JP2009253660A - 動きベクトル検出装置、動きベクトル検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明では、動きベクトルを正しく検出することができない出現領域において、2枚のフレームのみを用いて動きベクトルを検出する方法を提供する。
【解決手段】本発明の動きベクトル検出方法は、連続する映像フレームのうち、第Nフレームの動きベクトルを検出する方法であって、第N−1フレーム内の領域から、その領域に対して最も相関の高い前記第Nフレーム内の領域を探索し、前記第Nフレーム内の領域の動きベクトルを検出する動きベクトル検出ステップと、前記動きベクトル検出ステップの結果により前記第Nフレーム内の領域を出現領域と、直前出現領域と、既出領域と、に区分する領域区分ステップと、前記第Nフレーム内の前記出現領域において動きベクトルを補完する動きベクトル補完ステップと、を有する動きベクトル検出方法。
【選択図】図5
【解決手段】本発明の動きベクトル検出方法は、連続する映像フレームのうち、第Nフレームの動きベクトルを検出する方法であって、第N−1フレーム内の領域から、その領域に対して最も相関の高い前記第Nフレーム内の領域を探索し、前記第Nフレーム内の領域の動きベクトルを検出する動きベクトル検出ステップと、前記動きベクトル検出ステップの結果により前記第Nフレーム内の領域を出現領域と、直前出現領域と、既出領域と、に区分する領域区分ステップと、前記第Nフレーム内の前記出現領域において動きベクトルを補完する動きベクトル補完ステップと、を有する動きベクトル検出方法。
【選択図】図5
Description
本発明は動画像のフレーム間の動きベクトルを検出する装置及びその方法に関する。
動画像を滑らかに表示するために、フレームレート変換、プラズマディスプレイでのサブフィールド移動などの表示方法がある。これらの技術の多くは、動画像のフレーム間の動きベクトルを求め、動き補償をすることで実現されている。
一般に2枚のフレームから動きベクトルを検出する際に、物体の消失・出現領域は、片方の画像のみに存在しており、動きベクトルを検出することが困難である。
特許文献1には、動画像の動きベクトルを検出する際に、2枚のフレームでは検出できない消失、出現領域において、さらに前後2枚の合計4枚のフレームを用いることで、動きベクトルを検出する手法が記載されている。
特開2006−311480号公報
特許文献1に記載の動きベクトル検出方法では、出現領域の動きベクトルを検出するためには、現フレームより後のフレームを含む、少なくとも3フレーム必要となり、処理が複雑になるという課題がある。本発明では、動きベクトルを簡単に検出することができない出現領域において、2枚のフレームのみを用いてより簡単に動きベクトルを検出する装置及び方法を提供する。
本発明の動きベクトル検出装置は、前フレーム内の領域の現フレームへの移動先である動きベクトルを推定する推定部と、前フレームからの移動先対象とならない現フレームの出現領域への動きベクトルを、出現領域の近傍の領域への動きベクトルで補完する出現領域動きベクトル補完部とを備えることを特徴とするものである。
さらに、出現領域動きベクトル補完部は、現フレームの出現領域への動きベクトルを、前フレームの出現領域から現フレームの出現領域近傍への動きベクトルで補完することが好ましい。
また、本発明の別の発明はである動きベクトル検出装置は、前フレーム内の領域から前フレームと現フレームの間にある中間フレームへの移動先である動きベクトルを推定する推定部と、
前フレームからの移動先対象とならない中間フレームの出現領域への動きベクトルを、出現領域の近傍の領域への動きベクトルで補完する出現領域動きベクトル補完部とを備えることを特徴とする
さらに、出現領域動きベクトル補完部は、中間フレームの出現領域への動きベクトルを、前フレームの出現領域から中間フレームの出現領域近傍への動きベクトルで補完することが好ましい。
前フレームからの移動先対象とならない中間フレームの出現領域への動きベクトルを、出現領域の近傍の領域への動きベクトルで補完する出現領域動きベクトル補完部とを備えることを特徴とする
さらに、出現領域動きベクトル補完部は、中間フレームの出現領域への動きベクトルを、前フレームの出現領域から中間フレームの出現領域近傍への動きベクトルで補完することが好ましい。
上記のいずれの装置の発明は、動きベクトル検出方法として実現することも可能なものである。
