JP2012043004A - Light source direction specifying device and light source direction specifying program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源の方向を特定する光源方向特定装置及び光源方向特定プログラムに関する。 The present invention relates to a light source direction specifying device and a light source direction specifying program for specifying the direction of a light source.
例えば、光源の位置に応じて画像に陰影等を付加するために、光源の位置を推定する技術が求められている。光源の位置を推定する技術として、例えば、特許文献1に、照明空間内に配置された光源の位置を推定する光源位置推定装置において、光源と、キャリブレーションパターン及び立体物から成る校正器具とにより構成された照明空間の画像を入力し、照明空間画像に含まれるカメラキャリブレーションパターン画像からカメラパラメータを算出するカメラパラメータ算出手段と、このカメラパラメータを用いて、立体物の影における2次元の画像座標から3次元の世界座標を算出する影座標算出手段と、立体物の世界座標及びその影の世界座標に基づいて、光源の世界座標を推定する光源位置推定手段とを備える光源位置推定装置が開示されている。 For example, in order to add a shadow or the like to an image according to the position of the light source, a technique for estimating the position of the light source is required. As a technique for estimating the position of a light source, for example, in Patent Document 1, in a light source position estimation device that estimates the position of a light source arranged in an illumination space, a light source and a calibration tool composed of a calibration pattern and a three-dimensional object are used. A camera parameter calculation unit that inputs an image of the configured illumination space and calculates a camera parameter from a camera calibration pattern image included in the illumination space image, and a two-dimensional image in the shadow of the three-dimensional object using the camera parameter A light source position estimation device comprising shadow coordinate calculation means for calculating three-dimensional world coordinates from coordinates, and light source position estimation means for estimating world coordinates of a light source based on the world coordinates of a solid object and the world coordinates of the shadow. It is disclosed.
しかしながら、特許文献1に開示された光源位置推定装置においては、光源から出射される光が当たる位置に、複数の立体物から成る構成器具が配置されていなければならず、光源の方向を特定する装置としての構成に制約があった。 However, in the light source position estimation device disclosed in Patent Document 1, a component tool composed of a plurality of three-dimensional objects must be arranged at a position where light emitted from the light source strikes, and the direction of the light source is specified. There were restrictions on the configuration of the device.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、少ない構成部品で光源の方向を特定することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to specify the direction of a light source with a small number of components.
上記の課題を解決するために、本発明の第1の観点に係る光源方向特定装置は、
両端開口の孔を有し、光源から出射された光が一端の開口から前記孔の内部に入射し、入射した光によって、前記孔の内壁における、前記一端の開口の周囲が照らされる光導入部と、
前記光導入部の他端の開口側に配置され、前記光導入部の前記一端の開口及び前記一端の開口に繋がる前記内壁を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置が撮像した第1の画像に基づいて、前記第1の画像の中の前記内壁における所定の基準以上の明るさを有する明領域を特定し、特定した前記明領域に基づいて前記光源の方向を特定する光源方向特定部と、
を備える。
In order to solve the above-described problem, a light source direction identification device according to the first aspect of the present invention includes:
A light introducing portion having a hole at both ends and light emitted from a light source is incident on the inside of the hole from an opening at one end, and the incident light illuminates the periphery of the opening at the one end on the inner wall of the hole When,
An imaging device that is disposed on the opening side of the other end of the light introducing portion and that images the inner wall connected to the opening of the one end and the opening of the one end of the light introducing portion;
Based on the first image captured by the imaging device, a bright area having a brightness equal to or higher than a predetermined reference in the inner wall in the first image is identified, and the light source is based on the identified bright area. A light source direction specifying part for specifying the direction of
Is provided.
また、本発明の第2の観点に係る光源方向特定プログラムは、
両端開口の孔を有し、光源から出射された光が一端の開口から前記孔の内部に入射し、入射した光によって、前記孔の内壁における、前記一端の開口の周囲が照らされる光導入部と、
前記光導入部の他端の開口側に配置され、前記光導入部の前記一端の開口及び前記一端の開口に繋がる前記内壁を撮像する撮像装置と、を備える装置を制御するコンピュータに、
前記撮像装置が撮像した第1の画像に基づいて、前記第1の画像の中の前記内壁における所定の基準以上の明るさを有する明領域を特定し、特定した前記明領域に基づいて前記光源の方向を特定する光源方向特定ステップ、
を行わせる。
Moreover, the light source direction specifying program according to the second aspect of the present invention includes:
A light introducing portion having a hole at both ends and light emitted from a light source is incident on the inside of the hole from an opening at one end, and the incident light illuminates the periphery of the opening at the one end on the inner wall of the hole When,
A computer that controls an apparatus including: an imaging device that is disposed on an opening side of the other end of the light introducing unit and that images the inner wall connected to the opening of the one end of the light introducing unit and the opening of the one end;
Based on the first image captured by the imaging device, a bright area having a brightness equal to or higher than a predetermined reference in the inner wall in the first image is identified, and the light source is based on the identified bright area. A light source direction specifying step for specifying the direction of
To do.
本発明によれば、少ない構成部品で光源の方向を特定することができる。 According to the present invention, the direction of the light source can be specified with a small number of components.
