像環境や暗い撮像環境に対応するために、オートゲインコントロール(AGC)が使用される。このオートゲインコントロールは、均一光を照射した撮像環境で撮像した場合の増幅度と、暗い撮像環境や明るい撮像環境を撮像した場合の増幅度とがそれぞれ異なるため、固定パターンノイズの減算処理をしても画像にはノイズの影響が残ることとなる。   In addition, since a camera with a built-in solid-state imaging device has a limited light receiving sensitivity, auto gain control (AGC) is used to cope with a bright imaging environment or a dark imaging environment. This auto gain control uses a fixed pattern noise subtraction process because the amplification when shooting in an imaging environment illuminated with uniform light is different from the amplification when shooting in a dark or bright imaging environment. However, the effect of noise remains on the image.

特許文献2には、各画素にアンプを持つCMOSなどの固体撮像素子を内蔵したカメラや、CCDカメラにおいて異なる転送経路問での特性のばらつきにより生じるノイズ(主に固定パターンノイズ)を除去する方法として、対象物体2が存在する撮影空間に均一光を照射して撮像した画像の各画素位置の画像出力をメモリに記録しておき、これを通常の撮像時の画像出力から減算することによってノイズの影響を排除する方法が開示されている。しかし、この方法では固定パターンノイズに対するノイズ除去の効果は期待できるが、ランダムノイズの影響は排除できない。   Patent Document 2 discloses a method of removing noise (mainly fixed pattern noise) caused by variations in characteristics of different transfer paths in a camera incorporating a solid-state imaging device such as a CMOS having an amplifier in each pixel or a CCD camera. As described above, the image output of each pixel position of an image captured by irradiating the imaging space where the target object 2 exists with uniform light is recorded in a memory, and noise is subtracted from the image output during normal imaging. A method for eliminating the effects of the above is disclosed. However, this method can be expected to eliminate noise with respect to fixed pattern noise, but cannot eliminate the influence of random noise.

また、特許文献3には、確率モデルなどを用いた補正によってランダムノイズの影響を排除する方法が開示されている。しかしこの方法は、ノイズの補正が推定によって行われ、撮像する対象物体2の距離情報を正しく算出するためのデータに補正することができない。また、ステレオ法には、少なくとも2台のカメラ3a、3bによって撮像した画像を使用するが、複数のカメラが撮像した画像のノイズをそれぞれ推定によって補正すると、ステレオマッチング処理において新たな誤対応を生じる恐れがある。   Patent Document 3 discloses a method for eliminating the influence of random noise by correction using a probabilistic model or the like. However, in this method, noise is corrected by estimation, and cannot be corrected to data for correctly calculating the distance information of the target object 2 to be imaged. In the stereo method, images captured by at least two cameras 3a and 3b are used. If noises of images captured by a plurality of cameras are corrected by estimation, a new miscorrespondence occurs in stereo matching processing. There is a fear.

さらに、特許文献4には、算出された視差ベクトルの絶対値の発生頻度を観測し、所定値以下の頻度の視差ベクトルの絶対値を処理から除外することでノイズの影響を排除する方法が開示されている。この方法では、視差画像中に含まれる突発的なノイズを軽減し、視差画像を全体的に平滑化する効果はあるが、平滑化するためにはある程度の正しい計測結果が必要となる。したがって、例えばノイズが優勢な暗い画像では、正しい視差ベクトルVpがほとんど得られないため、ノイズの影響を排除できない。   Further, Patent Document 4 discloses a method of eliminating the influence of noise by observing the occurrence frequency of the calculated absolute value of the disparity vector and excluding the absolute value of the disparity vector having a frequency equal to or lower than a predetermined value from the processing. Has been. This method has the effect of reducing sudden noise included in the parallax image and smoothing the parallax image as a whole, but a certain degree of correct measurement result is required for smoothing. Therefore, for example, in a dark image in which noise is dominant, the correct parallax vector Vp is hardly obtained, and thus the influence of noise cannot be eliminated.

さらにまた、特許文献5には、通常のステレオマッチング処理とフィルタを適用した画像に対するステレオマッチング処理とを並列しておこない、双方の結果を比較し、差が所定の値未満の場合は、前者を、所定の値以上の場合は後者を選択する方法が開示されている。フィルタをローパスフィルタとすることでノイズによる急激な輝度変化の影響を除去することを目的としているが、例えばノイズが優勢な暗い画像では、輝度変化は微小であるため、ノイズを完全に除去することは困難である。   Furthermore, in Patent Document 5, a normal stereo matching process and a stereo matching process for an image to which a filter is applied are performed in parallel, the results of both are compared, and if the difference is less than a predetermined value, the former is A method is disclosed in which the latter is selected when the value exceeds a predetermined value. The purpose of this filter is to remove the influence of a sudden luminance change due to noise by using a low-pass filter. However, for example, in a dark image where noise is dominant, the luminance change is very small. It is difficult.

具体的には、絞りを全閉にしたカメラで撮像された画像は黒一色となり、対応点探索によって全ての画素が対応点として探索されてしまい、視差を求めることができなくなる。しかし、絞りを全閉にしたカメラで撮像された画像がノイズを含む場合には、フィルタを通過する周波数成分が存在する限り、ノイズを含んだ画素が誤って対応点として探索されて、間違った視差が求められる恐れがある。また、撮像時間の異なる画像を用いたフィルタ処理をおこなうことも提案されているが、ランダムノイズに対しては有効であるが、一対のカメラについて等しい結果を得られず、また、固定パターンノイズやオフセット誤差は除去できない。
特開平9−33249号公報 特開平5−30350号公報 特開2006−310999号公報 特開2000−35329号公報 特開2000−35330号公報 電子情報通信学会(編)中嶋正之、山本正信 共著、「グラフィックスとビジョン―ディジタル映像処理」オーム社、1996年4月25日出版、p28から31
Specifically, the image captured by the camera with the aperture fully closed is black, and all the pixels are searched as corresponding points by the corresponding point search, and parallax cannot be obtained. However, if the image captured by the camera with the aperture fully closed contains noise, the pixel containing the noise is erroneously searched as a corresponding point as long as there is a frequency component that passes through the filter. There is a risk that parallax is required. Although it has been proposed to perform filtering using images with different imaging times, it is effective against random noise, but it cannot obtain the same result for a pair of cameras, The offset error cannot be removed.
JP-A-9-33249 JP-A-5-30350 JP 2006-310999 A JP 2000-35329 A JP 2000-35330 A The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (ed.) Nakashima Masayuki, Yamamoto Masanobu, "Graphics and Vision-Digital Video Processing" Ohmsha, April 25, 1996, p28-31

図13は、撮像環境の明るさによる画像の輝度値の信号レベルの変化とノイズによるS/Nの変化を説明する図である。   FIG. 13 is a diagram for explaining a change in the signal level of the luminance value of the image due to the brightness of the imaging environment and a change in the S / N due to noise.

図13に示すように、明るい撮像環境で撮像された画像は輝度値の信号レベル(線Sb)が高く、暗い撮像環境で撮像された画像は輝度値の信号レベル(線Sd)が低い。両撮像環境で撮像した画像の輝度値の信号レベルを比較すると、例えばほぼ同じレベルのノイズ(線N)が両信号に含まれる場合には、暗い撮像環境で撮像された画像のほうがS/Nが悪化する。   As shown in FIG. 13, an image captured in a bright imaging environment has a high luminance value signal level (line Sb), and an image captured in a dark imaging environment has a low luminance value signal level (line Sd). Comparing the signal levels of the luminance values of the images captured in both imaging environments, for example, when both signals include noise (line N) at substantially the same level, the image captured in the dark imaging environment is S / N. Gets worse.

また、画像中のノイズが完全に除去できない場合、暗い画素を含む画像では、信号とノイズとの差が小さくなってS/Nが悪化する。このような画像では、本来の信号よりもノイズによって画素が特徴付けられる。   In addition, when noise in an image cannot be completely removed, in an image including dark pixels, a difference between a signal and noise becomes small and S / N deteriorates. In such an image, pixels are characterized by noise rather than the original signal.

さらに、画像を構成する全ての画素から画像に含まれるノイズの最大値Nmaxを一律に減ずると、減算後の各画素の輝度値は、ノイズの影響を残したままとなる。   Furthermore, if the maximum noise value Nmax included in the image is uniformly reduced from all the pixels constituting the image, the luminance value of each pixel after subtraction remains affected by noise.

ステレオ法において、画像間の対応点を探索する方法の一例であるブロックマッチング処理では、画像間の類似性を評価するために比較する画像から画像ブロック(小領域)を切り出し、この小領域に対する輝度差の総和(SAD:Sum of AbsOaute Difference)、輝度差の2乗和(SSD:Sum of Squared Differece)、正規化相互相関(ZNCC:Zero-mean NObmalized Cross-CObrelation)などを求める。SADやSSDを使うときには最小値、ZNCCを使うときには最大値を与える小領域の切り出し位置を探索することで、画像間の変位、すなわちカメラ3aとカメラ3bとの視差を画素単位で求めることができる。   In the stereo method, in block matching processing, which is an example of a method for searching for corresponding points between images, an image block (small region) is cut out from images to be compared in order to evaluate the similarity between images, and luminance for the small region is determined. Sum of differences (SAD: Sum of Abs Difference), square sum of luminance differences (SSD: Sum of Squared Difference), normalized cross-correlation (ZNCC), and the like. By searching for the cutout position of a small region that gives the minimum value when using SAD or SSD and using the maximum value when using ZNCC, the displacement between images, that is, the parallax between the camera 3a and the camera 3b can be obtained in units of pixels. .

ここで、ステレオマッチング処理の一例であるSADの場合について対応点の探索に対するS/Nの悪化による影響を説明する。   Here, in the case of SAD, which is an example of stereo matching processing, the effect of S / N deterioration on the search for corresponding points will be described.

図14は、ステレオマッチング処理の対応点の検索に対するS/Nの悪化による影響を説明する図であり、(A)は、明るい環境で撮像された基準画像の小領域の輝度値の一例を示す図であり、(B)は、明るい環境で撮像された比較画像の小領域の輝度値の一例を示す図であり、(C)は、明るい環境で撮像されたノイズを含む基準画像の小領域の輝度値の一例を示す図であり、(D)は、暗い環境で撮像された基準画像の小領域の輝度値の一例を示す図であり、(E)は、暗い環境で撮像された比較画像の小領域の輝度値の一例を示す図であり、(F)は、暗い環境で撮像されたノイズを含む基準画像の小領域の輝度値の一例を示す図である。   FIG. 14 is a diagram for explaining the influence of S / N deterioration on the search for corresponding points in stereo matching processing, and FIG. 14A shows an example of the luminance value of a small region of a reference image captured in a bright environment. FIG. 8B is a diagram illustrating an example of a luminance value of a small area of a comparative image captured in a bright environment, and FIG. 10C is a small area of a reference image including noise captured in a bright environment. (D) is a figure which shows an example of the luminance value of the small area | region of the reference | standard image imaged in the dark environment, (E) is a comparison imaged in the dark environment. It is a figure which shows an example of the luminance value of the small area | region of an image, (F) is a figure which shows an example of the luminance value of the small area | region of the reference | standard image containing the noise imaged in the dark environment.

図14に示すように、ステレオマッチング処理によって基準画像と比較画像との対応点探索を行う画素ブロック(小領域)の一例として、画素ブロックのサイズを3×3画素分の小領域を考える。このとき、基準画像における注目点は、この小領域の中央に位置する画素である。   As illustrated in FIG. 14, as an example of a pixel block (small region) for searching for corresponding points between a reference image and a comparison image by stereo matching processing, a small region corresponding to a size of 3 × 3 pixels is considered. At this time, the attention point in the reference image is a pixel located at the center of the small region.

図14(A)に示す基準画像の小領域と、図14(B)に示す比較画像の小領域とのように、基準画像と比較画像との小領域の輝度値の配置が一致している場合は、SADによってステレオマッチング処理を行うと、[数2]のようにSADは0値となる。このSADの値が、基準画像と比較画像との小領域の相関値となる。なお、ステレオカメラ3は、カメラ3aとカメラ3bとで異なる視線方向から立体物である対象物体2を撮像するため、対象物体2の投影面に違いがあって、基準画像と比較画像との小領域が完全に一致することは稀であり、ステレオマッチング処理においては相関値が最小になる小領域間で対応付けが行われる。   As in the small area of the reference image shown in FIG. 14A and the small area of the comparative image shown in FIG. 14B, the arrangement of the luminance values of the small areas of the reference image and the comparative image is the same. In this case, when stereo matching processing is performed by SAD, SAD becomes 0 as shown in [Expression 2]. This SAD value is a correlation value of a small area between the reference image and the comparison image. Since the stereo camera 3 captures the target object 2 that is a three-dimensional object from different line-of-sight directions between the camera 3a and the camera 3b, there is a difference in the projection plane of the target object 2, and the reference image and the comparison image are small. The regions rarely match completely, and in the stereo matching process, association is performed between the small regions where the correlation value is minimized.

[数2]
ABS{(100−100)+(120−120)+(140−140)+(90−90)+(100−100)+(80−80)+(200−200)+(230−230)+(120−120)}=0
ここで、図14(C)に示す基準画像の小領域のように、例えば±5程度のノイズが画像に含まれる場合は、SADによってステレオマッチング処理を行うと、[数3]のようにSADは15となる。
[Equation 2]
ABS {(100-100) + (120-120) + (140-140) + (90-90) + (100-100) + (80-80) + (200-200) + (230-230) + (120-120)} = 0
Here, when a noise of about ± 5, for example, is included in the image as in the small region of the reference image shown in FIG. 14C, when stereo matching processing is performed by SAD, SAD is expressed as [Equation 3]. Becomes 15.