本発明により、従来3枚以上のフレームを用いた複雑な処理で検出していた出現領域の動きベクトルを、2枚のフレームからより簡単に検出することができる。
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態の動きベクトル検出方法のフローチャートである。図1において、本発明の動きベクトル検出方法は、動きベクトル推定処理S101、領域区分処理S102〜S106、動きベクトル補完処理S107〜S109、を備えている。以下、それぞれの処理について詳しく説明する。
第1の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態の動きベクトル検出方法のフローチャートである。図1において、本発明の動きベクトル検出方法は、動きベクトル推定処理S101、領域区分処理S102〜S106、動きベクトル補完処理S107〜S109、を備えている。以下、それぞれの処理について詳しく説明する。
図2、図3を用いて動きベクトル推定処理S101を説明する。動きベクトル推定処理S101では、具体例として、図3の第Nフレーム304内の各画素の動きベクトルを推定することを考える。はじめに、第N−1フレーム202内で座標(x,y)の注目画素203に対して、最も相関の高い第Nフレーム201内の画素を指す動きベクトルを、複数の動きベクトル候補205の中から推定する。
動きベクトル候補は、指定された範囲(例えばx,yそれぞれ±40画素)内の0.5画素単位で変化するすべてのベクトルとする。
相関の指標には、2フレーム間の輝度の差分絶対値和(SAD;Sum of Absolute Differences)を用いる。SADは、注目画素203の周辺の7×7画素のブロック204および、注目画素203から動きベクトル候補206が指す第Nフレーム内の画素207の周辺7×7画素のブロック208を用いて、式(1)で計算される。ここで、式(1)において、(vx_cand,vy_cand)は動きベクトル候補、SAD(vx_cand,vy_cand)は動きベクトル候補(vx_cand,vy_cand)でのSAD、L(N,x,y)は第Nフレーム内の座標(x,y)での輝度値を表す。このとき、式(1)で計算したSADが最小となる領域が最も相関が高くなる。
複数の動きベクトル候補205のなかで、最も相関の高い領域を指す動きベクトル(vx_max,vy_max)を検出し、第N−1フレーム301で座標(x,y)の画素302の動きベクトル303を(vx_max,vy_max)とする。このとき、第Nフレーム304で座標(x+vx_max,y+vy_max)の画素305の動きベクトル306を(vx,vy)=(−vx_max,−vy_max)として推定する。
ただし、以上の動きベクトル推定処理S101において、動きベクトルの推定単位、動きベクトル候補、相関の指標、SAD計算に用いるブロックのサイズおよび形状、はこれに限らない。
領域区分処理S102〜S106では、動きベクトル推定処理S101で動きベクトルを推定したのち、第Nフレーム内の画素を、出現領域と、直前出現領域と、既出領域と、に区分する。領域区分処理S102〜S106では、領域区分情報を1フレーム分記憶しておき、次のフレームの領域区分処理S102〜S106で用いる。つまり、第Nフレームの領域区分処理を行う際に、第N−1フレームの領域区分処理結果を用いる。以下、図4を用いて領域区分処理S102〜S106を説明する。図4では、説明を簡単にするため、本来2次元である画像を1次元で表現している。
まず、第Nフレーム内の注目画素が動きベクトル推定処理S101で、動きベクトルが推定されたかどうか判断する(S102)。このとき、動きベクトルが推定されていない画素を出現領域と区分する(S104)。図4において、動きベクトルが推定されていない画素401〜404を出現領域と区分する。
動きベクトルが推定されている座標(x,y)の画素で、動きベクトルが指す第N−1フレーム内の座標(x+vx,y+vy)の画素が出現領域であるとき(S103)、直前出現領域と区分する(S105)。図4において、動きベクトルが推定されている画素411〜413,421〜428のうち、その画素の動きベクトル431〜433,441〜448が、第N−1フレーム内の出現領域である画素451〜453を指す、画素411〜413を直前出現領域と区分する。