以下、本発明の一実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
本実施形態に係るデジタルフォトフレーム(光源方向特定装置)10は、デジタルフォトフレーム10を照らす光源の方向等を特定し、特定した光源の方向等に応じて、モニタ20に表示する絵画調画像に陰影等(例えば、陰影及び光沢。陰影だけでもよい。)を付加する機能を備えるものとして以下に説明する。
The digital photo frame (light source direction specifying device) 10 according to the present embodiment specifies the direction of the light source that illuminates the
本実施形態に係るデジタルフォトフレーム10は、図1及び図2に示すように、筐体100と、筐体100の表面100a側に露出するように、筐体100に組み込まれたモニタ(表示部)20と、モニタ20の上方の位置で筐体100に組み込まれた撮像装置30と、を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
撮像装置30は、筐体100のモニタ20上方に形成された孔100b内に配置される。詳しくは後述するが、撮像装置30は、光源の方向等を特定する基礎となる画像を撮像するものである。撮像装置30の撮像方向は、筐体100の表面100a側に向いている(図2参照)。
The
また、筐体100の孔100b内には、その内壁328が撮像装置30から筐体100の表面100aに延びる両端開口の孔を有するレンズフード32(光導入部)が配置されている。本実施形態では、レンズフード32は、合成樹脂製等の円筒体によって構成されている。円筒体の内壁が前記の孔の内壁328を構成する。このレンズフード32の内壁328の色は、後述する処理において光源が発光する色を特定しやすくするために白色とすることが望ましい。レンズフード32の一端側の開口324は筐体100の表面100aに達し、他端側の開口326は撮像装置30のレンズを囲む。レンズフード32は、孔100b内に嵌め込まれることによって、筐体100に配設される。
In addition, a lens hood 32 (light introducing portion) having an opening at both ends whose
また、デジタルフォトフレーム10は、図3のように、絵画調変換部52と、光源方向特定部62と、光学処理部60と、を更に備える。なお、下記における説明で特に言及はしないが、各部が行う処理において、画像データのデータ形式は適宜変更(圧縮、伸長等)されるものとする。
Further, as shown in FIG. 3, the
光源方向特定部62は、撮像装置30を制御し、撮像装置30に撮像を行わせ、撮像装置30が撮像した撮像画像を表す撮像画像データ(例えば、YUV(輝度色差)データ形式の画像データ)を取得する。光源方向特定部62は、取得した撮像画像データに基づいて、光源の方向等のデータを生成する。このようにして、光源方向特定部62は、撮像画像を取得し、取得した撮像画像に基づいて光源の方向等を特定する。
The light source
絵画調変換部52は、後述の原画像を表す原画像データを取得し、取得した原画像データに対して、公知の画像変換処理を行い、前記原画像を絵画調(例えば、油絵風)に変換した絵画調変換画像を表す絵画調画像データを生成する。なお、ここでの絵画調画像データは、この画像の表面の凹凸形状(例えば、油絵の凹凸形状)等のデータである三次元データも含まれる(なお、この三次元データは、原画像データの原画像に対応させて、予め用意されたものであってもよい。)。このようにして、原画像が絵画調画像に変換される。
The painting
光学処理部60は、光源方向特定部62が生成した光源情報(光源の方向及び光源から出射される光の照度等についての情報)を取得するとともに、絵画調変換部52が生成した絵画調変換画像データを取得する。そして、取得したこれらデータ(特に、三次元データ)に基づいて、所定の公知の処理を行って、前記絵画調画像に陰影等を付加した陰影付き絵画調画像を表す陰影付き絵画調画像データを生成する。このようにして、光学処理部60は、光源方向特定部62が特定した光源方向の位置等に基づいて、絵画調変換部が変換した絵画調画像に陰影等を付加する。
The
光学処理部60は、前記で生成した陰影付き絵画調画像データをモニタ20に供給する。モニタ20は、光学処理部60から供給された陰影付き絵画調画像データに基づいて、所定の動作をして、陰影付き絵画調画像データが表す陰影付き画像を表示する。このようにして、光学処理部60は、陰影付き絵画調画像データに基づいて、モニタ20に陰影付き画像を表示する。
The
デジタルフォトフレーム10は、図4に示すように、そのハードウェア構成として、CPU(Central Processing Unit)64と、記憶部(格納部)66と、撮像装置30と、モニタ20と、システムバス70と、を備える。CPU64等は、適宜、システムバス70に接続される。
As shown in FIG. 4, the
記憶部66は、CPU64が使用するデータ、プログラム等、及びCPU64が生成したデータ等を記憶する。記憶部66は、CPU64のメインメモリとして機能するRAM(Random Access Memory)や、補助記憶装置として機能するフラッシュメモリ、ハードディスク等の1以上の必要な組み合わせによって構成される。また、記憶部66は、例えば、図示しない読取・書込装置(例えば、カードスロット)等を介してデジタルフォトフレーム10に接続された外部記憶媒体(例えば、メモリーカード)を含んでもよい。つまり、記憶部66は、その少なくとも一部がデジタルフォトフレーム10の構成要素でなくてもよい。
The
CPU64は、記憶部66に記録されたプログラム(例えば、RAMに読み出される。)に従って、また、記憶部66に記録された各種のデータを用いて、デジタルフォトフレーム10の各構成要素を制御するとともに、後述の光源方向特定処理を行う。本実施形態では、絵画調変換部52と、光源方向特定部62と、光学処理部60と、は、それぞれ、前記プログラムに従って後述の光源方向特定処理を行うCPU64によって構成される。絵画調変換部52と光源方向特定部62と光学処理部60とは、それぞれ、その少なくとも一部が各種専用回路によって構成されてもよい。
The