[数3]
ABS{(100−105)+(120−115)+(140−145)+(90−95)+(100−95)+(80−85)+(200−205)+(230−225)+(120−125)}=|−15|=15
[Equation 3]
ABS {(100-105) + (120-115) + (140-145) + (90-95) + (100-95) + (80-85) + (200-205) + (230-225) + (120-125)} = | −15 | = 15

また、図14(D)、(E)に示す暗い環境で撮像した基準画像と比較画像とを、SADによってステレオマッチング処理を行うと、[数4]のようにSADは0値となる。
[数4]
ABS{(5−5)+(20−20)+(15−15)+(15−15)+(10−10)+(5−5)+(20−20)+(10−10)+(0−0)}=0
Further, when the stereo matching process is performed on the reference image and the comparison image captured in the dark environment shown in FIGS. 14D and 14E by SAD, SAD becomes 0 as shown in [Expression 4].
[Equation 4]
ABS {(5-5) + (20-20) + (15-15) + (15-15) + (10-10) + (5-5) + (20-20) + (10-10) + (0-0)} = 0

さらに、図14(F)に示す暗い環境で撮像された基準画像の小領域のように、例えば±5程度のノイズが画像に含まれる場合は、SADによってステレオマッチング処理を行うと、[数5]のようにSADは15となる。
[数5]
ABS{(5−10)+(20−15)+(15−20)+(15−20)+(10−5)+(5−10)+(20−25)+(10−5)+(0−5)}=|−15|=15
Furthermore, when noise of about ± 5, for example, is included in the image as in the small region of the reference image captured in the dark environment shown in FIG. 14F, when stereo matching processing is performed by SAD, [Equation 5 ], The SAD becomes 15.
[Equation 5]
ABS {(5-10) + (20-15) + (15-20) + (15-20) + (10-5) + (5-10) + (20-25) + (10-5) + (0-5)} = | −15 | = 15

図14(A)から(C)に示すように、明るい環境で撮像された画像のようにノイズに対して信号レベルが大きい場合と、図14(D)から(F)に示すように、暗い環境で撮像された画像のようにノイズに対して信号レベルが小さく接近している場合とでは、ステレオマッチング処理によって得られる相関値に差が無い。   As shown in FIGS. 14A to 14C, when the signal level is high with respect to noise as in an image captured in a bright environment, and as shown in FIGS. 14D to 14F, the signal level is dark. There is no difference in the correlation value obtained by the stereo matching process when the signal level is small and close to the noise as in the image captured in the environment.

すなわち、ステレオマッチング処理により得られる相関値が信号によるものかノイズによるものかの判断は困難であることがわかる。そうすると、ノイズに対して十分に大きな信号が得られない(S/Nが小さい)画像の場合には、ノイズの影響によって基準画像と比較画像との画素間に間違った対応が探索されても、画素間の相関値の大小からは、その適否を判断することは困難であって、信頼性の低い視差ベクトルVpが求められ、誤った距離情報の算出を排除することができない。   That is, it is difficult to determine whether the correlation value obtained by the stereo matching process is due to a signal or noise. Then, in the case of an image in which a sufficiently large signal with respect to noise cannot be obtained (S / N is small), even if an incorrect correspondence is searched between the pixels of the reference image and the comparison image due to the influence of noise, From the magnitude of the correlation value between pixels, it is difficult to determine whether or not the correlation value is appropriate, and a parallax vector Vp with low reliability is obtained, and calculation of erroneous distance information cannot be excluded.

図15は、絞りを全閉にしたカメラで撮像した画像に含まれるノイズの一例を示す図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of noise included in an image captured by a camera whose aperture is fully closed.

画像の全域が黒一色、すなわち画像の全域で輝度のディジタル値が同一(0値)であれば、対応点探索において全ての点が対応点として探索されてしまう。そうすると、視差を算出できず、視差画像は得られない。しかし、図15に示すように、画像にノイズが含まれていると、すなわち画像中に0値以外の輝度値が含まれていると、対応点探索において基準画像の小領域と比較画像の小領域とがノイズを含んだ点によって対応付けられる恐れがある。そうすると、誤って探索された対応点に基づいて視差ベクトルが求められ、誤った視差画像が得られる。   If the entire area of the image is black, that is, if the digital value of the luminance is the same (0 value) in the entire area of the image, all points are searched as corresponding points in the corresponding point search. If it does so, parallax cannot be calculated and a parallax image will not be obtained. However, as shown in FIG. 15, if noise is included in the image, that is, if the image includes a luminance value other than 0 value, a small area of the reference image and a small value of the comparison image are detected in the corresponding point search. There is a possibility that the region is associated with a point including noise. Then, a disparity vector is obtained based on the corresponding points searched in error, and an incorrect disparity image is obtained.

ノイズによる誤対応を防ぐために、さらに固定パターンノイズの除去処理を繰り返し行うことも考えられるが、ステレオ画像の相関を保ったまま、固定パターンノイズの変化やランダムノイズの影響を排除することは難しく、ノイズの除去処理の繰り返しによってステレオマッチング処理における誤対応を防ぐことは困難である。   In order to prevent erroneous correspondence due to noise, it is also possible to repeat the removal process of fixed pattern noise, but it is difficult to eliminate the effect of fixed pattern noise and random noise while maintaining the correlation of stereo images, It is difficult to prevent erroneous correspondence in stereo matching processing by repeating noise removal processing.

具体的には、従来のステレオ画像処理装置30をステレオ式車外監視装置として使用する場合を検討する。例えばカメラ3a、3bで撮像される各画像の明るさが十分に得られる日没前では、撮像される画像に対するノイズの影響は小さい。そうすると、カメラ3a、3bによって撮像されるステレオ画像に基づいてステレオマッチング処理によって視差画像が得られ、この視差画像を用いて路面や車両などの対象物体2の距離画像が取得できるので、対象物体2を障害物として抽出することが可能である。   Specifically, the case where the conventional stereo image processing apparatus 30 is used as a stereo-type vehicle exterior monitoring apparatus is examined. For example, before sunset when the brightness of each image captured by the cameras 3a and 3b is sufficiently obtained, the influence of noise on the captured image is small. Then, a parallax image is obtained by stereo matching processing based on a stereo image captured by the cameras 3a and 3b, and a distance image of the target object 2 such as a road surface or a vehicle can be acquired using the parallax image. Can be extracted as an obstacle.

しかし、例えばカメラ3a、3bで撮像される各画像の明るさが十分に得られない日没後では、撮像される画像に対するノイズの影響が大きくなる。そうすると、カメラ3a、3bによって撮像されるステレオ画像に基づいてステレオマッチング処理によって視差画像が得られると、この視差画像の全体には実際の対象物体2とは異なる間違った視差ベクトルVpが含まれることとなる。この間違った視差ベクトルVpは、不連続かつランダムな視差になっているため、視差画像を用いて、例えば路面や車両などの対象物体2が存在する領域の正確な距離画像を算出できず、対象物体2を障害物として抽出することはできない。   However, for example, after sunset when the brightness of each image captured by the cameras 3a and 3b is not sufficiently obtained, the influence of noise on the captured image increases. Then, when a parallax image is obtained by stereo matching processing based on a stereo image captured by the cameras 3a and 3b, the entire parallax image includes an incorrect parallax vector Vp different from the actual target object 2. It becomes. Since this wrong parallax vector Vp is discontinuous and random parallax, it is impossible to calculate an accurate distance image of a region where the target object 2 such as a road surface or a vehicle exists using the parallax image, and the target The object 2 cannot be extracted as an obstacle.

本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、ステレオカメラによって撮像された画像に含まれるノイズに起因するステレオマッチング処理の誤対応を減少させ、信頼性の高い視差画像および距離画像を取得することを可能にするステレオ画像処理方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and reduces the miscorrespondence of stereo matching processing caused by noise included in an image captured by a stereo camera, and obtains a highly reliable parallax image and distance image. It is an object of the present invention to provide a stereo image processing method that makes it possible to do this.

前記の課題を解決するため本発明では、ステレオカメラを構成するカメラが撮像する基準画像を構成する画素の輝度値と所定のしきい値とを比較し、前記画素の輝度値が前記しきい値よりも小さい場合は、前記画素の輝度値を0値に置き換え、前記画素の輝度値が0値の場合は、前記画素の視差ベクトルを0値とし、その他の場合は、ステレオマッチング処理によって前記ステレオカメラを構成するカメラが撮像する比較画像中の対応点を探索し、前記ステレオカメラが撮像する領域までの距離に応じて生じる視差画像を求めることを特徴とするステレオ画像処理方法を提供する。   In order to solve the above problems, in the present invention, the luminance value of a pixel constituting a reference image captured by a camera constituting a stereo camera is compared with a predetermined threshold value, and the luminance value of the pixel is the threshold value. Is smaller than 0, the luminance value of the pixel is replaced with 0 value, when the luminance value of the pixel is 0 value, the parallax vector of the pixel is set to 0 value, and in other cases, the stereo matching process is performed. There is provided a stereo image processing method characterized in that a corresponding point in a comparison image captured by a camera constituting a camera is searched, and a parallax image generated according to a distance to an area captured by the stereo camera is obtained.

また、本発明では、ステレオカメラが撮像する基準画像と比較画像とから前記ステレオカメラが撮像する領域までの距離に応じて生じる視差画像を求め、ステレオカメラを構成するカメラが撮像する基準画像を構成する画素の輝度値と所定のしきい値とを比較し、前記基準画像の画素の輝度値が前記しきい値よりも小さい場合は、前記基準画像の画素の位置情報を記録し、記録した前記基準画像の画素の位置情報と前記視差画像の画素の位置情報とを比較し、前記位置情報が一致した場合は、前記視差画像について一致した画素位置の値を0値に置き換えることを特徴とするステレオ画像処理方法を提供する。   Further, in the present invention, a parallax image generated according to the distance from the reference image captured by the stereo camera and the comparison image to the area captured by the stereo camera is obtained, and the reference image captured by the camera constituting the stereo camera is configured. When the luminance value of the pixel of the reference image is smaller than the threshold value, the positional information of the pixel of the reference image is recorded and recorded. The position information of the pixel of the reference image is compared with the position information of the pixel of the parallax image, and when the position information matches, the value of the matching pixel position for the parallax image is replaced with a zero value. A stereo image processing method is provided.

本発明によれば、ステレオカメラによって撮像された画像に含まれるノイズに起因するステレオマッチング処理の誤対応を減少させ、信頼性の高い視差画像および距離画像を取得することを可能にするステレオ画像処理方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stereo image processing which reduces the miscorrespondence of the stereo matching process resulting from the noise contained in the image imaged with the stereo camera, and can acquire a highly reliable parallax image and distance image Can provide a method.

本発明に係るステレオ画像処理方法について添付図面を参照して説明する。   A stereo image processing method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[第1の実施形態]
本発明に係るステレオ画像処理方法の第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of a stereo image processing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明の第1実施形態に係るステレオ画像処理装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the stereo image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、ステレオ画像処理装置1は、対象物体2が存在する領域のステレオ画像を撮像する2台1組のカメラ3a、3bから構成されるステレオカメラ3と、カメラ3aで撮像された画像のノイズの判定および除去が行われるノイズ判定/除去部9と、ノイズ判定/除去部9によってノイズの判定および除去が行われた画像とカメラ3bで撮像された画像とをステレオマッチング処理によって対象物体2が存在する領域の視差画像を求め、距離分布情報(距離画像)を取得するステレオカメラ処理部5とから構成される。   As shown in FIG. 1, the stereo image processing apparatus 1 is picked up by a stereo camera 3 composed of a set of two cameras 3a and 3b that pick up a stereo image of a region where the target object 2 exists, and the camera 3a. A noise determination / removal unit 9 that determines and removes noise from the captured image, and an image that has been subjected to noise determination and removal by the noise determination / removal unit 9 and an image captured by the camera 3b by stereo matching processing The stereo camera processing unit 5 obtains a parallax image of a region where the target object 2 exists and acquires distance distribution information (distance image).

ステレオ画像処理装置1は、例えば自動車やヘリコプタ等の移動体に搭載され、対象風景をステレオ撮像した一対の画像を処理して三次元の距離情報を求め、求めた距離の情報に基づいて周囲環境や自己位置を認識する装置に使用される。   The stereo image processing apparatus 1 is mounted on a moving body such as an automobile or a helicopter, for example, and processes a pair of images obtained by taking a stereo image of a target scene to obtain three-dimensional distance information, and based on the obtained distance information, the surrounding environment Used for devices that recognize the self-position.