動きベクトルが推定されている座標(x,y)の画素で、動きベクトルが指す第N−1フレーム内の座標(x+vx,y+vy)の画素が出現領域でないとき、既出領域と区分する(S106)。図4において、動きベクトルが推定されている画素411〜413,421〜428のうち、その画素の動きベクトル431〜433,441〜448が、第N−1フレーム内の出現領域でない画素461〜468を指す、画素421〜428を既出領域と区分する。以上の領域区分処理S102〜S106は画素単位で行っているが、複数の画素で構成されるブロック単位で行ってもよい。
続いて、図5を用いて動きベクトル補完処理S107〜S109を説明する。図5では、説明を簡単にするため、本来2次元である画像を1次元で表現している。動きベクトル補完処理S107〜S109では、第Nフレームにおいて、動きベクトルが推定されず出現領域と区分された画素の動きベクトルを近傍の画素(例えばx,y成分それぞれ±4画素以内)の動きベクトルで適応的に補完する。
まず、出現領域と区分された画素に対して、近傍に直前出現領域が存在するか判断する(S107)。近傍に直前出現領域が存在する場合は、注目画素の動きベクトルを、注目画素の近傍の直前出現領域の動きベクトルで補完する(S108)。図5において、出現領域である画素501,502,503では、近傍に直前出現領域である画素511,512,513が存在するため、画素501,502,503の動きベクトル531,532,533を、近傍の直前出現領域の画素511,512,513の動きベクトル541,542,543から補完する。
近傍に直前出現画素が存在しない場合は、対象画素の動きベクトルを、対象画素の近傍の既出領域の動きベクトルで補完する(S109)。図5において、出現領域である画素504では、近傍に直前出現領域が存在しないため、動きベクトル534を、近傍の既出領域である画素522〜528の動きベクトル552〜558で補完する。
以下、出現画素の動きベクトルvの補完方法を示す。補完方法として、最近傍の動きベクトル一つで補完する。v_nを注目画素に対して最近傍となる、直前出現画素または既出画素の動きベクトルとしたとき、v=v_nで動きベクトルvを補完する。
他の補完方法として、近傍の複数の画素の動きベクトルの平均で補完する。式(2)において、nは補完に用いる近傍の直前出現画素または既出画素の数、v_iは近傍のi番目の画素の動きベクトルである。
他の補完方法として、近傍の複数の画素の動きベクトルを注目画素との距離に応じて重み付けして平均したもので補完する。式(3)において、nは補完に用いる近傍の直前出現画素または既出画素の数、v_iは近傍のi番目の画素の動きベクトル、w_iは各画素の注目画素に対する距離に応じた重みである。w_iとして、例えば注目画素との距離の逆数を用いる。
以上の動きベクトル補完方法では画素単位で動きベクトルの補完を行っているが、複数の画素で構成されるブロック単位で行ってもよい。以上、本発明の動きベクトル検出方法を第1の実施の形態を用いて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されない。
図6に、本発明の第1の実施の形態の動きベクトル検出装置のブロック構成を示す。本発明の動きベクトル検出装置は2フレーム分の映像信号を記憶しておくフレームバッファ601、2枚のフレームから動きベクトルを推定する動きベクトル推定部602、推定した動きベクトルから領域を出現領域、直前出現領域、既出領域に区分する領域区分部603、区分した領域情報を1フレーム分記憶しておく領域情報バッファ604、出現領域の動きベクトルを補完する出現領域動きベクトル補完部605、を備えている。ただし、本発明の動きベクトル検出装置はこの形態に限定されない。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態について説明する。図7は、本発明の第2の実施の形態の動きベクトル検出方法のフローチャートである。図7において、本発明の動きベクトル検出方法は、動きベクトル推定処理S701、参照フレーム領域区分処理S702〜S704、中間フレーム領域区分処理S705〜S709、動きベクトル補完処理S710〜S712、を備えている。以下、それぞれの処理について詳しく説明する。
第2の実施の形態について説明する。図7は、本発明の第2の実施の形態の動きベクトル検出方法のフローチャートである。図7において、本発明の動きベクトル検出方法は、動きベクトル推定処理S701、参照フレーム領域区分処理S702〜S704、中間フレーム領域区分処理S705〜S709、動きベクトル補完処理S710〜S712、を備えている。以下、それぞれの処理について詳しく説明する。