撮像装置30は、撮像によって得られる画像を表す撮像信号を出力する撮像素子(CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等と、撮像素子が出力した撮像信号に基づいて、所定の処理を行い前記の撮像画像データを生成し、生成した撮像画像データを光源方向特定部62に供給する各種電子回路(AFE(Analog Front End)、DSP(Digital Signal Processor)等)と、から構成される。撮像装置30は、光源方向特定部62に制御され、撮像した撮像画像を表す撮像画像データを光源方向特定部62に供給する。なお、前記のDSPが行う処理等は光源方向特定部62が適宜行っても良い。この場合、光源方向特定部62には、AFE等で生成されたデータが撮像装置30から供給され、供給されたデータに対してDSPと同様の処理を行って、前記の撮像画像データを生成することによって、このデータを取得する。
The
次に、光源方向特定部62によって光源の方向等を特定するための考え方及び光源方向特定部62が行う処理等について説明する。
Next, a concept for specifying the direction of the light source by the light source
例えば、現実の絵画(特に油絵)は、平面上に顔料等による凹凸を持つ3次元物体である。絵画に光が照射されることで、当然、凹凸に陰影等が発生する。つまり、デジタルフォトフレーム10に対する光源の方向等を考慮して、デジタルフォトフレーム10に表示する絵画調画像に陰影等を付加する(光学的整合性を備えさせる)ことによって、この絵画調画像をより現実の絵画のようにすることができる。
For example, an actual painting (especially an oil painting) is a three-dimensional object having irregularities such as pigments on a plane. Naturally, shadows and the like are generated on the unevenness when the painting is irradiated with light. That is, in consideration of the direction of the light source with respect to the
ここで、陰影等を付加するときには、現実の絵画の如く、デジタルフォトフレーム10に対する全方向の光源を特定する必要はない。なぜなら、絵画(デジタルフォトフレーム10)の裏面方向からの光源が絵画の表面の凹凸に形成される陰影等に与える影響は少なく、絵画の正面方向からの光源も、絵画の表面の凹凸に形成される陰影等に与える影響は少ないからである。
Here, when adding a shadow or the like, it is not necessary to specify an omnidirectional light source for the
ここで、本実施形態によって特定される光源40(図6参照、光を出射する光源のうち、レンズフード32の内壁328を最も明るく照らす光を出射する光源)のデジタルフォトフレーム10に対する方向は、仰俯角α及び方位角βによって表されるものとする。ここでいう仰俯角αとは、レンズフード32の内壁328(断面円形)の軸線322(円形の中心を通る線)に対する光源40の光の出射方向に沿った線の傾き角であり(図6等を参照)、ここでいう方位角βとは、レンズフード32の一端側開口324から撮像装置30を見た場合の、基準線(例えば、開口324中心から上方に延びる線)に対する、開口324の中心と光源40とを結ぶ線分の傾き角である(図9等を参照)。
Here, the direction with respect to the
本実施形態においては、前記の影響を考慮して、仰俯角αが45°より大きく、90°よりも小さい範囲にある、光源40の方向の特定を行うものとする。本実施形態では、光源40の方向等を特定した後に、その特定された方向に応じて絵画調画像に、更に現実的な絵画のようにみせるために陰影等を付加する処理が行うが、現実の絵画における顔料の付着による凹凸の斜面角(絵画の面方向に対する傾斜角)は45°を超えないものと想定する。このため、光源40の特定対象範囲を前記角度範囲に限定したのは、仰俯角αが45°よりも小さい範囲であると、絵画の表面には陰影等は生じず、また、仰俯角αが90°以上の大きい範囲であると、絵画の表面に光は届かないので、陰影等を付加する必要がないためである。この範囲に位置する光源40を特定できるように、撮像装置30及びレンズフード32は構成される。なお、想定する凹凸の斜面角等を異ならせる場合、又は、撮像装置30及びレンズフード32の構成等によっては、当然、上記の仰俯角αの角度以外の角度の方向にある光源40を特定してもよい。そして、このような特定を行うために、適宜、撮像装置30及びレンズフード32の構成(形状等)を変更できる。
In the present embodiment, the direction of the
撮像装置30は、画角σ1(特に、仰俯角の画角)を有する。図5(A)に示すように、レンズフード32の内径をφとしたときに、レンズフード32の内壁328において、レンズフード32の一端側の開口324(筐体100の表面100a)から撮像装置30に向かう方向の長さが前記φとなる位置が、画角σ1を構成する直線上に位置するように、撮像装置30及びレンズフード32は構成されている。また、図5(B)に示すように、撮像装置30がレンズフード32に遮られずに、レンズフード32の一端側の開口324を介して、外界を写すことができる最大の角度を外界視野角σ2とする。
The
レンズフード32の一端側の開口324から撮像装置30に向かう方向の長さが前記φとなる位置が、画角σ1を構成する直線上に位置することで、仰俯角αが、例えば、45°以上の光源からの光は、内壁328における、画角σ1内の領域内に収まることになり、光源によって照らされる全領域が、撮像装置30によって撮像される。後述のように撮像画像が撮像した光源によって照らされる領域に基づいて、光源の方向は特定されるので、撮像画像に前記の全領域が写り込むことによって、光源の方向を特定出来ることになる。仰俯角αが、例えば、45°であるときが、撮像画像上で光源の方向を特定できる限界とすることが出来るので、上記の構成によって、撮像装置30と開口324とをぎりぎりまで近づけることができ、これによって、撮像画像における光源によって照らされる領域を大きくすることができ、光源の方向を特定する処理(例えば、後述の点Bの検出)を的確に行える。