ステレオカメラ3を構成する2台のカメラ3a、3bは、CCD、CMOS等の固体撮像素子を内蔵したカメラである。一方のカメラ3aをステレオマッチング処理の際の基準画像を撮像するメインカメラとし、他方のカメラ3bをステレオマッチング処理の際の比較画像を撮像するサブカメラとして互いに同期が取られ、所定の基線長Bで互いの撮像面垂直軸が平行となるよう配置される。また、カメラ3a、3bは、アナログ撮像信号を処理するためのアンプやA/D変換部と、例えば高集積度FPGAによって構成した画像処理の各種機能回路とを備え、撮像画像を所定の輝度階調のディジタル画像データに変換して元画像メモリ(図示省略)に出力する。   The two cameras 3a and 3b constituting the stereo camera 3 are cameras incorporating a solid-state image sensor such as a CCD or a CMOS. One camera 3a is synchronized with each other as a main camera that captures a reference image in the stereo matching process, and the other camera 3b is a sub camera that captures a comparative image in the stereo matching process. The arrangement is such that the vertical axes of the imaging surfaces are parallel to each other. Each of the cameras 3a and 3b includes an amplifier and an A / D converter for processing an analog imaging signal, and various functional circuits for image processing configured by, for example, a highly integrated FPGA, and the captured image is displayed with a predetermined luminance level. The digital image data is converted into tone digital image data and output to an original image memory (not shown).

ノイズ判定/除去部9は、カメラ3aによって撮像され、元画像メモリにストアされた基準画像の各画素の輝度値と、所定のしきい値Nthとを比較し、その画素の輝度値が所定のしきい値Nthよりも小さい場合は、その画素の輝度値を所定の値、例えば0値に置き換える。この所定のしきい値Nthは、絞りが全閉されるなどによって光の入射が遮られたカメラ3aによって撮像された画像、すなわち、カメラ3aによって撮像された真っ暗な画像についてヒストグラムを求め、ノイズやオフセットにより生じた全画素の輝度値に対してランダムノイズなどの揺らぎを考慮した包絡値として設定される。   The noise determination / removal unit 9 compares the luminance value of each pixel of the reference image captured by the camera 3a and stored in the original image memory with a predetermined threshold value Nth, and the luminance value of the pixel is a predetermined value. When it is smaller than the threshold value Nth, the luminance value of the pixel is replaced with a predetermined value, for example, 0 value. The predetermined threshold value Nth is obtained by obtaining a histogram for an image captured by the camera 3a in which light incidence is blocked by, for example, fully closing the diaphragm, that is, a dark image captured by the camera 3a. An envelope value in consideration of fluctuations such as random noise is set for the luminance values of all the pixels generated by the offset.

ステレオカメラ処理部5Aは、対応点検出部6Aと、距離計算部7とから構成される。   The stereo camera processing unit 5 </ b> A includes a corresponding point detection unit 6 </ b> A and a distance calculation unit 7.

対応点検出部6Aは、ノイズ判定/除去部9によってノイズの判定および除去が行われ、元画像メモリにストアされた基準画像と、カメラ3bによって撮像され、元画像メモリにストアされた比較画像とを、ステレオマッチング処理によって基準画像の画素毎に比較画像の画素を対応付ける。このステレオマッチング処理では、例えば特許文献1に(3)式として開示されている相関関数などの評価関数に従って対応点探索が行われる。また、対応点検出部6Aは、探索された対応点を用いて基準画像の画素毎に対象物体2が存在する領域までの距離に応じて生じる画素のズレ(=視差)を視差ベクトルVpとして求める。この視差ベクトルVpは、基準画像を構成する画素毎に配置すると、視差画像を構成する。   The corresponding point detection unit 6A performs noise determination / removal by the noise determination / removal unit 9, the reference image stored in the original image memory, and the comparison image captured by the camera 3b and stored in the original image memory. The pixels of the comparison image are associated with each pixel of the reference image by stereo matching processing. In this stereo matching process, for example, a corresponding point search is performed according to an evaluation function such as a correlation function disclosed in Patent Document 1 as Expression (3). Also, the corresponding point detection unit 6A obtains, as the parallax vector Vp, a pixel shift (= parallax) that occurs according to the distance to the area where the target object 2 exists for each pixel of the reference image using the searched corresponding points. . When this disparity vector Vp is arranged for each pixel constituting the reference image, it constitutes a disparity image.

また、対応点検出部6Aは、ノイズ判定/除去部9によってノイズの判定および除去が行われ、元画像メモリにストアされた基準画像の画素について、その画素の輝度値が0値の場合には、ステレオマッチング処理を行わず、視差ベクトルVpを0値(視差なし)とする。   The corresponding point detection unit 6A determines and removes noise by the noise determination / removal unit 9, and when the luminance value of the pixel of the reference image stored in the original image memory is zero, The stereo matching process is not performed, and the parallax vector Vp is set to 0 (no parallax).

距離計算部7は、対応点検出部6Aによって求められた視差ベクトルVpから得られる対象物体2が存在する領域までの遠近情報である距離情報を数値化した距離Zを算出する。この距離Zは、基準画像を構成する画素毎に配置すると、距離分布情報(距離画像)を構成する。   The distance calculation unit 7 calculates a distance Z obtained by quantifying distance information, which is perspective information from the disparity vector Vp obtained by the corresponding point detection unit 6A to the area where the target object 2 exists. If this distance Z is arranged for each pixel constituting the reference image, it constitutes distance distribution information (distance image).

図2は、本発明の第1実施形態に係るステレオ画像処理方法を説明するフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart for explaining the stereo image processing method according to the first embodiment of the present invention.

図2に示すように、先ずステップS1では、ノイズ判定/除去部9は、カメラ3aが撮像し、元画像メモリがストアする基準画像を構成する画素の入力を受け、その画素の輝度値と所定のしきい値Nthとを比較する。画素の輝度値が所定のしきい値Nthよりも小さい場合はステップS2へ進む。その他の場合はステップS3へ進む。   As shown in FIG. 2, first, in step S1, the noise determination / removal unit 9 receives an input of a pixel constituting a reference image captured by the camera 3a and stored in the original image memory. And the threshold value Nth. When the luminance value of the pixel is smaller than the predetermined threshold value Nth, the process proceeds to step S2. In other cases, the process proceeds to step S3.

ステップS2では、ノイズ判定/除去部9は、ステップS1で輝度値が所定のしきい値Nthよりも小さいと判断した基準画像の画素について、その輝度値を例えば0値に置き換えて、ステップS3へ進む。   In step S2, the noise determination / removal unit 9 replaces the luminance value of the reference image pixel, for which the luminance value is determined to be smaller than the predetermined threshold Nth in step S1, with, for example, a zero value, and then proceeds to step S3. move on.

ステップS3では、対応点検出部6Aは、ノイズ判定/除去部9がステップS1で輝度値が所定のしきい値Nthよりも小さいと判断した基準画像の画素、またはステップS3で輝度値を置き換えた画素について、その画素の輝度値が0値の場合はステップS4へ進む。その他の場合はステップS5へ進む。   In step S3, the corresponding point detection unit 6A replaces the luminance value in step S3, or the pixel of the reference image that the noise determination / removal unit 9 determines in step S1 that the luminance value is smaller than the predetermined threshold value Nth. If the luminance value of the pixel is 0, the process proceeds to step S4. In other cases, the process proceeds to step S5.

ステップS4では、対応点検出部6Aは、ステップS3で輝度値が0値と判断した画素について、その画素の視差ベクトルVpを0値(視差なし)として処理を終了する。   In step S4, the corresponding point detection unit 6A sets the disparity vector Vp of the pixel for which the luminance value is determined to be 0 in step S3 to 0 (no parallax), and ends the process.

ステップS5では、対応点検出部6Aは、元画像メモリにストアした基準画像と比較画像とを用いて、ステップS3で輝度値が所定のしきい値Nth以上と判断した基準画像中の画素を注目画素として、ステレオマッチング処理によって比較画像中の対応点を探索する。この対応点検索によって基準画像中の注目画素に対応する比較画像中の対応点を特定する。次いで、この探索された比較画像中の対応点と、基準画像の注目画素とを用いて対象物体2が存在する領域までの距離Zに応じて生じる画素のズレ(=視差)を注目画素の視差ベクトルVpとして求めて処理を終了する。   In step S5, the corresponding point detection unit 6A uses the reference image stored in the original image memory and the comparison image, and pays attention to the pixel in the reference image determined in step S3 that the luminance value is equal to or greater than the predetermined threshold value Nth. As a pixel, a corresponding point in the comparison image is searched by stereo matching processing. By this corresponding point search, the corresponding point in the comparative image corresponding to the target pixel in the reference image is specified. Next, using the corresponding point in the searched comparison image and the target pixel of the reference image, the pixel shift (= parallax) generated according to the distance Z to the region where the target object 2 exists is calculated as the parallax of the target pixel. The vector Vp is obtained and the process is terminated.

このステレオマッチング処理は、例えば特許文献1に(3)式として開示されている相関関数などの評価関数に従って基準画像中の画素毎に対応付けられた比較画像中の対応点を探索する処理であり、少なくとも元画像メモリにストアされた基準画像の注目画素を含む小領域と、比較画像の対応点を含む小領域とを対応点探索に用いて、それらの領域を比較することで行われる。   This stereo matching process is a process for searching for a corresponding point in the comparison image associated with each pixel in the reference image in accordance with an evaluation function such as a correlation function disclosed in Patent Document 1 as Equation (3), for example. This is done by using at least the small area including the target pixel of the reference image stored in the original image memory and the small area including the corresponding point of the comparison image in the corresponding point search, and comparing these areas.

図2で示されたステレオ画像処理によってカメラ3aで撮像された基準画像上の画素について視差ベクトルVpが求められると、距離計算部7は、出力された各画素の視差ベクトルVpに基づいて、各画素毎の距離Zを計算する。ステレオカメラ処理部5は、基準画像の全画素について求められた視差ベクトルVpを視差画像として、また計算された距離Zを距離分布情報(距離画像)として出力する。   When the disparity vector Vp is obtained for the pixel on the reference image captured by the camera 3a by the stereo image processing shown in FIG. 2, the distance calculation unit 7 determines each disparity vector Vp based on the output disparity vector Vp of each pixel. The distance Z for each pixel is calculated. The stereo camera processing unit 5 outputs the disparity vector Vp obtained for all the pixels of the reference image as a disparity image, and the calculated distance Z as distance distribution information (distance image).

次に、ステレオマッチング処理を行わない画素を特定するしきい値Nthの設定について説明する。   Next, setting of the threshold value Nth for specifying a pixel for which stereo matching processing is not performed will be described.

図3は、本発明の第1実施形態に係るステレオ画像処理装置を構成するカメラに光の入射が遮られた状態で撮像された画像のヒストグラムの一例を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a histogram of an image captured in a state where light incidence is blocked by the camera configuring the stereo image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.

図3に示すように、絞りが全閉されるなどによって光の入射が遮られたカメラ3aによって撮像された画像、すなわち、カメラ3aによって撮像された真っ暗な画像のヒストグラムを求めると、輝度値が10〜20程度の範囲にオフセットを含むノイズの発生が確認できる。   As shown in FIG. 3, when a histogram of an image captured by the camera 3a in which light incidence is blocked by fully closing the aperture, that is, a dark image captured by the camera 3a is obtained, the luminance value is obtained. Generation of noise including an offset in a range of about 10 to 20 can be confirmed.

絞りが全閉されたカメラ3aによって撮像された画像では、理想的には、ヒストグラムは0値に集中する。しかしながら、カメラ3aによって撮像された真っ暗な画像には、ノイズやオフセットによって輝度値が0値ではない画素が含まれる。   In an image captured by the camera 3a with the aperture fully closed, ideally, the histogram concentrates on a zero value. However, the dark image captured by the camera 3a includes pixels whose luminance value is not zero due to noise or offset.

ステレオマッチング処理によってノイズを含んだ画像の視差画像を得ると、視差画像の全域に信頼性の低い視差ベクトルVpが求められ、距離情報として信頼性の低い距離分布情報(距離画像)が算出される。   When a parallax image of an image including noise is obtained by stereo matching processing, a parallax vector Vp with low reliability is obtained over the entire parallax image, and distance distribution information (distance image) with low reliability is calculated as distance information. .

そこで、真っ暗な画像のヒストグラムに現れた輝度値の最大値を包絡するしきい値Nthを設定する。   Therefore, a threshold value Nth that envelops the maximum value of the luminance value that appears in the histogram of a completely dark image is set.

図4は、本発明の第1実施形態に係るステレオ画像処理装置を構成するカメラで撮像された画像の小領域の輝度値の一例を示す図であり、(A)は、カメラで撮像されたノイズを含む基準画像の小領域の輝度値の一例を示す図であり、(B)は、(A)に示された小領域から輝度値がしきい値よりも小さい画素の輝度値を0値に置き換えた例を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the luminance value of a small area of an image captured by the camera constituting the stereo image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, and (A) is captured by the camera. It is a figure which shows an example of the luminance value of the small area | region of the reference | standard image containing noise, (B) is 0 value with the luminance value of the pixel whose luminance value is smaller than a threshold value from the small area shown by (A). It is a figure which shows the example replaced by.

ここで、カメラ3aによって撮像された真っ暗な画像のヒストグラムに現れた輝度値の最大値を包絡するしきい値の一例として、しきい値を15に設定する。   Here, the threshold value is set to 15 as an example of a threshold value that envelops the maximum value of the luminance value that appears in the histogram of the dark image captured by the camera 3a.

図4(A)に示すように、ノイズを含む基準画像の小領域について、しきい値を15と設定すると、図4(B)に示すように、しきい値15よりも小さい輝度値を有する画素が0値に置き換えられる。   As shown in FIG. 4A, when the threshold value is set to 15 for a small region of the reference image including noise, the luminance value is smaller than the threshold value 15 as shown in FIG. The pixel is replaced with a zero value.