図8、図9を用いて動きベクトル推定処理S701を説明する。動きベクトル推定処理S701では、図9において、第Nフレーム904内の各画素の動きベクトルおよび、第N−1フレーム901と第Nフレーム904の中間にある中間フレーム906の各画素の動きベクトルを推定する。
はじめに、図8において、第N−1フレーム802内で座標(x,y)の注目画素803に対して、最も相関の高い第Nフレーム801内の画素を指す動きベクトルを、複数の動きベクトル候補805の中から推定する。
動きベクトル候補は、指定された範囲(例えばx,yそれぞれ±40画素)内の0.5画素単位で変化するすべてのベクトルとする。相関の指標には、2フレーム間の輝度の差分絶対値和(SAD;Sum of Absolute Differences)を用いる。SADは、注目画素803の周辺の7×7画素のブロック804および、注目画素803から動きベクトル候補806が指す第Nフレーム内の画素807の周辺7×7画素のブロック808を用いて、式(1)で計算される。ここで、式(1)において、(vx_cand,vy_cand)は動きベクトル候補、SAD(vx_cand,vy_cand)は動きベクトル候補(vx_cand,vy_cand)でのSAD、L(N,x,y)は第Nフレーム内の座標(x,y)での輝度値を表す。このとき、式(1)で計算したSADが最小となる領域が最も相関が高くなる。
複数の動きベクトル候補805のなかで、最も相関の高い領域を指す動きベクトル(vx_max,vy_max)を検出し、第N−1フレーム901で座標(x,y)の画素902の動きベクトル903を(vx_max,vy_max)とする。
このとき、第Nフレーム904で座標(x+vx_max,y+vy_max)の画素905および、中間フレーム906で座標(x+αvx_max,y+αvy_max)の画素907、の動きベクトル908を(vx,vy)=(−vx_max,−vy_max)として推定する。ここで、αは図9に示す、第N−1フレーム901から第Nフレーム904までの時間を1としたときの第N−1フレーム901から中間フレーム906までの時間を表す。
ただし、以上の動きベクトル推定処理S701において、動きベクトルの推定単位、動きベクトル候補、相関の指標、SAD計算に用いるブロックのサイズおよび形状、はこれに限らない。
図10は参照フレーム領域区分処理S702〜S704を説明するための図である。図10では、説明を簡単にするため、本来2次元である画像を1次元で表現している。参照フレーム領域区分処理S702〜S704では、動きベクトル推定処理S701で第Nフレームの動きベクトルを推定したのち、第Nフレーム内の画素を、参照出現領域、参照既出領域と、に区分する。その結果を1フレーム分記憶しておき、次のフレームの中間フレーム領域区分処理S705〜S709で用いる。参照フレーム領域区分処理S702〜S704では、第Nフレーム内の注目画素が動きベクトル推定処理S701で、動きベクトルが推定されたか判断し(S702)、動きベクトルが推定されていない画素1001〜1004を参照出現領域と区分し(S703)、動きベクトルが推定されている画素1011〜1021を参照既出領域と区分する(S704)。
中間フレーム領域区分処理S705〜S709では、動きベクトル推定処理S701で動きベクトルを推定したのち、中間フレーム内の画素を、出現領域と、直前出現領域と、既出領域と、に区分する。中間フレーム領域区分処理S705〜S709では、1フレーム前に行った、第N−1フレームの参照領域区分処理S702〜S704の結果を用いる。
以下、図11を用いて中間フレーム領域区分処理S705〜S709を説明する。図11では、説明を簡単にするため、本来2次元である画像を1次元で表現している。まず、中間フレーム内の注目画素が動きベクトル推定処理S701で、動きベクトルが推定されたかどうか判断する(S705)。このとき、動きベクトルが推定されていない画素を出現領域と区分する(S706)。図11において、動きベクトルが推定されていない画素1101〜1105を出現領域と区分する。
動きベクトルが推定されている座標(x,y)の画素で、動きベクトルが指す第N−1フレーム内の座標(x+αvx,y+αvy)の画素が参照出現領域であるとき(S707)、直前出現領域と区分する(S708)。図11において、動きベクトルが推定されている画素1111〜1113、1121〜1127のうち、その画素の動きベクトル1131〜1133,1141〜1147が、第N−1フレーム内の参照出現領域である画素1151〜1153を指す、画素1111〜1113を直前出現領域と区分する。