The position where the length in the direction from the
次に、仰俯角α1,α2の方向(説明の便宜上、方位角β=0であるものとする。)に光源40が配置されている状態を図6(A)及び図6(C)に示す。これらの状態のときに、撮像装置30によって撮像された画像(第1の画像)90(90a,90b)を図6(B)及び図6(D)に示す。また、図6(B),図6(D)の中央に示された円内の画像は、外界視野角σ2の範囲内である外界画像50(撮像装置30から、レンズフード32の一端側の開口324を介して撮影された、レンズフード32の外の画像)である。外界画像50の外側に示されているのは、レンズフード32の内壁328が写り込んだフード画像領域320である。フード画像領域320において、光源40から出射された光が届かない部分は黒く写り、光源40から出射された光が届く部分(被照射部)は白く写っている。なお、図6(B),図6(D)に示された撮像画像90a,90bにおいては、理解を容易にするために、後述する間接光源が無いものとしている。
Next, FIGS. 6A and 6C show a state in which the
図6(A),図6(C)に示すように、レンズフード32の内壁328における直接光源40に照らされた部分において、レンズフード32の一端から、レンズフード32の軸線方向と平行な方向に沿って、直接光源40に照らされた部分の縁までの最大の長さをL(L1,L2)とすると、言うまでも無く仰俯角α(α1,α2)はtan-1(φ/L)となる。つまり、光源方向特定部62は、最大長さLを求め、定数φ(既知の値)とともにこの数式に代入して、仰俯角αを特定する。詳細については後述するが、長さLの端点は、図6(B)及び図6(D)に示す撮像画像90a,90bにおいて、領域R01の縁のうち最も開口324の中心から最も離れた位置にある点に対応する。
As shown in FIGS. 6A and 6C, a direction parallel to the axial direction of the
次に、長さLを実際に特定する方法について説明する。この長さLは、撮像装置30が撮像した撮像画像90に基づいて、光源方向特定部62が処理を行うことによって特定される。まず、光源方向特定部62は、撮像装置30から撮像画像90を取得し、撮像画像90について、図6(B)及び図6(D)に示された撮像画像90a,90bから外界画像50を除外し、画像処理対象をフード画像領域320に限定する。撮像画像90における外界画像50の範囲はレンズフード32の内径φ等に応じて予め特定されるため、光源方向特定部62は、撮像画像90を表す画像データ上で、該当部分の数値データを削除することで、撮影画像90から外界画像50を容易に削除できる。
Next, a method for actually specifying the length L will be described. The length L is specified by the light source
次に、光源方向特定部62は、図7(A)及び図7(B)に示すように、撮像画像90a,90bを2値化する。このとき、光源方向特定部62は、撮像画像における各画素の輝度値(なお、以下において、画素データから検出される明るさの度合いについては輝度と記載し、物体を照らす明るさの度合いについては照度と記載する)等の明るさの値(明るさ情報)についてのしきい値を用いて、具体的には、光源方向特定部62は、各画素について、輝度値等がしきい値以上の画素については白とし、輝度値等がしきい値未満の画素については黒として、撮像画像90a,90bを2値化する。この2値化処理によって生成された2値化画像(モノクロ画像)92a,92bでは、明領域R(R1,R2)が明確に他の領域と分けられる。ここで、明領域Rは、撮像画像90における領域R01,R02に相当する領域である。
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, the light source
この明領域Rは、輝度値がしきい値以上の画素の集合であり、実空間のレンズフード32の内壁328において、所定以上の明るさ(照度)をもつ部分を撮影した画像領域である。本実施形態では、前記の所定以上の明るさをもつ部分を直接光源40からの光で直接照らされた部分であるものとして扱い、この部分を撮像した画像領域である、明領域Rを直接光源40からの光で直接照らされた部分を撮像した画像領域であるものとして扱う。上記しきい値は、明領域Rをこのような領域として扱える数値として予め設定されるものとする。
The bright region R is a set of pixels having a luminance value equal to or higher than a threshold value, and is an image region obtained by photographing a portion having brightness (illuminance) of a predetermined level or more on the
次に、光源方向特定部62は、中心点Pから明領域Rの縁までの距離を所定の角度毎に求める。ここで、中心点Pは、開口324の中心であった位置と同一の位置にある。光源方向特定部62は、求められた距離のうち、最も長い距離である明領域Rの縁の点を点B(点B1,点B2,点B3)とし、画像上で、点Pを基準とした点Bの相対座標を検出する。ここで、光源40は、点Bと中心点Pとを通る直線上であり、中心点Pに対して点B側とは反対側に位置することとなる。
Next, the light source
次に、光源方向特定部62は、検出された点Bから長さLを特定する。光源方向特定部62は、上記位置関係をもとにして、三角関数等を使用した式で、前記長さLを演算して長さLを特定してもよいが、撮像装置30のレンズの歪等による精度への影響を考慮し、予め作成され、記憶部66に記録されている、上記位置関係と長さLとが対応付けられているテーブルを参照してもよい。光源方向特定部62は、前記で検出した位置関係をもとにして、前記のテーブルを参照し、検出した位置関係に対応する長さLを取得することによって、長さLを特定する。このテーブルとしては、例えば、相対座標と長さLとの対応関係がマッピングされているLUT(ルックアップテーブル)がある。例えば、光源方向特定部62は、図7(A)に示された2値化画像92aにおける点B1の座標(0,Y1)をもとにして、LUTに参照することで、図6(A)に示された長さL1を特定する。また、図7(B)に示された2値化画像92bにおける点B2の座標(0,Y2)をもとにして、LUTを参照することで、図6(C)に示された長さL2を特定する。因みに、点B1と点B2とのY座標の大小関係は、図7に示すように、|Y1|<|Y2|であり、このときに求められる長さLの関係は、長さL1<長さL2となる。光源方向特定部62は、求められた長さLを、上記の式に代入することにより仰俯角αを特定する。また、光源方向特定部62は、上記位置関係又は長さLと仰俯角αとが対応付けられたテーブルを参照して、仰俯角αを特定するようにしてもよい。