ステレオ画像処理装置1では、基準画像の注目画素(図4の例では3×3ブロックの中心画素)の輝度値が0値の場合は、その注目画素を含む小領域はステレオマッチング処理から除外される。   In the stereo image processing apparatus 1, when the luminance value of the target pixel of the reference image (the central pixel of the 3 × 3 block in the example of FIG. 4) is 0, the small region including the target pixel is excluded from the stereo matching process. The

輝度値がしきい値Nthより小さい基準画像の画素位置では、視差ベクトルVpを0値とし、距離Zを算出しないので、ノイズの影響によって求められる視差ベクトルVpや距離Zを排除できる。したがって、ノイズの影響が小さく信頼性の高い視差ベクトルVpや距離Zから構成される視差画像と距離画像とが取得できる。   At the pixel position of the reference image whose luminance value is smaller than the threshold value Nth, the parallax vector Vp is set to 0, and the distance Z is not calculated. Therefore, it is possible to acquire a parallax image and a distance image composed of the parallax vector Vp and the distance Z that are less affected by noise and highly reliable.

さらに、絞りが全閉されたカメラによって撮像された画像のヒストグラムの最大値を包絡する値をしきい値Nthとすることで、オートゲインコントロールによるノイズの影響を排除できる。通常CCDカメラやCMOSカメラでは、感度のダイナミックレンジが低いため、明るい撮像環境から暗い撮像環境まで対応するためにオートゲインコントロールが組み込まれている。明るい撮像環境では十分に高い信号レベルが得られるため、オートゲインコントロールによる増幅度は低く、相対的にノイズレベルも低い。しかし、暗い撮像環境では信号レベルが低く、オートゲインコントロールによる増幅度が高くなり、相対的にノイズレベルが高くなる。   Furthermore, the influence of noise due to auto gain control can be eliminated by setting the value that envelops the maximum value of the histogram of the image captured by the camera with the aperture fully closed as the threshold value Nth. Usually, a CCD camera or a CMOS camera has a low dynamic range of sensitivity. Therefore, an auto gain control is incorporated in order to cope with a bright imaging environment to a dark imaging environment. Since a sufficiently high signal level can be obtained in a bright imaging environment, the amplification by auto gain control is low and the noise level is relatively low. However, in a dark imaging environment, the signal level is low, the amplification level by auto gain control is high, and the noise level is relatively high.

このように、相対的なノイズレベルが高くなる暗い撮像環境で撮像された画像を用いてしきい値Nthを設定することで、S/Nが高い画像であっても低い画像であっても所定のしきい値Nthによってノイズの影響を排除することができる。   In this way, by setting the threshold value Nth using an image captured in a dark imaging environment where the relative noise level is high, it is possible to determine whether the image has a high S / N or a low image. The threshold value Nth can eliminate the influence of noise.

なお、ヒストグラムから求められるノイズの最大値を包絡するしきい値Nthより小さい輝度値を有する画素をステレオマッチング処理から除外するため、このしきい値Nthを高くしすぎると、ステレオマッチング処理に使用できる画素数が少なくなり視差ベクトルVpや距離情報を算出できる画素数が減少する。したがって、このしきい値Nthはノイズの最大値に対して高くしすぎないことが望ましい。なお、しきい値Nthには、視差ベクトルVpや距離情報の算出に問題ない範囲でヒストグラムの最大値に余裕(+α)の値を加えても良い。例えば、この余裕(+α)の値を複数のカメラがそれぞれに生じるノイズのバラツキよりも大きくすることで、複数カメラのしきい値Nthを1台のカメラで代表して設定することが可能である。   Note that pixels having a luminance value smaller than the threshold value Nth enveloping the maximum noise value obtained from the histogram are excluded from the stereo matching process. Therefore, if this threshold value Nth is set too high, it can be used for the stereo matching process. The number of pixels decreases, and the number of pixels from which the parallax vector Vp and distance information can be calculated decreases. Therefore, it is desirable that the threshold value Nth is not too high with respect to the maximum noise value. Note that a margin (+ α) value may be added to the maximum value of the histogram within the range where there is no problem in calculating the parallax vector Vp and distance information. For example, by setting the value of the margin (+ α) to be larger than the noise variation generated by each of the plurality of cameras, it is possible to set the threshold value Nth of the plurality of cameras as a representative of one camera. .

なお、本実施形態に係るステレオ画像処理装置1およびステレオ画像処理方法において、しきい値Nthより小さい輝度値の画素の値を0値に置き換える代わりに、撮像時の信号には通常含まれない特定の値に置き換えても良い。また、しきい値Nthより小さい輝度値の画素の値を0値にした場合に、0値としてステレオマッチング処理を実施しても良い。   Note that in the stereo image processing apparatus 1 and the stereo image processing method according to the present embodiment, instead of replacing the pixel value having a luminance value smaller than the threshold value Nth with a zero value, a signal that is not normally included in the signal at the time of imaging. It may be replaced with the value of. Further, when the value of a pixel having a luminance value smaller than the threshold value Nth is set to 0 value, the stereo matching process may be performed with 0 value.

このように構成された本実施形態に係るステレオ画像処理装置1およびステレオ画像処理方法では、先ず、基準画像を撮像するカメラを構成する固体撮像素子に光を受光させない条件で画像が撮像される。次いで、この画像に含まれるノイズレベルの最大値がヒストグラムより求められる。その後、2台1組のカメラを用いた撮像をおこない、基準画像から輝度値がノイズの最大値を包絡する値より小さい画素をステレオマッチング処理から除外する。そうすると、輝度値がノイズの最大値以上の画素の値を変更することなく、ステレオカメラ処理を行って視差画像と距離情報とを得ることができる。すなわち、S/Nが大きき(ノイズの影響が小さい)画素は信頼性を維持したままステレオマッチング処理が行われ、S/Nが小さい(ノイズの影響が大きい)画素の影響は排除できる。   In the stereo image processing apparatus 1 and the stereo image processing method according to the present embodiment configured as described above, first, an image is captured under a condition in which light is not received by the solid-state imaging device that configures the camera that captures the reference image. Next, the maximum value of the noise level included in this image is obtained from the histogram. Thereafter, imaging using a set of two cameras is performed, and pixels whose luminance value is smaller than the value that envelopes the maximum noise value are excluded from the stereo matching process from the reference image. Then, the parallax image and the distance information can be obtained by performing the stereo camera process without changing the pixel value whose luminance value is equal to or greater than the maximum noise value. That is, the stereo matching process is performed on the pixels having a large S / N (the influence of noise is small) while maintaining the reliability, and the influence of the pixels having a small S / N (the influence of noise is large) can be eliminated.

本実施形態に係るステレオ画像処理装置1およびステレオ画像処理方法では、ノイズが優勢な暗い撮像環境で撮像したステレオカメラ画像から、ノイズの影響によるステレオマッチング処理の誤対応を排除して、信頼性の高い視差ベクトルVpが求められた視差画素に基づき、距離Zの誤検出を排除した距離画像を得ることができる。   In the stereo image processing apparatus 1 and the stereo image processing method according to the present embodiment, it is possible to eliminate the erroneous correspondence of the stereo matching process due to the influence of noise from the stereo camera image captured in the dark imaging environment where noise is dominant, and to improve reliability. Based on the parallax pixels for which a high parallax vector Vp is obtained, a distance image from which erroneous detection of the distance Z is eliminated can be obtained.

本実施形態に係るステレオ画像処理装置1およびステレオ画像処理方法によれば、ステレオカメラによって撮像された画像に含まれるノイズに起因するステレオマッチング処理の誤対応を減少させ、信頼性の高い視差画像および距離画像を取得することを可能にするステレオ画像処理方法を提供することができる。   According to the stereo image processing apparatus 1 and the stereo image processing method according to the present embodiment, it is possible to reduce erroneous correspondence of stereo matching processing caused by noise included in an image captured by a stereo camera, and to provide a highly reliable parallax image and A stereo image processing method that makes it possible to acquire a distance image can be provided.

[第2の実施形態]
本発明に係るステレオ画像処理方法の第2実施形態について、図5から図6を参照して説明する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the stereo image processing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図5は、本発明の第2実施形態に係るステレオ画像処理装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a stereo image processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.

このステレオ画像処理装置1Aにおいて第1実施形態のステレオ画像処理装置1と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   In this stereo image processing apparatus 1A, the same components as those in the stereo image processing apparatus 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図5に示すように、ステレオ画像処理装置1Aは、対象物体2が存在する領域のステレオ画像を撮像する2台1組のカメラ3a、3bから構成されるステレオカメラ3と、カメラ3aで撮像された画像のノイズの判定および除去が行われる第1のノイズ判定/除去部10と、カメラ3bで撮像された画像のノイズの判定および除去が行われる第2のノイズ判定/除去部11と、第1のノイズ判定/除去部10と第2のノイズ判定/除去部11とによってノイズの判定および除去が行われた画像をステレオマッチング処理よって対象物体2が存在する領域の視差画像を求め、距離分布情報(距離画像)を取得するステレオカメラ処理部5とから構成される。   As shown in FIG. 5, the stereo image processing apparatus 1 </ b> A is picked up by a stereo camera 3 including a pair of cameras 3 a and 3 b that pick up a stereo image of a region where the target object 2 exists, and the camera 3 a. A first noise determination / removal unit 10 that performs noise determination / removal on the captured image, a second noise determination / removal unit 11 that performs noise determination / removal on the image captured by the camera 3b, A parallax image of a region where the target object 2 exists is obtained by stereo matching of an image in which noise is determined and removed by the first noise determination / removal unit 10 and the second noise determination / removal unit 11, and a distance distribution is obtained. It is comprised from the stereo camera process part 5 which acquires information (distance image).

第1のノイズ判定/除去部10は、カメラ3aによって撮像され、元画像メモリにストアされた基準画像の各画素の輝度値と、所定のしきい値Nthaとを比較し、その画素の輝度値が所定のしきい値Nthaよりも小さい場合は、その画素の輝度値を所定の値、例えば0値に置き換える。この所定のしきい値Nthaは、絞りが全閉されるなどによって光の入射が遮られたカメラ3aによって撮像された画像、すなわち、カメラ3aによって撮像された真っ暗な画像についてヒストグラムを求め、ノイズやオフセットにより生じた全画素の輝度値に対してランダムノイズなどの揺らぎを考慮した包絡値として設定される。   The first noise determination / removal unit 10 compares the luminance value of each pixel of the reference image captured by the camera 3a and stored in the original image memory with a predetermined threshold value Ntha, and the luminance value of that pixel. Is smaller than a predetermined threshold value Ntha, the luminance value of the pixel is replaced with a predetermined value, for example, 0 value. The predetermined threshold value Ntha is obtained by obtaining a histogram for an image captured by the camera 3a in which light incidence is blocked by, for example, fully closing the diaphragm, that is, a dark image captured by the camera 3a. An envelope value in consideration of fluctuations such as random noise is set for the luminance values of all the pixels generated by the offset.

第2のノイズ判定/除去部11は、カメラ3bによって撮像され、元画像メモリにストアされた比較画像の各画素の輝度値と、所定のしきい値Nthbとを比較し、その画素の輝度値が所定のしきい値Nthbよりも小さい場合は、その画素の輝度値を所定の値、例えば0値に置き換える。この所定のしきい値Nthは、絞りが全閉されるなどによって光の入射が遮られたカメラ3bによって撮像された画像、すなわち、カメラ3bによって撮像された真っ暗な画像についてヒストグラムを求め、ノイズやオフセットにより生じた全画素の輝度値に対してランダムノイズなどの揺らぎを考慮した包絡値として設定される。   The second noise determination / removal unit 11 compares the luminance value of each pixel of the comparison image captured by the camera 3b and stored in the original image memory with a predetermined threshold value Nthb, and the luminance value of that pixel. Is smaller than a predetermined threshold value Nthb, the luminance value of the pixel is replaced with a predetermined value, for example, 0 value. The predetermined threshold value Nth is obtained by obtaining a histogram for an image captured by the camera 3b whose light is blocked by the aperture being fully closed, that is, a dark image captured by the camera 3b. An envelope value in consideration of fluctuations such as random noise is set for the luminance values of all the pixels generated by the offset.

ステレオカメラ処理部5は、対応点検出部6Bと、距離計算部7とから構成される。   The stereo camera processing unit 5 includes a corresponding point detection unit 6B and a distance calculation unit 7.

対応点検出部6Bは、第1のノイズ判定/除去部10によってノイズの判定および除去が行われ、元画像メモリにストアされた基準画像と、第2のノイズ判定/除去部11によってノイズの判定および除去が行われ、元画像メモリにストアされた比較画像とを、ステレオマッチング処理によって基準画像の画素毎に比較画像の画素を対応付ける。このステレオマッチング処理では、例えば特許文献1に(3)式として開示されている相関関数などの評価関数に従って対応点探索が行われる。また、対応点検出部6Bは、探索された対応点を用いて基準画像の画素毎に対象物体2が存在する領域までの距離に応じて生じる画素のズレ(=視差)を視差ベクトルVpとして求める。   The corresponding point detection unit 6B performs the determination and removal of noise by the first noise determination / removal unit 10, and determines the noise by the reference image stored in the original image memory and the second noise determination / removal unit 11. Then, the comparison image stored in the original image memory is associated with the pixel of the comparison image for each pixel of the reference image by stereo matching processing. In this stereo matching process, for example, a corresponding point search is performed according to an evaluation function such as a correlation function disclosed in Patent Document 1 as Expression (3). In addition, the corresponding point detection unit 6B obtains, as the parallax vector Vp, a pixel shift (= parallax) that occurs according to the distance to the region where the target object 2 exists for each pixel of the reference image using the searched corresponding points. .