動きベクトルが推定されている座標(x,y)の画素で、動きベクトルが指す第N−1フレーム内の座標(x+αvx,y+αvy)の画素が参照出現領域でないとき、既出領域と区分する(S709)。図11において、動きベクトルが推定されている画素1111〜1113、1121〜1127のうち、その画素の動きベクトル1131〜1133,1141〜1147が、第N−1フレーム内の参照出現領域でない画素1161〜1167を指す、画素1121〜1127を既出領域と区分する。
以上の中間フレーム領域区分処理S705〜S709は画素単位で行っているが、複数の画素で構成されるブロック単位で行ってもよい。
続いて、図12を用いて動きベクトル補完処理S710〜S712を説明する。図12では、説明を簡単にするため、本来2次元である画像を1次元で表現している。動きベクトル補完処理S710〜S712では、中間フレームにおいて、動きベクトルが推定されず出現領域と区分された画素の動きベクトルを、近傍の画素(例えばx,y成分それぞれ±4画素以内)の動きベクトルで適応的に補完する。
まず、出現領域と区分された画素に対して、近傍に直前出現領域が存在するか判断する(S710)。近傍に直前出現領域が存在する場合は、注目画素の動きベクトルを、注目画素の近傍の直前出現領域の動きベクトルで補完する(S711)。図12において、出現領域である画素1201,1202,1203では、近傍に直前出現領域である画素1211,1212,1213が存在するため、画素1201,1202,1203の動きベクトル1231,1232,1233を、近傍の直前出現領域の画素1211,1212,1213の動きベクトル1241,1242,1243から補完する。
近傍に直前出現画素が存在しない場合は、対象画素の動きベクトルを、対象画素の近傍の既出領域の動きベクトルで補完する(S711)。図12において、出現領域である画素1204,1205では、近傍に直前出現領域が存在しないため、近傍の既出領域である画素1222〜1227の動きベクトル1252〜1257で補完する。
以下、出現画素の動きベクトルvの補完方法を示す。補完方法として、最近傍の動きベクトル一つで補完する。v_nを注目画素に対して最近傍となる、直前出現画素または既出画素の動きベクトルとしたとき、v=v_nで動きベクトルvを補完する。
他の補完方法として、近傍の複数の画素の動きベクトルの平均で補完する。式(2)において、nは補完に用いる近傍の直前出現画素または既出画素の数、v_i近傍のi番目の画素の動きベクトルである。
他の補完方法として、近傍の複数の画素の動きベクトルを注目画素との距離に応じて重み付けして平均したもので補完する。式(3)において、nは補完に用いる近傍の直前出現画素または既出画素の数、v_iは近傍のi番目の画素の動きベクトル、w_iは各画素の注目画素に対する距離に応じた重みである。w_iとして、例えば注目画素との距離の逆数を用いる。
以上の動きベクトル補完方法では画素単位で動きベクトルの補完を行っているが、複数の画素で構成されるブロック単位で行ってもよい。
図13に、本発明の第2の実施の形態の動きベクトル検出装置のブロック構成を示す。本発明の動きベクトル検出装置は2フレーム分の映像信号を記憶しておくフレームバッファ1301、2枚のフレームから動きベクトルを推定する動きベクトル推定部1302、推定した動きベクトルから中間フレームの領域を出現領域、直前出現領域、既出領域に区分する領域区分部1303、第Nフレームの領域を参照出現領域、参照既出領域に区分する参照フレーム領域区分部1304、区分した参照フレームの領域情報を1フレーム分記憶しておく領域情報バッファ1305、中間フレーム内の出現領域の動きベクトルを補完する出現領域動きベクトル補完部1306、を備えている。ただし、本発明の動きベクトル検出装置はこの形態に限定されない。
以上、本発明の実施の形態を用いて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されない。
以上、本発明の実施の形態を用いて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されない。
本発明は、多くのディスプレイで用いられるフレームレート変換、動画解像度改善のための動きベクトル検出に用いることができ、ディスプレイ等で利用され得る。
601、1301 フレームバッファ
602、1302 動きベクトル検出部