Next, the light source
次に、図8及び図9を参照して、光源40の方位角βの特定方法を説明する。ここで、方位角βは、便宜上、図8及び図9(A)に示すように、撮像方向の逆側から撮像装置30を見た状態において、中心点Pから鉛直に延びる直線から時計回りに値が大きくなる角度とする。図6及び図7に示されている状態における光源40の方位角β1は、図8に示すように0°である。図9(A)〜(C)に、方位角β2の方向に配置された光源40、そのときの撮影画像(第1の画像)90c及び2値化画像92cを示す。図9(B)に示すように、撮像装置30による撮像画像90cは、右上に被照射部が延びている。光源方向特定部62は、この撮像画像90cを2値化した2値化画像92cから、図9(C)に示すように、相対座標(X3,Y3)の点B3を特定する。
Next, a method for specifying the azimuth angle β of the
光源方向特定部62は、相対座標(X3,Y3)が特定されることにより、次の(1)〜(6)のいずれかの式で方位角βを特定する。
(1)点Bの座標が(0<X,0≦Y)のとき(即ち、図9(c)の2値化画像92cにおいて、中心点Pに対し点Bが第1象限にあるとき)、方位角β=|tan-1(Y/X)|+π/2
(2)点Bの座標が(X=0,0<Y)のとき(即ち、図9(c)の2値化画像92cにおいて、点BがY軸上の正の位置にあるとき)、方位角β=π
(3)点Bの座標が(X<0,0<Y)のとき(即ち、図9(c)の2値化画像92cにおいて、中心点Pに対し点Bが第2象限にあるとき)、方位角β=|tan-1(Y/X)|+π
(4)点Bの座標が(X=0,Y<0)のとき(即ち、図9(c)の2値化画像92cにおいて、点BがY軸上の負の位置にあるとき)、方位角β=0
(5)点Bの座標が(X<0,Y≦0)のとき(即ち、図9(c)の2値化画像92cにおいて、中心点Pに対し点Bが第3象限にあるとき)、方位角β=|tan-1(Y/X)|+3/2π
(6)点Bの座標が(0<X,Y<0)のとき(即ち、図9(c)の2値化画像92cにおいて、中心点Pに対し点Bが第4象限にあるとき)、方位角β=|tan-1(Y/X)|
また、光源方向特定部62は、中心点Pに対する点Bの相対座標と方位角βとが対応付けられ、予め作成されたLUTを参照して、方位角βを特定するようにしてもよい。
The light source
(1) When the coordinates of the point B are (0 <X, 0 ≦ Y) (that is, when the point B is in the first quadrant with respect to the center point P in the
(2) When the coordinates of the point B are (X = 0, 0 <Y) (that is, when the point B is at a positive position on the Y axis in the
(3) When the coordinates of the point B are (X <0, 0 <Y) (that is, when the point B is in the second quadrant with respect to the center point P in the
(4) When the coordinates of the point B are (X = 0, Y <0) (that is, when the point B is in the negative position on the Y axis in the
(5) When the coordinates of the point B are (X <0, Y ≦ 0) (that is, when the point B is in the third quadrant with respect to the center point P in the
(6) When the coordinates of the point B are (0 <X, Y <0) (that is, when the point B is in the fourth quadrant with respect to the center point P in the
Further, the light source
以上のように、光源方向特定部62は、光源40の仰俯角α及び方位角βを特定することで、光源40の方向を特定することができる。なお、光源方向特定部62は、仰俯角α及び方位角βに基づいて、所定の計算を行い、光源40の方向を別の方法で表す値(球座標系における値等)を算出等して、これによって、光源40の方向を特定してもよい。
As described above, the light source
上記のようにして光源40の方向を特定したが、絵画調画像に、所定の濃淡を有する、陰影等を付加するには、光源方向特定部62によって、実環境における光源40の光による照度及び間接光源(最も明るい光を発する光源40以外の全ての光源)の環境光による照度を特定する必要があり、これらの相対照度を特定したうえで、この特定された相対照度に対応する濃度の陰影等を、光学処理部60によって絵画調画像に付加する必要がある。次に、図10を参照して、光源40の光及び間接光源(最も明るい光を発する光源40以外の全ての光源)の環境光によって照らされているフード画像領域320の相対照度を特定する方法について説明する。なお、図10は、図6(B)の撮像画像90aに環境光に照らされた部分が加えられた図である。
Although the direction of the
先ず、図10に示された撮像画像90dについて説明する。撮像画像90dにおいて、環境光に照らされている領域を灰色で示し領域R03とする。