また、対応点検出部6Bは、第1のノイズ判定/除去部10によってノイズの判定および除去が行われ、元画像メモリにストアされた基準画像の画素について、その画素の輝度値が0値の場合には、ステレオマッチング処理を行わず、視差ベクトルVpを0値(視差なし)とする。さらに、対応点検出部6Bは、第2のノイズ判定/除去部11によってノイズの判定および除去が行われ、元画像メモリにストアされ、基準画像の画素に対応付けられた比較画像の画素について、その画素の輝度値が0値の場合には、ステレオマッチング処理を行わず、視差ベクトルVpを0値(視差なし)とする。   The corresponding point detection unit 6B determines and removes noise by the first noise determination / removal unit 10, and the luminance value of the pixel of the reference image stored in the original image memory is 0. In this case, the stereo matching process is not performed, and the parallax vector Vp is set to 0 value (no parallax). Further, the corresponding point detection unit 6B determines and removes noise by the second noise determination / removal unit 11, stores the original image memory, and compares the pixels of the comparison image associated with the pixels of the reference image. When the luminance value of the pixel is 0, the stereo matching process is not performed and the parallax vector Vp is set to 0 (no parallax).

図6は、本発明の第2実施形態に係るステレオ画像処理方法を説明するフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart illustrating a stereo image processing method according to the second embodiment of the present invention.

図6に示すように、先ずステップS11では、第1のノイズ判定/除去部10は、カメラ3aが撮像し、元画像メモリがストアする基準画像を構成する画素の入力を受け、その画素の輝度値と所定のしきい値Nthaとを比較する。画素の輝度値が所定のしきい値Nthaよりも小さい場合はステップS12へ進む。その他の場合はステップS13へ進む。   As shown in FIG. 6, first, in step S11, the first noise determination / removal unit 10 receives an input of a pixel constituting a reference image captured by the camera 3a and stored in the original image memory, and brightness of the pixel. The value is compared with a predetermined threshold value Ntha. When the luminance value of the pixel is smaller than the predetermined threshold value Ntha, the process proceeds to step S12. In other cases, the process proceeds to step S13.

ステップS12では、第1のノイズ判定/除去部10は、ステップS11で輝度値が所定のしきい値Nthaよりも小さいと判断した基準画像の画素について、その輝度値を例えば0値に置き換えて、ステップS15へ進む。   In step S12, the first noise determination / removal unit 10 replaces the luminance value with, for example, a zero value for the pixel of the reference image that has been determined in step S11 that the luminance value is smaller than the predetermined threshold value Ntha. Proceed to step S15.

ステップS13では、第2のノイズ判定/除去部11は、カメラ3bが撮像し、元画像メモリがストアする比較画像を構成する画素の入力を受け、その画素の輝度値と所定のしきい値Nthbとを比較する。画素の輝度値が所定のしきい値Nthbよりも小さい場合はステップS14へ進む。その他の場合はステップS15へ進む。   In step S13, the second noise determination / removal unit 11 receives an input of a pixel constituting a comparison image captured by the camera 3b and stored in the original image memory, and the luminance value of the pixel and a predetermined threshold value Nthb. And compare. When the luminance value of the pixel is smaller than the predetermined threshold value Nthb, the process proceeds to step S14. In other cases, the process proceeds to step S15.

ステップS14では、第2のノイズ判定/除去部11は、ステップS13で輝度値が所定のしきい値Nthbよりも小さいと判断した比較画像の画素について、その画素の輝度値を例えば0値に置き換えて、ステップS15へ進む。   In step S14, the second noise determination / removal unit 11 replaces the luminance value of the pixel with a zero value, for example, for the pixel of the comparative image that has been determined in step S13 that the luminance value is smaller than the predetermined threshold value Nthb. Then, the process proceeds to step S15.

ステップS15では、対応点検出部6Bは、第1のノイズ判定/除去部10がステップS11で輝度値が所定のしきい値Nthaよりも小さいと判断した基準画像の画素、またはステップS12で輝度値を置き換えた基準画像の画素について、その画素の輝度値が0値の場合はステップS16へ進む。その他の場合はステップS17へ進む。   In step S15, the corresponding point detection unit 6B determines whether the first noise determination / removal unit 10 has determined that the luminance value is smaller than the predetermined threshold value Ntha in step S11, or the luminance value in step S12. If the luminance value of the pixel of the reference image in which is replaced is 0, the process proceeds to step S16. In other cases, the process proceeds to step S17.

ステップS16では、対応点検出部6Bは、ステップS15で輝度値が0値と判断した基準画像の画素について、その画素の視差ベクトルVpを0値(視差なし)として処理を終了する。   In step S <b> 16, the corresponding point detection unit 6 </ b> B sets the disparity vector Vp of the pixel for the reference image pixel determined to have a luminance value of 0 in step S <b> 15 to 0 (no parallax), and ends the process.

ステップS17では、対応点検出部6Bは、元画像メモリにストアした基準画像と比較画像とを用いて、ステップS15で輝度値が所定のしきい値Ntha以上と判断した基準画像中の画素を注目画素として、ステレオマッチング処理によって比較画像中の対応点を探索する。この対応点検索によって基準画像中の注目画素に対応する比較画像中の対応点を特定し、ステップS18へ進む。   In step S17, the corresponding point detection unit 6B uses the reference image stored in the original image memory and the comparison image, and pays attention to the pixel in the reference image determined in step S15 that the luminance value is equal to or greater than the predetermined threshold value Ntha. As a pixel, a corresponding point in the comparison image is searched by stereo matching processing. By this corresponding point search, a corresponding point in the comparative image corresponding to the target pixel in the reference image is specified, and the process proceeds to step S18.

ステップS18では、対応点検出部6Aは、ステップS17で特定した基準画像中の注目画素に対応する比較画像中の対応点について、その対応点の輝度値が0値の場合はステップS19へ進む。その他の場合はステップS20へ進む。   In step S18, the corresponding point detection unit 6A proceeds to step S19 when the corresponding point in the comparison image corresponding to the target pixel in the reference image identified in step S17 has a 0 brightness value. In other cases, the process proceeds to step S20.

ステップS19では、対応点検出部6Bは、ステップS18で輝度値が0値と判断した比較画像中の対応点に対応する基準画像中の注目画素について、その画素の視差ベクトルVpを0値(視差なし)として処理を終了する。   In step S19, the corresponding point detection unit 6B sets the disparity vector Vp of the pixel to a zero value (disparity) for the pixel of interest in the reference image corresponding to the corresponding point in the comparison image determined to have a luminance value of 0 in step S18. None) and the process is terminated.

ステップS20では、対応点検出部6Aは、ステップS17で特定した基準画像中の注目画素に対応する比較画像中の対応点と、基準画像の注目画素とを用いて対象物体2が存在する領域までの距離Zに応じて生じる画素のズレ(=視差)を注目画素の視差ベクトルVpとして求めて処理を終了する。   In step S20, the corresponding point detection unit 6A uses the corresponding point in the comparison image corresponding to the target pixel in the reference image specified in step S17 and the region where the target object 2 exists using the target pixel in the reference image. The pixel shift (= parallax) generated according to the distance Z is determined as the parallax vector Vp of the pixel of interest, and the process is terminated.

このステレオマッチング処理は、例えば特許文献1に(3)式として開示されている相関関数などの評価関数に従って基準画像中の画素毎に対応付けられた比較画像中の対応点を探索する処理であり、少なくとも元画像メモリにストアされた基準画像の注目画素を含む小領域と、比較画像の対応点を含む小領域とを対応点探索に用いて、それらの領域を比較することで行われる。   This stereo matching process is a process for searching for a corresponding point in the comparison image associated with each pixel in the reference image in accordance with an evaluation function such as a correlation function disclosed in Patent Document 1 as Equation (3), for example. This is done by using at least the small area including the target pixel of the reference image stored in the original image memory and the small area including the corresponding point of the comparison image in the corresponding point search, and comparing these areas.

図6で示されたステレオ画像処理によってカメラ3aで撮像された基準画像上の画素について視差ベクトルVpが求められると、距離計算部7は、出力された各画素の視差ベクトルVpに基づいて、各画素毎の距離Zを計算する。ステレオカメラ処理部5は、基準画像の全画素について求められた視差ベクトルVpを視差画像として、計算された距離Zを距離分布情報(距離画像)として出力する。   When the parallax vector Vp is obtained for the pixel on the reference image captured by the camera 3a by the stereo image processing shown in FIG. 6, the distance calculation unit 7 determines each pixel based on the output parallax vector Vp of each pixel. The distance Z for each pixel is calculated. The stereo camera processing unit 5 outputs the calculated distance Z as distance distribution information (distance image) using the parallax vector Vp obtained for all pixels of the reference image as a parallax image.

しきい値Ntha、Nthbには、視差ベクトルVpや距離情報の算出に問題ない範囲でヒストグラムの最大値に余裕(+α)の値を加えても良い。例えば、この余裕(+α)の値をカメラ3aとカメラ3bとがそれぞれに生じるノイズのバラツキよりも大きくすることで、カメラ3aとカメラ3bとのしきい値Ntha、Nthbをいずれか一方のカメラのしきい値Nthで代表して設定することが可能である。   For the threshold values Ntha and Nthb, a margin (+ α) value may be added to the maximum value of the histogram within a range where there is no problem in calculating the parallax vector Vp and the distance information. For example, by setting the value of the margin (+ α) to be larger than the noise variation that occurs between the camera 3a and the camera 3b, the threshold values Ntha and Nthb between the camera 3a and the camera 3b are set to the values of either camera. The threshold value Nth can be set as a representative.

なお、本実施形態に係る本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Aおよびステレオ画像処理方法において、しきい値Ntha、Nthbより小さい輝度値の画素の値を0値に置き換える代わりに、撮像時の信号には通常含まれない特定の値に置き換えても良い。また、しきい値Ntha、Nthbより小さい輝度値の画素の値を0値にした場合に、0値としてステレオマッチング処理を実施しても良い。   In the stereo image processing apparatus 1A and the stereo image processing method according to the present embodiment, instead of replacing the pixel values having luminance values smaller than the threshold values Ntha and Nthb with 0 values, signals at the time of imaging are used. May be replaced with a specific value not normally included. Further, when the pixel value having a luminance value smaller than the threshold values Ntha and Nthb is set to 0 value, the stereo matching process may be performed with 0 value.

第1実施形態に係るステレオ画像処理装置1およびステレオ画像処理方法では、基準画像の注目画素の輝度値がしきい値Ntha以上であって、注目画素に対応する比較画像の対応点の輝度値がしきい値Nthbよりも小さい場合であっても、ステレオマッチング処理を行う基準画像の小領域と比較画像の小領域との対応付けが行われる。   In the stereo image processing apparatus 1 and the stereo image processing method according to the first embodiment, the luminance value of the target pixel of the reference image is equal to or higher than the threshold value Ntha, and the luminance value of the corresponding point of the comparison image corresponding to the target pixel is Even when the threshold value is smaller than the threshold value Nthb, the small area of the reference image on which the stereo matching process is performed is associated with the small area of the comparison image.

本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Aおよびステレオ画像処理方法では、比較画像中の対応点の輝度値がしきい値Nthbよりも小さい場合には、その対応点に対応する基準画像の注目画素の視差ベクトルVpを求めない。したがって、輝度値がしきい値Nthbより小さい比較画像の画素に対応する基準画像の画素位置では、視差ベクトルVpを0値とし、距離Zを算出しないので、ノイズの影響によって求められる視差ベクトルVpや距離Zを排除できる。したがって、ノイズの影響が小さく信頼性の高い視差ベクトルVpや距離Zから構成される視差画像と距離画像とが取得できる。   In the stereo image processing apparatus 1A and the stereo image processing method according to the present embodiment, when the luminance value of the corresponding point in the comparison image is smaller than the threshold value Nthb, the target pixel of the reference image corresponding to the corresponding point is detected. The parallax vector Vp is not obtained. Therefore, the parallax vector Vp is set to 0 at the pixel position of the reference image corresponding to the pixel of the comparative image whose luminance value is smaller than the threshold value Nthb, and the distance Z is not calculated. The distance Z can be eliminated. Therefore, it is possible to acquire a parallax image and a distance image composed of the parallax vector Vp and the distance Z that are less affected by noise and highly reliable.

本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Aおよびステレオ画像処理方法では、ノイズが優勢な暗い撮像環境で撮像したステレオカメラ画像から、ノイズの影響によるステレオマッチング処理の誤対応を排除して、信頼性の高い視差ベクトルVpが求められた視差画素に基づき、距離Zの誤検出を排除した距離画像を得ることができる。   In the stereo image processing apparatus 1A and the stereo image processing method according to the present embodiment, the reliability of the stereo matching process due to the influence of noise is eliminated from the stereo camera image captured in the dark imaging environment where noise is dominant. Based on the parallax pixels for which a high parallax vector Vp is obtained, a distance image from which erroneous detection of the distance Z is eliminated can be obtained.

本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Aおよびステレオ画像処理方法によれば、ステレオカメラによって撮像された画像に含まれるノイズに起因するステレオマッチング処理の誤対応を減少させ、信頼性の高い視差画像および距離画像を取得することを可能にするステレオ画像処理方法を提供することができる。   According to the stereo image processing apparatus 1A and the stereo image processing method according to the present embodiment, it is possible to reduce erroneous correspondence of stereo matching processing caused by noise included in an image captured by a stereo camera, and to provide a highly reliable parallax image and A stereo image processing method that makes it possible to acquire a distance image can be provided.