603,1303 領域区分部
604、1305 領域情報バッファ
605、1306 出現領域動きベクトル補完部
1304 参照フレーム領域区分部
602、1302 動きベクトル検出部
603,1303 領域区分部
604、1305 領域情報バッファ
605、1306 出現領域動きベクトル補完部
1304 参照フレーム領域区分部
Claims (8)
- 連続する映像フレームから動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置において、
前フレーム内の領域の現フレームへの移動先である動きベクトルを推定する推定部と、
前記前フレームからの移動先対象とならない現フレームの出現領域への動きベクトルを、該出現領域の近傍の領域への動きベクトルで補完する出現領域動きベクトル補完部とを備えることを特徴とする動きベクトル検出装置。 - 請求項1に記載の動きベクトル検出装置において、
前記出現領域動きベクトル補完部は、前記現フレームの出現領域への動きベクトルを、前フレームの出現領域から現フレームの出現領域近傍への動きベクトルで補完することを特徴とする動きベクトル検出装置。 - 連続する映像フレームから動きベクトルを検出する動きベクトル検出方法において、
前フレーム内の領域の現フレームへの移動先である動きベクトルを推定する推定ステップと、
前記前フレームからの移動先対象とならない現フレームの出現領域への動きベクトルを、該出現領域の近傍の領域への動きベクトルで補完する補完ステップとを備えることを特徴とする動きベクトル検出方法。 - 請求項3に記載の動きベクトル検出方法において、
前記補完ステップは、前記現フレームの出現領域への動きベクトルを、前フレームにおける出現領域から現フレームの出現領域近傍への動きベクトルで補完することを特徴とする動きベクトル検出方法。 - 連続する映像フレームから中間フレームへの動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置において、
前フレーム内の領域から該前フレームと現フレームの間にある中間フレームへの移動先である動きベクトルを推定する推定部と、
前記前フレームからの移動先対象とならない中間フレームの出現領域への動きベクトルを、該出現領域の近傍の領域への動きベクトルで補完する出現領域動きベクトル補完部とを備えることを特徴とする動きベクトル検出装置。 - 請求項5に記載の動きベクトル検出装置において、
前記出現領域動きベクトル補完部は、前記中間フレームの出現領域への動きベクトルを、前フレームの出現領域から該中間フレームの出現領域近傍への動きベクトルで補完することを特徴とする動きベクトル検出装置。 - 連続する映像フレームから中間フレームへの動きベクトルを検出する動きベクトル検出方法において、
前フレーム内の領域から該前フレームと現フレームの間にある中間フレーム内への移動先である動きベクトルを推定する推定ステップと
前記前フレームからの移動先対象とならない中間フレームの出現領域への動きベクトルを、
該出現領域の近傍の領域への動きベクトルで補完する補完ステップとを備えることを特徴とする動きベクトル検出方法。 - 請求項7に記載の動きベクトル検出方法において、
前記補完ステップは、前記中間フレームの出現領域への動きベクトルを、前フレームの出現領域から該中間フレームの出現領域近傍への動きベクトルで補完することを特徴とする動きベクトル検出方法。
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JP2012253453A (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-20 | Toshiba Corp | 電子機器及び画像処理方法 |
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2008
- 2008-04-07 JP JP2008099020A patent/JP2009253660A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012253453A (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-20 | Toshiba Corp | 電子機器及び画像処理方法 |
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