First, the captured
次に、2箇所の輝度の検出対象位置について説明する。まず、光源40の光によって照らされる部分における輝度の検出対象位置は、光源40によって照らされた領域R01のうち、開口324の中心から最も遠方に延びる被照射部の縁と開口324の中心とを結ぶ線分上の、開口324の外側近傍(所定の距離内)とする(図6(B)、図6(D)及び図10において点A1)。このように検出対象位置を設定した理由としては、開口324から入射する光は他の部分よりも開口324の外側近傍を広く照射し、且つ、この検出対象位置は、仰俯角αが45°より大きく、90°より小さい範囲のうちどの角度の光源40によっても、常に照らされる位置であるためである。
Next, two luminance detection target positions will be described. First, the detection target position of the luminance in the portion illuminated by the light of the
次に、図10に示す撮像画像90dにおいて、間接光源の環境光によって照らされる部分における輝度の検出対象位置について説明する。間接光源の環境光によって照らされる位置にある点として、点A1の輝度と比較するための輝度検出対象である点C1の輝度は、光源40によって照らされた位置にある点A1の輝度との比較対象であるため、光源40からの光による影響が少ない点である必要がある。このため、点C1は、点A1の位置に対して、開口324を中心として逆側に設定される。このようにすることで、方位角αが45°より大きく、90°よりも小さい範囲にある(つまり、レンズフードの内壁328における開口324の周囲を満遍なく照らす光を出射しない)光源40の影響は少ない。更に、点C1の位置は、間接光源によって照らされた領域R03のうち、開口324の中心から最も遠方に延びる被照射部の縁と開口324の中心とを結ぶ線分上の、開口324の外側近傍(所定の距離内)とする。このように検出対象位置を設定した理由としては、開口324から入射する光は他の部分よりも開口324の外側近傍を広く照射し、且つ、この検出対象位置は、仰俯角αが0°から90°より小さい範囲のうちどの角度の間接光源によっても、常に照らされる位置であるためである。
Next, in the captured
次に、具体的な照度の特定方法について説明する。光源方向特定部62は、2値化画像92から算出した点Bの位置に、撮像画像90aにおいて対応する位置にある点A10を特定する。(ここで、2値化画像92に施された2値化処理のしきい値は、間接光源の環境光の輝度値よりも大きく、光源40の光の輝度値よりも小さい値とする。つまり、2値化画像92において、間接光源の環境光によって照らされている部位は、黒く写り、光源40の光によって照らされた部位は、白く写っている。このため、好適に点Bが特定される。)更に、点A10と開口324の中心とを結ぶ線分上にあり、開口50の中心に対し、点10と点対称の位置にある点C10を特定する。次に、光源方向特定部62は、点A10と開口324の中心とを結ぶ線分上にあり、開口324の外側近傍(所定の距離内)とする点A1とし、点C10と開口324の中心とを結ぶ線分上にあり、開口324の外側近傍(所定の距離内)とする点C1とする。光源方向特定部62は、撮像画像90において、光源40によって照らされた点A1における画素の輝度、及び間接光源により照らされた点C1における画素の輝度を検出し、これらの輝度を比較し、相対照度を特定する。光源方向特定部62は、特定された相対照度に応じて、光学処理部60によって絵画調画像に付加される陰影等の濃度を決定する。
Next, a specific method for specifying the illuminance will be described. The light source
即ち、本実施形態では、上記処理によって、光源方向特定部62は、撮像画像90に基づいて、例えば、撮像画像90の明るさ情報(輝度値)から、明領域(R01、R02)内を照らす光の照度を特定し、撮像画像90に基づいて、内壁328において、直接光源40によって照らされている明領域外(例えば領域R03)を照らす光の照度を特定し、特定した明領域内外の光の照度に基づいて、直接光源40と間接光源との照度の比を特定する。
That is, in the present embodiment, the light source
なお、上記において、輝度の検出対象位置を、直接光源40の光に照らされる点A1及び環境光に照らされる点C1としたが、これに限定しない。例えば、直接光源40から出射される光に照らされる部分の、撮像画像90における輝度を検出するには明領域R01内であればよく、例えば、点A10と開口324の中心とを結ぶ線分上にあり、点10よりも開口324の中心側であればよい。更に、間接光源から出射される光に照らされる部分の、撮像画像90における輝度を検出するには領域R03内であればよく、例えば、点A10と開口324の中心とを結ぶ線分上にあり、開口50の中心に対し、点10と点対称の位置にある点C10を輝度を検出する対象としてもよい。
In the above description, the luminance detection target position is the point A1 that is directly illuminated by the light from the
また、例えば、点A1、点C1の近傍にある画素における輝度値に、大きなムラがあることがあり得るため、夫々所定の範囲における複数の点を検出対象とするようにして、得られた値を平均化した輝度に基づいて照度を特定するようにするとより好ましい。 In addition, for example, there may be large unevenness in the luminance values in the pixels in the vicinity of the points A1 and C1, and thus the values obtained by setting a plurality of points in a predetermined range as detection targets, respectively. More preferably, the illuminance is specified based on the averaged luminance.