[第3の実施形態]
本発明に係るステレオ画像処理方法の第3実施形態について、図7から図8を参照して説明する。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the stereo image processing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図7は、本発明の第3実施形態に係るステレオ画像処理装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a stereo image processing apparatus according to the third embodiment of the present invention.

このステレオ画像処理装置1Bにおいて第1実施形態のステレオ画像処理装置1と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   In this stereo image processing apparatus 1B, the same components as those in the stereo image processing apparatus 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図7に示すように、ステレオ画像処理装置1Bは、対象物体2が存在する領域のステレオ画像を撮像する2台1組のカメラ3a、3bから構成されるステレオカメラ3と、カメラ3aで撮像された画像のノイズの判定が行われるノイズ判定部13と、ノイズ判定部13で判定されたノイズの画素位置情報が記録されるノイズ位置記録部14と、カメラ3aとカメラ3bとで撮像された各画像をステレオマッチング処理によって対象物体2が存在する領域の視差画像を求め、距離分布情報(距離画像)を取得するステレオカメラ処理部5と、ノイズ位置記録部14に記録された画素位置情報に基づいてステレオカメラ処理部5で取得された距離分布情報を変更するノイズ位置データ変更部15とから構成される。   As shown in FIG. 7, the stereo image processing apparatus 1B is picked up by a stereo camera 3 including a pair of cameras 3a and 3b that pick up a stereo image of a region where the target object 2 exists, and the camera 3a. The noise determination unit 13 for determining the noise of the captured image, the noise position recording unit 14 for recording the pixel position information of the noise determined by the noise determination unit 13, and each of the images captured by the camera 3a and the camera 3b A stereo camera processing unit 5 that obtains distance distribution information (distance image) by obtaining a parallax image of an area where the target object 2 exists by stereo matching processing, and pixel position information recorded in the noise position recording unit 14 The noise position data changing unit 15 changes the distance distribution information acquired by the stereo camera processing unit 5.

ノイズ判定部13は、カメラ3aによって撮像され、元画像メモリにストアされた基準画像の各画素の輝度値と、所定のしきい値Nthとを比較し、その画素の輝度値が所定のしきい値Nthよりも小さい場合は、その画素の画素位置をノイズ位置記録部14に出力する。   The noise determination unit 13 compares the luminance value of each pixel of the reference image captured by the camera 3a and stored in the original image memory with a predetermined threshold value Nth, and the luminance value of the pixel has a predetermined threshold value. When the value is smaller than the value Nth, the pixel position of the pixel is output to the noise position recording unit 14.

ノイズ位置記録部14は、ノイズ判定部13から出力された基準画像の画素位置を記録する。すなわち、ノイズ位置記録部14には、カメラ3aによって撮像された基準画像中の画素であって、輝度値が所定のしきい値Nthよりも小さい画素の画素位置が記録される。   The noise position recording unit 14 records the pixel position of the reference image output from the noise determination unit 13. That is, the noise position recording unit 14 records the pixel positions of pixels in the reference image captured by the camera 3a and having a luminance value smaller than the predetermined threshold value Nth.

ステレオカメラ処理部5は、対応点検出部6Cと、距離計算部7とから構成される。   The stereo camera processing unit 5 includes a corresponding point detection unit 6C and a distance calculation unit 7.

対応点検出部6Cは、カメラ3aによって撮像され、元画像メモリにストアされた基準画像と、カメラ3bによって撮像され、元画像メモリにストアされた比較画像とを、ステレオマッチング処理によって基準画像の画素毎に比較画像の画素を対応付ける。また、対応点検出部6は、探索された対応点を用いて基準画像の画素毎に対象物体2が存在する領域までの距離に応じて生じる画素のズレ(=視差)を視差ベクトルVpとして求める。   Corresponding point detection unit 6C captures the reference image captured by camera 3a and stored in the original image memory, and the comparison image captured by camera 3b and stored in the original image memory by performing a stereo matching process. The pixels of the comparison image are associated with each other. In addition, the corresponding point detection unit 6 obtains, as the parallax vector Vp, a pixel shift (= parallax) that occurs according to the distance to the area where the target object 2 exists for each pixel of the reference image using the searched corresponding points. .

ノイズ位置データ変更部15は、距離計算機10によって取得された距離分布情報(距離画像)について、ノイズ位置記録部14に記録された画素位置の値を例えば0値に変更する。また、ノイズ位置データ変更部15は、対応点検出部6によって算出された視差画像について、ノイズ位置記録部14に記録された画素位置の値を例えば0値に変更するよう構成することもできる。   The noise position data changing unit 15 changes the value of the pixel position recorded in the noise position recording unit 14 to, for example, 0 value for the distance distribution information (distance image) acquired by the distance calculator 10. The noise position data changing unit 15 can also be configured to change the value of the pixel position recorded in the noise position recording unit 14 to, for example, 0 value for the parallax image calculated by the corresponding point detection unit 6.

図8は、本発明の第3実施形態に係るステレオ画像処理方法を説明するフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart for explaining a stereo image processing method according to the third embodiment of the present invention.

図8に示すように、先ずステップS21では、対応点検出部6Cは、元画像メモリにストアした基準画像と比較画像とを用いて、基準画像中の画素を注目画素として、ステレオマッチング処理によって比較画像中の対応点を探索する。この対応点検索によって基準画像中の注目画素に対応する比較画像中の対応点を特定する。次いで、この探索された比較画像中の対応点と、基準画像の注目画素とを用いて対象物体2が存在する領域までの距離Zに応じて生じる画素のズレ(=視差)を注目画素の視差ベクトルVpとして求める。   As shown in FIG. 8, first, in step S21, the corresponding point detection unit 6C uses the reference image stored in the original image memory and the comparison image, and compares the pixel in the reference image as a target pixel by stereo matching processing. Search for corresponding points in the image. By this corresponding point search, the corresponding point in the comparative image corresponding to the target pixel in the reference image is specified. Next, using the corresponding point in the searched comparison image and the target pixel of the reference image, the pixel shift (= parallax) generated according to the distance Z to the region where the target object 2 exists is calculated as the parallax of the target pixel. Obtained as vector Vp.

また、距離計算部7は、基準画像の注目画素の視差ベクトルVpに基づいて、注目画素の距離Zを計算する。ステレオカメラ処理部5は、基準画像の全画素について求められた視差ベクトルVpを視差画像として、また計算された距離Zを距離分布情報(距離画像)として出力して、ステップS22へ進む。   The distance calculation unit 7 calculates the distance Z of the target pixel based on the parallax vector Vp of the target pixel of the reference image. The stereo camera processing unit 5 outputs the disparity vector Vp obtained for all the pixels of the reference image as a disparity image and the calculated distance Z as distance distribution information (distance image), and proceeds to step S22.

ステップS22では、ノイズ判定部13は、カメラ3aが撮像し、元画像メモリがストアする基準画像を構成する画素の入力を受け、その画素の輝度値と所定のしきい値Nthとを比較する。画素の輝度値が所定のしきい値Nthよりも小さい場合は、その画素の基準画像における位置情報をノイズ位置記録部14に出力してステップS23へ進む。その他の場合はステップS24へ進む。   In step S22, the noise determination unit 13 receives an input of a pixel constituting a reference image captured by the camera 3a and stored in the original image memory, and compares the luminance value of the pixel with a predetermined threshold value Nth. If the luminance value of the pixel is smaller than the predetermined threshold value Nth, position information of the pixel in the reference image is output to the noise position recording unit 14, and the process proceeds to step S23. In other cases, the process proceeds to step S24.

ステップS23では、ノイズ位置記録部14は、ステップS22で輝度値が所定のしきい値Nthよりも小さいと判断した基準画像の画素について、その画素の基準画像における位置情報を記録して、ステップS24へ進む。   In step S23, the noise position recording unit 14 records the position information of the pixel in the reference image for the pixel of the reference image that has been determined in step S22 that the luminance value is smaller than the predetermined threshold value Nth. Proceed to

ステップS24では、ノイズ位置データ変更部15は、ノイズ位置記録部14がステップS23で記録した輝度値が所定のしきい値Nthaよりも小さい画素の位置情報と、ステレオカメラ処理部5がステップS21で出力した視差画像および距離画像の画素の位置情報とを比較する。ノイズ位置記録部14が記録した画素の位置情報と、ステレオカメラ処理部5が出力した視差画像および距離画像の画素の位置情報とが一致した場合は、ステップS25へ進む。その他の場合は処理を終了する。   In step S24, the noise position data changing unit 15 uses the position information of the pixel whose luminance value is recorded by the noise position recording unit 14 in step S23 to be smaller than the predetermined threshold value Ntha, and the stereo camera processing unit 5 performs step S21. The output parallax image and the position information of the pixels of the distance image are compared. If the pixel position information recorded by the noise position recording unit 14 matches the pixel position information of the parallax image and the distance image output by the stereo camera processing unit 5, the process proceeds to step S25. In other cases, the process ends.

ステップS25では、ノイズ位置データ変更部15は、ステップS24でノイズ位置記録部14が記録した画素の位置情報と、ステレオカメラ処理部5が出力した視差画像および距離画像の画素の位置情報とが一致した画素位置の視差画像および距離画像の値を0値に置き換えて処理を終了する。   In step S25, the noise position data changing unit 15 matches the pixel position information recorded by the noise position recording unit 14 in step S24 with the pixel position information of the parallax image and the distance image output by the stereo camera processing unit 5. The values of the parallax image and the distance image at the pixel position are replaced with 0 values, and the process is terminated.

本実施形態に係る本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Bおよびステレオ画像処理方法では、ステレオカメラ処理部5によって求められた視差画像および距離画像から、基準画像において輝度値がしきい値Nthよりも小さい画素位置における視差ベクトルVpと距離Zとを0値に変更するため、ステレオマッチング処理を行う前の基準画像にノイズ除去等のデータ変更をおこなうことが無い。すなわち、基準画像のデータ変更に伴って、ステレオマッチング処理を行う際に対応付けを行う小領域間の相関値が偶然に最小値となって、誤った対応付けが行われることを回避できる。   In the stereo image processing apparatus 1B and the stereo image processing method according to the present embodiment according to the present embodiment, the luminance value of the reference image is greater than the threshold value Nth from the parallax image and the distance image obtained by the stereo camera processing unit 5. Since the parallax vector Vp and the distance Z at a small pixel position are changed to 0 values, data such as noise removal is not changed in the reference image before performing the stereo matching process. That is, it can be avoided that the correlation value between the small areas to be associated when performing the stereo matching process becomes the minimum value by chance due to the data change of the reference image, and erroneous association is performed.

本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Bおよびステレオ画像処理方法によれば、ステレオカメラ3とステレオカメラ処理部5とが一体化されて備えられた従来のステレオ画像処理装置30を用いて、ステレオ画像処理装置30から出力されるカメラ3a、3bで撮像された画像の輝度値と、ステレオカメラ処理で取得された視差画像および距離分布情報(距離画像)とから、ノイズ判定部13によって基準画像で輝度値がしきい値Nthよりも小さくなる画素位置を特定し、この画素位置と一致する距離画像および視差画像の画素位置の値を0値とするので、ノイズの影響によって求められる視差ベクトルVpや距離Zを排除できる。したがって、ノイズの影響が小さく信頼性の高い視差ベクトルVpや距離Zから構成される視差画像と距離画像とが取得できる。   According to the stereo image processing apparatus 1B and the stereo image processing method according to the present embodiment, a stereo image is obtained by using the conventional stereo image processing apparatus 30 in which the stereo camera 3 and the stereo camera processing unit 5 are integrated. Based on the luminance value of the image captured by the cameras 3a and 3b output from the processing device 30, and the parallax image and distance distribution information (distance image) acquired by the stereo camera process, the noise determination unit 13 determines the luminance of the reference image. The pixel position whose value is smaller than the threshold value Nth is specified, and the value of the pixel position of the distance image and the parallax image that coincides with this pixel position is set to 0 value. Z can be eliminated. Therefore, it is possible to acquire a parallax image and a distance image composed of the parallax vector Vp and the distance Z that are less affected by noise and highly reliable.

また、本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Bおよびステレオ画像処理方法によれば、ステレオカメラ処理部5から基準画像と視差画像とを取得して、基準画像で輝度値がしきい値Nthよりも小さくなる画素位置を特定し、この画素位置と一致する視差画像の画素位置の値を0値とすることで、ノイズの影響によって求められる視差ベクトルVpや距離Zを排除できる。したがって、ノイズの影響が小さく信頼性の高い視差ベクトルVpや距離Zから構成される視差画像と距離画像とが取得できる。   Further, according to the stereo image processing device 1B and the stereo image processing method according to the present embodiment, the reference image and the parallax image are acquired from the stereo camera processing unit 5, and the luminance value of the reference image is greater than the threshold value Nth. By specifying a pixel position that becomes smaller and setting the value of the pixel position of the parallax image that coincides with this pixel position to 0, the parallax vector Vp and the distance Z obtained by the influence of noise can be eliminated. Therefore, it is possible to acquire a parallax image and a distance image composed of the parallax vector Vp and the distance Z that are less affected by noise and highly reliable.

[第4の実施形態]
本発明に係るステレオ画像処理方法の第4実施形態について、図9から図10を参照して説明する。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the stereo image processing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図9は、本発明の第4実施形態に係るステレオ画像処理装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a stereo image processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.