次に、光源方向特定処理の詳細な一例を、図11を参照して説明する。この処理は、画像に陰影を付加することを目的として、ユーザによってなされるデジタルフォトフレーム10の図示しない操作部への操作等を契機として開始される。
Next, a detailed example of the light source direction specifying process will be described with reference to FIG. This process is started with the operation of a
まず、光源方向特定部62の制御によって、撮像装置30がレンズフード32の内壁328を撮像する(ステップS101)。次に、光源方向特定部62は、撮像画像90を2値化する(ステップS102)。光源方向特定部62は、2値化画像92から点Bを検出する(ステップS103)。次に、光源方向特定部62は、点Bの座標を元にLUTより長さLを特定する(ステップS104)。次に、光源方向特定部62は、特定された長さLと内径φから仰俯角αを特定する(ステップS105)。光源方向特定部62は、点Bの中心点Pに対する相対座標から方位角βを特定する(ステップS106)。光源方向特定部62は、仰俯角α及び方位角βから光源40の方向を特定する(ステップS107)。次に、光源方向特定部62は、光源40によって照らされた被照射部のうち、2値化画像92における点Bに対応する位置にある撮像画像90における点A10と開口324の中心とを結ぶ線分上にあり、開口324の外側近傍に、点A1を設定し(ステップS108)、設定された点A1の輝度を検出する(ステップS109)。次に、光源方向特定部62は、開口50の中心に対し、点10と点対称の位置にある点C10と開口324の中心とを結ぶ線分上にあり、開口324の外側近傍に、点C1を設定し(ステップS110)、設定された点C1の輝度を検出する(ステップS111)。次に、光源方向特定部62は、点C1の輝度に対する点A1の相対的な輝度を算出する(ステップS112)。絵画調変換部52は、記憶部66に格納されている原画像に絵画調の処理を施し、3次元形状データを有する絵画調画像を作成する。光学処理部60は、点C1の輝度に対する点A1の輝度から相対照度を算出し、特定された光源40の方向及び絵画調画像の3次元データ等に基づき、所定の長さ、角度及び濃度の陰影等を絵画調画像に付加する(ステップS113)。
First, the
また、上記の光学処理部60に相当する、陰影等の付加に用いられるソフトウェアとして、レイトレーシングソフトのShade(登録商標)がある。この場合、光源方向特定部62が、ソフトウェアが要求するデータを、適宜、輝度の比、光源の方向等に基づいて生成(変換)することにより、ソフトウェアによって絵画調画像に陰影が付加される。
In addition, as software used for adding a shadow or the like corresponding to the
上記のように、本実施形態に係るデジタルフォトフレーム10は、撮像装置30、レンズフード32からなる少ない部品構成から成り、簡単な処理で実環境の光源40の方向を特定できる。更に、特定された光源40の方向及び照度に応じた陰影等を絵画調画像に反映(付加)させることができる。
As described above, the
また、光源40の光と間接光源の環境光との相対照度に応じた濃度の陰影等を絵画調画像に付加することにより、光源40の光の照度に応じた濃度の陰影等を絵画調画像に付加するよりも、より実環境における明暗状態を反映した画像を生成することができる。
Further, by adding a shade or the like of the density according to the relative illuminance between the light of the
なお、本実施形態光学計算は、OpenGL(登録商標)等のプログラミングインターフェースを使って演算してもよい。また、絵画調画像に、陰影の代わりに、光沢のみを付加させてもよい。 The optical calculation according to the present embodiment may be calculated using a programming interface such as OpenGL (registered trademark). Further, only the gloss may be added to the picture-like image instead of the shadow.
また、撮像装置に光源からの光を導入するものとして、レンズフードを備える構成について本実施形態において説明したが、本発明はこの構成に限定されない。つまり、光導入部は、撮像装置によって撮像される部分に光を導入できればよく、両端開口の孔を有し、光源から出射された光が一端の開口から前記孔の内部に入射し、入射した光によって、前記孔の内壁における、前記一端の開口の周囲が照らされる構成部品であればよい。例えば、光導入部は、レンズフード32が取り付けられていない筐体100であるとしてもよい。この場合、孔100bが前記の孔に該当する。
Moreover, although the structure provided with a lens hood was demonstrated in this embodiment as what introduces the light from a light source to an imaging device, this invention is not limited to this structure. In other words, the light introducing unit only needs to be able to introduce light into the part imaged by the imaging device, and has a hole with both ends opened, and light emitted from the light source is incident on the inside of the hole from one end opening. What is necessary is just a component in which the circumference | surroundings of the opening of the said one end in the inner wall of the said hole are illuminated by light. For example, the light introducing unit may be the
上記実施形態に係るフォトフレームにおいては、光源方向を特定し、絵画調画像に陰影等を付加するものとして説明したが、3次元形状データを有する画像であれば、絵画調画像ではなくとも陰影等を付加することができ、本願発明は、3D−CAD画像、実写真を表す画像等にも適用可能である。 In the photo frame according to the above-described embodiment, it has been described that the light source direction is specified and a shadow or the like is added to the picture-like image. However, if the image has three-dimensional shape data, the shadow or the like may be used instead of the picture-like image. The present invention can also be applied to 3D-CAD images, images representing actual photographs, and the like.
なお、3次元形状データを画像から検出又は画像に設定可能な装置を備えるようにすることにより、撮像装置によって撮像された撮像画像のうちフード画像領域を除いた外界画像を、陰影等を付加する対象である原画像(又は絵画調画像の変換前の画像)として用いてもよい。 In addition, by providing a device that can detect or set the three-dimensional shape data from the image, a shadow or the like is added to the external image excluding the hood image region from the captured image captured by the imaging device. It may be used as an original image (or an image before conversion of a painting-like image) as a target.
更には、光源が移動するものである場合、連続的に画像を撮像し、撮像された画像を基に光源方向を特定することで、瞬時の光源方向に応じた陰影等を絵画調画像に付加することができる。つまり、移動する光源の方向に応じた陰影等をリアルタイムに絵画調画像に付加することができる。 Furthermore, when the light source is moving, images are continuously captured, and the direction of the light source is specified based on the captured image, thereby adding shading according to the instantaneous light source direction to the painting-like image. can do. That is, it is possible to add a shadow or the like according to the direction of the moving light source to the picture-like image in real time.