このステレオ画像処理装置1Cにおいて第1実施形態のステレオ画像処理装置1と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   In this stereo image processing apparatus 1C, the same components as those in the stereo image processing apparatus 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図9に示すように、ステレオ画像処理装置1Cは、対象物体2が存在する領域のステレオ画像を撮像する2台1組のカメラ3a、3bから構成されるステレオカメラ3と、カメラ3aで撮像された画像のノイズの判定が行われる第1のノイズ判定部17と、第1のノイズ判定部17で判定されたノイズの画素位置情報が記録される第1のノイズ位置記録部18と、カメラ3bで撮像された画像のノイズの判定が行われる第2のノイズ判定部19と、第2のノイズ判定部19で判定されたノイズの画素位置情報が記録される第2のノイズ位置記録部20と、カメラ3aとカメラ3bとで撮像された各画像をステレオマッチング処理よって対象物体2が存在する領域の視差画像を求め、距離分布情報(距離画像)を取得するステレオカメラ処理部5と、第1のノイズ位置記録部18と第2のノイズ位置記録部20とに記録された画素位置情報に基づいてステレオカメラ処理部5で取得された距離分布情報を変更するノイズ位置データ変更部15Aとから構成される。   As shown in FIG. 9, the stereo image processing apparatus 1 </ b> C is picked up by a camera 3 a and a stereo camera 3 including a pair of cameras 3 a and 3 b that pick up a stereo image of a region where the target object 2 exists. A first noise determination unit 17 that performs noise determination of a captured image, a first noise position recording unit 18 that records pixel position information of noise determined by the first noise determination unit 17, and a camera 3b. A second noise determination unit 19 for determining noise of the image captured in step 2; a second noise position recording unit 20 for recording pixel position information of the noise determined by the second noise determination unit 19; Stereo camera processing unit that obtains distance distribution information (distance image) by obtaining a parallax image of a region where the target object 2 exists by stereo matching processing of each image captured by the camera 3a and the camera 3b And a noise position data changing unit that changes the distance distribution information acquired by the stereo camera processing unit 5 based on the pixel position information recorded in the first noise position recording unit 18 and the second noise position recording unit 20. 15A.

第1のノイズ判定部17は、カメラ3aによって撮像され、元画像メモリにストアされた基準画像の各画素の輝度値と、所定のしきい値Nthaとを比較し、その画素の輝度値が所定のしきい値Nthaよりも小さい場合は、その画素の画素位置を第1のノイズ位置記録部18に出力する。   The first noise determination unit 17 compares the luminance value of each pixel of the reference image captured by the camera 3a and stored in the original image memory with a predetermined threshold value Ntha, and the luminance value of the pixel is predetermined. Is smaller than the threshold value Ntha, the pixel position of the pixel is output to the first noise position recording unit 18.

第1のノイズ位置記録部18は、第1のノイズ判定部17から出力された基準画像の画素位置を記録する。すなわち、第1のノイズ位置記録部18には、カメラ3aによって撮像された基準画像中の画素であって、輝度値が所定のしきい値Nthaよりも小さい画素の画素位置が記録される。   The first noise position recording unit 18 records the pixel position of the reference image output from the first noise determination unit 17. That is, the first noise position recording unit 18 records the pixel positions of pixels in the reference image captured by the camera 3a and having a luminance value smaller than the predetermined threshold value Ntha.

第2のノイズ判定部19は、カメラ3bによって撮像され、元画像メモリにストアされた比較画像の各画素の輝度値と、所定のしきい値Nthbとを比較し、その画素の輝度値が所定のしきい値Nthbよりも小さい場合は、その画素の画素位置を第2のノイズ位置記録部20に出力する。   The second noise determination unit 19 compares the luminance value of each pixel of the comparison image captured by the camera 3b and stored in the original image memory with a predetermined threshold value Nthb, and the luminance value of the pixel is predetermined. Is smaller than the threshold value Nthb, the pixel position of the pixel is output to the second noise position recording unit 20.

第2のノイズ位置記録部20は、第2のノイズ判定部19から出力された比較画像の画素位置を記録する。すなわち、第2のノイズ位置記録部20には、カメラ3bによって撮像された比較画像中の画素であって、輝度値が所定のしきい値Nthbよりも小さい画素の画素位置が記録される。   The second noise position recording unit 20 records the pixel position of the comparison image output from the second noise determination unit 19. That is, the second noise position recording unit 20 records the pixel positions of pixels in the comparison image captured by the camera 3b and having a luminance value smaller than the predetermined threshold value Nthb.

ステレオカメラ処理部5は、対応点検出部6Cと、距離計算部7とから構成される。   The stereo camera processing unit 5 includes a corresponding point detection unit 6C and a distance calculation unit 7.

対応点検出部6Cは、カメラ3aによって撮像され、元画像メモリにストアされた基準画像と、カメラ3bによって撮像され、元画像メモリにストアされた比較画像とを、ステレオマッチング処理によって基準画像の画素毎に比較画像の画素を対応付ける。また、対応点検出部6Cは、探索された対応点を用いて基準画像の画素毎に対象物体2が存在する領域までの距離に応じて生じる画素のズレ(=視差)を視差ベクトルVpとして求める。   Corresponding point detection unit 6C captures the reference image captured by camera 3a and stored in the original image memory, and the comparison image captured by camera 3b and stored in the original image memory by performing a stereo matching process. The pixels of the comparison image are associated with each other. In addition, the corresponding point detection unit 6C obtains, as the parallax vector Vp, a pixel shift (= parallax) that occurs according to the distance to the area where the target object 2 exists for each pixel of the reference image using the searched corresponding points. .

ノイズ位置データ変更部15Aは、距離計算機10によって取得された距離分布情報(距離画像)について、第1のノイズ位置記録部18に記録された画素位置の値を例えば0値に変更する。また、ノイズ位置データ変更部15Aは、距離計算機10によって取得された距離分布情報(距離画像)について、第2のノイズ位置記録部20に記録された画素位置に対応付けされた基準画像の画素位置の値を例えば0値に変更する。   For the distance distribution information (distance image) acquired by the distance calculator 10, the noise position data changing unit 15 </ b> A changes the pixel position value recorded in the first noise position recording unit 18 to, for example, 0 value. In addition, the noise position data changing unit 15 </ b> A uses the pixel position of the reference image associated with the pixel position recorded in the second noise position recording unit 20 for the distance distribution information (distance image) acquired by the distance calculator 10. The value of is changed to 0 value, for example.

なお、ノイズ位置データ変更部15Aは、対応点検出部6によって算出された視差画像について、第1のノイズ位置記録部18に記録された画素位置の値を例えば0値に変更するよう構成することもできる。また、ノイズ位置データ変更部15Aは、距離計算機10によって算出された視差画像について、第2のノイズ位置記録部20に記録された画素位置に対応付けされた基準画像の画素位置の値を例えば0値に変更するよう構成することもできる。   The noise position data changing unit 15A is configured to change the value of the pixel position recorded in the first noise position recording unit 18 to, for example, 0 value for the parallax image calculated by the corresponding point detection unit 6. You can also. In addition, the noise position data changing unit 15A sets the pixel position value of the reference image associated with the pixel position recorded in the second noise position recording unit 20 for the parallax image calculated by the distance calculator 10 to 0, for example. It can also be configured to change to a value.

図10は、本発明の第4実施形態に係るステレオ画像処理方法を説明するフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart illustrating a stereo image processing method according to the fourth embodiment of the present invention.

図10に示すように、先ずステップS31では、対応点検出部6Cは、元画像メモリにストアした基準画像と比較画像とを用いて、基準画像中の画素を注目画素として、ステレオマッチング処理によって比較画像中の対応点を探索する。この対応点検索によって基準画像中の注目画素に対応する比較画像中の対応点を特定する。次いで、この探索された比較画像中の対応点と、基準画像の注目画素とを用いて対象物体2が存在する領域までの距離Zに応じて生じる画素のズレ(=視差)を注目画素の視差ベクトルVpとして求める。   As shown in FIG. 10, first, in step S31, the corresponding point detection unit 6C uses the reference image stored in the original image memory and the comparison image as a pixel of interest and compares them by a stereo matching process. Search for corresponding points in the image. By this corresponding point search, the corresponding point in the comparative image corresponding to the target pixel in the reference image is specified. Next, using the corresponding point in the searched comparison image and the target pixel of the reference image, the pixel shift (= parallax) generated according to the distance Z to the region where the target object 2 exists is calculated as the parallax of the target pixel. Obtained as vector Vp.

また、距離計算部7は、基準画像の注目画素の視差ベクトルVpに基づいて、注目画素の距離Zを計算する。ステレオカメラ処理部5は、基準画像の全画素について求められた視差ベクトルVpを視差画像として、また計算された距離Zを距離分布情報(距離画像)として出力して、ステップS32へ進む。   The distance calculation unit 7 calculates the distance Z of the target pixel based on the parallax vector Vp of the target pixel of the reference image. The stereo camera processing unit 5 outputs the disparity vector Vp obtained for all the pixels of the reference image as a disparity image and the calculated distance Z as distance distribution information (distance image), and proceeds to step S32.

ステップS32では、第1のノイズ判定部17は、カメラ3aが撮像し、元画像メモリがストアする基準画像を構成する画素の入力を受け、その画素の輝度値と所定のしきい値Nthaとを比較する。画素の輝度値が所定のしきい値Nthaよりも小さい場合は、その画素の基準画像における位置情報を第1のノイズ位置記録部18に出力してステップS33へ進む。その他の場合はステップS34へ進む。   In step S32, the first noise determination unit 17 receives an input of a pixel constituting a reference image captured by the camera 3a and stored in the original image memory, and calculates a luminance value of the pixel and a predetermined threshold value Ntha. Compare. When the luminance value of the pixel is smaller than the predetermined threshold value Ntha, the position information of the pixel in the reference image is output to the first noise position recording unit 18 and the process proceeds to step S33. In other cases, the process proceeds to step S34.

ステップS33では、第1のノイズ位置記録部18は、ステップS32で輝度値が所定のしきい値Nthaよりも小さいと判断した基準画像の画素について、その画素の基準画像における位置情報を記録して、ステップS34へ進む。   In step S33, the first noise position recording unit 18 records the position information of the pixel in the reference image for the pixel of the reference image determined in step S32 that the luminance value is smaller than the predetermined threshold value Ntha. The process proceeds to step S34.

ステップS34では、第2のノイズ判定部19は、カメラ3bが撮像し、元画像メモリがストアする比較画像を構成する画素の入力を受け、その画素の輝度値と所定のしきい値Nthbとを比較する。画素の輝度値が所定のしきい値Nthbよりも小さい場合は、その画素の比較画像における位置情報を第2のノイズ位置記録部20に出力してステップS35へ進む。その他の場合はステップS36へ進む。   In step S34, the second noise determination unit 19 receives an input of a pixel constituting a comparison image captured by the camera 3b and stored in the original image memory, and calculates a luminance value of the pixel and a predetermined threshold value Nthb. Compare. When the luminance value of the pixel is smaller than the predetermined threshold value Nthb, the position information of the pixel in the comparison image is output to the second noise position recording unit 20 and the process proceeds to step S35. In other cases, the process proceeds to step S36.

ステップS35では、第2のノイズ位置記録部20は、ステップS34で輝度値が所定のしきい値Nthbよりも小さいと判断した比較画像の画素について、その画素の比較画像における位置情報を記録して、ステップS36へ進む。   In step S35, the second noise position recording unit 20 records the position information in the comparison image of the pixel of the comparison image that has been determined in step S34 that the luminance value is smaller than the predetermined threshold value Nthb. The process proceeds to step S36.

ステップS36では、ノイズ位置データ変更部15Aは、第1のノイズ位置記録部18がステップS33で記録した輝度値が所定のしきい値Nthaよりも小さい画素の位置情報と、ステレオカメラ処理部5がステップS31で出力した視差画像および距離画像の画素の位置情報とを比較する。第1のノイズ位置記録部18が記録した画素の位置情報と、ステレオカメラ処理部5が出力した視差画像および距離画像の画素の位置情報とが一致した場合は、ステップS37へ進む。その他の場合はステップS38へ進む。   In step S36, the noise position data changing unit 15A causes the position information of the pixel whose luminance value is recorded by the first noise position recording unit 18 in step S33 to be smaller than the predetermined threshold value Ntha, and the stereo camera processing unit 5 The position information of the pixels of the parallax image and the distance image output in step S31 is compared. If the pixel position information recorded by the first noise position recording unit 18 matches the pixel position information of the parallax image and the distance image output by the stereo camera processing unit 5, the process proceeds to step S37. In other cases, the process proceeds to step S38.

ステップS37では、ノイズ位置データ変更部15Aは、ステップS36で第1のノイズ位置記録部18が記録した画素の位置情報と、ステレオカメラ処理部5が出力した距離画像の画素の位置情報とが一致した画素位置の視差画像および距離画像の値を0値に置き換えて処理を終了する。   In step S37, the noise position data changing unit 15A matches the pixel position information recorded by the first noise position recording unit 18 in step S36 with the pixel position information of the distance image output by the stereo camera processing unit 5. The values of the parallax image and the distance image at the pixel position are replaced with 0 values, and the process is terminated.

ステップS38では、ノイズ位置データ変更部15Aは、第1のノイズ判定部17がステップS32で輝度値が所定のしきい値Ntha以上と判断した基準画像の画素について、ステレオカメラ処理部5がステップS31で出力した視差画像を用いて、この基準画像の画素に対応付けられた比較画像中の画素の位置情報を取得する。次いで、比較画像の画素の位置情報と、第2のノイズ位置記録部20がステップS35で記録した比較画像の位置情報とを比較する。比較画像の画素の位置情報と、第2のノイズ位置記録部20がステップS35で記録した比較画像の位置情報とが一致した場合は、ステップS39へ進む。その他の場合は処理を終了する。   In step S38, the noise position data changing unit 15A causes the stereo camera processing unit 5 to perform step S31 for the pixels of the reference image that the first noise determination unit 17 determines that the luminance value is equal to or greater than the predetermined threshold value Ntha in step S32. The position information of the pixels in the comparison image associated with the pixels of the reference image is acquired using the parallax image output in step S2. Next, the position information of the pixels of the comparison image is compared with the position information of the comparison image recorded by the second noise position recording unit 20 in step S35. If the position information of the pixel of the comparison image matches the position information of the comparison image recorded by the second noise position recording unit 20 in step S35, the process proceeds to step S39. In other cases, the process ends.

ステップS39では、ノイズ位置データ変更部15Aは、ステップS38で基準画像の画素の位置情報と、ステレオカメラ処理部5が出力した距離画像の画素の位置情報とが一致した画素位置の視差画像および距離画像の値を0値に置き換えて処理を終了する。   In step S39, the noise position data changing unit 15A, the pixel position information of the reference image in step S38 and the position information of the pixel of the distance image output from the stereo camera processing unit 5 match the disparity image and distance. The value of the image is replaced with 0 value, and the process ends.

本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Bおよびステレオ画像処理方法では、ステレオカメラ処理部5によって求められた視差画像および距離画像から、基準画像において輝度値がしきい値Nthよりも小さい画素位置における視差ベクトルVpもしくは距離Zを0値に変更するため、ステレオマッチング処理を行う前の基準画像にノイズ除去等のデータ変更をおこなうことが無い。すなわち、基準画像のデータ変更に伴って、ステレオマッチング処理を行う際に対応付けを行う小領域間の相関値が偶然に最小値となって、誤った対応付けが行われることを回避できる。   In the stereo image processing device 1B and the stereo image processing method according to the present embodiment, the parallax at the pixel position whose luminance value is smaller than the threshold value Nth in the reference image from the parallax image and the distance image obtained by the stereo camera processing unit 5. Since the vector Vp or the distance Z is changed to a zero value, data such as noise removal is not changed on the reference image before performing the stereo matching process. That is, it can be avoided that the correlation value between the small areas to be associated when performing the stereo matching process becomes the minimum value by chance due to the data change of the reference image, and erroneous association is performed.

本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Cおよびステレオ画像処理方法によれば、ステレオカメラ3とステレオカメラ処理部5とが一体化されて備えられた従来のステレオ画像処理装置30を用いて、ステレオ画像処理装置30から出力されるカメラ3a、3bで撮像された画像の輝度値と、ステレオカメラ処理で取得された視差画像および距離分布情報(距離画像)とから、ノイズ判定部13によって基準画像で輝度値がしきい値Nthよりも小さくなる画素位置を特定し、この画素位置と一致する距離画像および視差画像の画素位置の値を0値とすることで、ノイズの影響によって求められる視差ベクトルVpや距離Zを排除できる。したがって、ノイズの影響が小さく信頼性の高い視差ベクトルVpや距離Zから構成される視差画像と距離画像とが取得できる。   According to the stereo image processing apparatus 1 </ b> C and the stereo image processing method according to the present embodiment, a stereo image is obtained using the conventional stereo image processing apparatus 30 in which the stereo camera 3 and the stereo camera processing unit 5 are integrated. Based on the luminance value of the image captured by the cameras 3a and 3b output from the processing device 30, and the parallax image and distance distribution information (distance image) acquired by the stereo camera process, the noise determination unit 13 determines the luminance of the reference image. By specifying a pixel position whose value is smaller than the threshold value Nth and setting the value of the pixel position of the distance image and the parallax image that coincides with this pixel position to 0, the parallax vector Vp obtained by the influence of noise or The distance Z can be eliminated. Therefore, it is possible to acquire a parallax image and a distance image composed of the parallax vector Vp and the distance Z that are less affected by noise and highly reliable.

また、本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Cおよびステレオ画像処理方法では、ステレオカメラ処理部5から基準画像と視差画像とを取得して、基準画像で輝度値がしきい値Nthよりも小さくなる画素位置を特定し、この画素位置と一致する視差画像の画素位置の値を0値とすることで、ノイズの影響によって求められる視差ベクトルVpや距離Zを排除できる。したがって、ノイズの影響が小さく信頼性の高い視差ベクトルVpや距離Zから構成される視差画像と距離画像とが取得できる。   In the stereo image processing apparatus 1C and the stereo image processing method according to the present embodiment, the reference image and the parallax image are acquired from the stereo camera processing unit 5, and the luminance value of the reference image is smaller than the threshold value Nth. By specifying the pixel position and setting the value of the pixel position of the parallax image that coincides with this pixel position to 0, the parallax vector Vp and the distance Z obtained by the influence of noise can be eliminated. Therefore, it is possible to acquire a parallax image and a distance image composed of the parallax vector Vp and the distance Z that are less affected by noise and highly reliable.

本実施形態に係るステレオ画像処理装置1Cおよびステレオ画像処理方法によれば、比較画像中の対応点の輝度値がしきい値Nthbよりも小さい場合には、その対応点に対応する基準画像の注目画素の視差ベクトルVpを求めない。したがって、輝度値がしきい値Nthbより小さい比較画像の画素に対応する基準画像の画素では、ノイズの影響によって求められる視差ベクトルVpや距離Zを排除できる。したがって、ノイズの影響が小さく信頼性の高い視差ベクトルVpや距離Zから構成される視差画像と距離画像とが取得できる。   According to the stereo image processing apparatus 1C and the stereo image processing method according to the present embodiment, when the luminance value of the corresponding point in the comparison image is smaller than the threshold value Nthb, the reference image corresponding to the corresponding point is noticed. The pixel parallax vector Vp is not obtained. Therefore, the parallax vector Vp and the distance Z obtained by the influence of noise can be excluded from the pixels of the reference image corresponding to the pixels of the comparative image whose luminance value is smaller than the threshold value Nthb. Therefore, it is possible to acquire a parallax image and a distance image composed of the parallax vector Vp and the distance Z that are less affected by noise and highly reliable.

本発明の第1実施形態に係るステレオ画像処理装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of a stereo image processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るステレオ画像処理方法を説明するフローチャート。The flowchart explaining the stereo image processing method which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るステレオ画像処理装置を構成するカメラに光の入射が遮られた状態で撮像された画像のヒストグラムの一例を示す図。The figure which shows an example of the histogram of the image imaged in the state which incidence | injection of light was interrupted | blocked by the camera which comprises the stereo image processing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るステレオ画像処理装置を構成するカメラで撮像された画像の小領域の輝度値の一例を示す図であり、(A)は、カメラで撮像されたノイズを含む基準画像の小領域の輝度値の一例を示す図、(B)は、(A)に示された小領域から輝度値がしきい値よりも小さい画素の輝度値を0値に置き換えた例を示す図。It is a figure which shows an example of the luminance value of the small area | region of the image imaged with the camera which comprises the stereo image processing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, (A) is a reference | standard including the noise imaged with the camera The figure which shows an example of the luminance value of the small area | region of an image, (B) shows the example which replaced the luminance value of the pixel whose luminance value is smaller than a threshold value into 0 value from the small area shown to (A). Figure. 本発明の第2実施形態に係るステレオ画像処理装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the stereo image processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るステレオ画像処理方法を説明するフローチャートThe flowchart explaining the stereo image processing method which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るステレオ画像処理装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the stereo image processing apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るステレオ画像処理方法を説明するフローチャート。The flowchart explaining the stereo image processing method which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係るステレオ画像処理装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the stereo image processing apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係るステレオ画像処理方法を説明するフローチャート。The flowchart explaining the stereo image processing method which concerns on 4th Embodiment of this invention. ステレオカメラによって距離を算出する原理を説明する図。The figure explaining the principle which calculates distance by a stereo camera. 従来のステレオ画像処理装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the conventional stereo image processing apparatus. 撮像環境の明るさによる画像の輝度値の信号レベルの変化とノイズによるS/Nの変化を説明する図。The figure explaining the change of the signal level of the luminance value of the image by the brightness of an imaging environment, and the change of S / N by noise. ステレオマッチング処理の対応点の検索に対するS/Nの悪化による影響を説明する図であり、(A)は、明るい環境で撮像された基準画像の小領域の輝度値の一例を示す図、(B)は、明るい環境で撮像された比較画像の小領域の輝度値の一例を示す図、(C)は、明るい環境で撮像されたノイズを含む基準画像の小領域の輝度値の一例を示す図、(D)は、暗い環境で撮像された基準画像の小領域の輝度値の一例を示す図、(E)は、暗い環境で撮像された比較画像の小領域の輝度値の一例を示す図、(F)は、暗い環境で撮像されたノイズを含む基準画像の小領域の輝度値の一例を示す図。It is a figure explaining the influence by the deterioration of S / N with respect to the search of the corresponding point of a stereo matching process, (A) is a figure which shows an example of the luminance value of the small area | region of the reference | standard image imaged in the bright environment, (B) ) Is a diagram showing an example of the luminance value of a small area of a comparative image captured in a bright environment, and (C) is a diagram showing an example of the luminance value of a small area of a reference image including noise captured in a bright environment. (D) is a figure which shows an example of the luminance value of the small area of the reference | standard image imaged in the dark environment, (E) is a figure which shows an example of the luminance value of the small area of the comparison image imaged in the dark environment (F) is a figure which shows an example of the luminance value of the small area | region of the reference | standard image containing the noise imaged in the dark environment. 絞りを全閉にしたカメラで撮像した画像に含まれるノイズの一例を示す図。The figure which shows an example of the noise contained in the image imaged with the camera which fully closed the aperture stop.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A、1、B、1C ステレオ画像処理装置
2 対象物体
3 ステレオカメラ
3a、3b カメラ
5 ステレオカメラ処理部
6、6A、6B、6C 対応点検出部
7 距離計算部
9 ノイズ除去/除去部
10 第1のノイズ判定/除去部
11 第2のノイズ判定/除去部
13 ノイズ判定部
14 ノイズ位置記録部
15、15A ノイズ位置データ変更部
17 第1のノイズ判定部
18 第1のノイズ位置記録部
19 第2のノイズ判定部
20 第2のノイズ位置記録部
30 従来のステレオ画像処理装置
1, 1A, 1, B, 1C Stereo image processing device 2 Target object 3 Stereo camera 3a, 3b Camera 5 Stereo camera processing unit 6, 6A, 6B, 6C Corresponding point detection unit 7 Distance calculation unit 9 Noise removal / removal unit 10 First noise determination / removal unit 11 Second noise determination / removal unit 13 Noise determination unit 14 Noise position recording unit 15, 15A Noise position data change unit 17 First noise determination unit 18 First noise position recording unit 19 Second noise determination unit 20 Second noise position recording unit 30 Conventional stereo image processing apparatus

Claims (2)

ステレオカメラを構成するカメラが撮像する基準画像を構成する画素の輝度値と所定のしきい値とを比較し、
前記画素の輝度値が前記しきい値よりも小さい場合は、前記画素の輝度値を0値に置き換え、
前記画素の輝度値が0値の場合は、前記画素の視差ベクトルを0値とし、その他の場合は、ステレオマッチング処理によって前記ステレオカメラを構成するカメラが撮像する比較画像中の対応点を探索し、前記ステレオカメラが撮像する領域までの距離に応じて生じる視差画像を求めることを特徴とするステレオ画像処理方法。
Compare the brightness value of the pixels that make up the reference image captured by the camera that makes up the stereo camera with a predetermined threshold,
When the luminance value of the pixel is smaller than the threshold value, the luminance value of the pixel is replaced with a zero value,
When the luminance value of the pixel is 0, the parallax vector of the pixel is set to 0, and in other cases, a corresponding point in a comparison image captured by the camera constituting the stereo camera is searched by stereo matching processing. A stereo image processing method for obtaining a parallax image generated in accordance with a distance to an area captured by the stereo camera.
ステレオカメラが撮像する基準画像と比較画像とから前記ステレオカメラが撮像する領域までの距離に応じて生じる視差画像を求め、
ステレオカメラを構成するカメラが撮像する基準画像を構成する画素の輝度値と所定のしきい値とを比較し、
前記基準画像の画素の輝度値が前記しきい値よりも小さい場合は、前記基準画像の画素の位置情報を記録し、
記録した前記基準画像の画素の位置情報と前記視差画像の画素の位置情報とを比較し、前記位置情報が一致した場合は、前記視差画像について一致した画素位置の値を0値に置き換えることを特徴とするステレオ画像処理方法。
Obtaining a parallax image generated according to the distance from the reference image captured by the stereo camera and the comparison image to the region captured by the stereo camera;
Compare the brightness value of the pixels that make up the reference image captured by the camera that makes up the stereo camera with a predetermined threshold,
When the luminance value of the pixel of the reference image is smaller than the threshold value, the position information of the pixel of the reference image is recorded,
The recorded position information of the pixel of the reference image is compared with the position information of the pixel of the parallax image, and when the position information matches, the value of the matched pixel position of the parallax image is replaced with a zero value. A feature of a stereo image processing method.
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