更に、本実施形態に係るデジタルフォトフレームにおいては、撮像装置及びレンズフードをモニタ20の上部に1箇所のみ備える構成を説明したが、その位置は任意であり、また、例えば、上下左右に複数備えるようにしてもよい。このようにすることで、複数の角度から撮像した複数の画像を基に3Dデータを取得することができる。更に、光源方向の特定精度を向上させることができる。
Furthermore, in the digital photo frame according to the present embodiment, the configuration in which the imaging device and the lens hood are provided at only one location on the upper portion of the
また、本実施形態に係るデジタルフォトフレームにおいては、絵画調の画像に陰影等を付加するために、光源方向を特定するとしたため、絵画の表面方向のみの光源方向を特定するものとしたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、特定された光源情報を絵画調画像以外のものに利用する場合等には、表裏面、両面の光源方向を特定するようにしてもよい。この場合、逆方向に向けられた撮像装置を2個設けるようにし、同様の処理を行うことで両面方向の光源方向を特定することができる。また、本実施形態においては、絵画の顔料の付着による凹凸の斜面角は45°を超えないものと想定し、絵画調の画像をよりリアルにするために、陰影等を付加することを前提としていた。このため、仰俯角αが45°より大きく、90°よりも小さい範囲にある、光源40の方向の特定を行うものとして説明したが、光源位置の推定のみに用いる場合等には、その範囲を制限しない。
In the digital photo frame according to the present embodiment, the light source direction is specified in order to add a shadow or the like to a picture-like image. Therefore, the light source direction only in the surface direction of the picture is specified. The invention is not limited to this configuration. For example, when the specified light source information is used for things other than painting-like images, the light source directions on the front and back surfaces and both surfaces may be specified. In this case, it is possible to specify the light source directions in the double-side direction by providing two imaging devices oriented in the opposite directions and performing the same processing. In the present embodiment, it is assumed that the slope angle of the unevenness due to the adhesion of the pigment of the painting does not exceed 45 °, and in order to make the painting-like image more realistic, it is assumed that a shadow or the like is added. It was. For this reason, the elevation angle α is described as specifying the direction of the
また、本実施形態においては、光源方向特定部が、光源から照射される光の輝度値等を取得し、取得した輝度値等に基づき光源の方向及び照度を特定する、として説明したが、更に、光の色データを検出するようにしてもよい。この場合、光源によって出射される光の色データは、本実施形態におけるレンズフード32の内壁328が白色であるため、この光の内壁328における照射部位を撮像画像から、検出可能である。例えば、光源方向特定部が、点A1の輝度及び点C1の輝度ともに色データを検出するようにしてもよい。この色データに基づき、光学処理部は、処理対象の画像において各光が当たると推定される部分の色素を調整することができる。更に、環境光の色と直接光源の光の色とが異なる場合であっても、より実環境に沿うように、処理対象の画像の色素を調整することができる。
Further, in the present embodiment, the light source direction specifying unit has been described as acquiring the luminance value and the like of the light emitted from the light source, and specifying the direction and illuminance of the light source based on the acquired luminance value and the like. The color data of light may be detected. In this case, the color data of the light emitted from the light source can detect the irradiated part of the light on the
更に、本実施形態に係るデジタルフォトフレームにおいては、特定された光源(光源の方向・照度)を、画像の陰影等を付加するために用いるものとして説明したが、どのように用いるかは任意である。例えば、特定された光源の方向の情報を、太陽電池の受光面の方向制御に用いるようにしてもよい。 Furthermore, in the digital photo frame according to the present embodiment, the specified light source (light source direction / illuminance) has been described as being used to add shading of an image, but how it is used is arbitrary. is there. For example, you may make it use the information of the direction of the identified light source for the direction control of the light-receiving surface of a solar cell.
また、本実施形態においては、デジタルフォトフレームを例として説明したが、デジタルカメラ、パソコン、ノートパソコン又はPDA(パーソナル・デジタル・アシスタント)等に用いるようにしてもよい。 In the present embodiment, a digital photo frame has been described as an example, but it may be used for a digital camera, a personal computer, a notebook personal computer, a PDA (personal digital assistant), or the like.
上記プログラムは、OS(Operation System)と協働してCPUに光源方向特定処理を行わせるものであってもよい。この場合、OSも記憶部に記録される。また、上記プログラムは、持ち運び可能な記憶媒体(例えば、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD−ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory))に記録され、光源方向特定装置に供給(インストール)されてもよい。また、上記プログラムは、ネットワークを介して光源方向特定装置に供給されてもよい。これらの場合には、記憶部は、フラッシュメモリ等によって構成され、このフラッシュメモリに上記プログラムが記録される。 The program may cause the CPU to perform a light source direction specifying process in cooperation with an OS (Operation System). In this case, the OS is also recorded in the storage unit. The program is recorded on a portable storage medium (for example, CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), DVD-ROM (Digital Versatile Disk Read Only Memory)) and supplied (installed) to the light source direction specifying device. May be. The program may be supplied to the light source direction specifying device via a network. In these cases, the storage unit is configured by a flash memory or the like, and the program is recorded in the flash memory.
プログラムが記録された、フラッシュメモリ、又は、持ち運び可能な記憶媒体等は、コンピュータが読み取り可能なプログラム製品(プログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体)になる。プログラムは、機能の少なくとも一部が専用回路によって実現され光源方向特定装置を動作させるものであってもよい。つまり、光源方向特定装置は、全体として、光源方向特定処理を行うものであればよく、上記プログラムは、そのような光源方向特定装置を動作させるものであればよい。 A flash memory or a portable storage medium on which the program is recorded becomes a computer-readable program product (a storage medium readable by a computer storing the program). The program may be a program in which at least a part of the function is realized by a dedicated circuit to operate the light source direction specifying device. That is, the light source direction specifying device may be any device that performs a light source direction specifying process as a whole, and the above program only needs to operate such a light source direction specifying device.
10・・・デジタルフォトフレーム(光源方向特定装置)、20・・・モニタ(表示部)、30・・・撮像装置(撮像装置)、32・・・レンズフード(光導入部)、320・・・フード画像領域、322・・・軸線、324,326・・・開口、40・・・光源、50・・・外界画像、52・・・絵画調変換部、60・・・光学処理部、62・・・光源方向特定部、64・・・CPU、66・・・記憶部(格納部)、90(90a,90b,90c,90d)・・・撮像画像(第1の画像)、A1・・・点、B(B1,B2,B3)・・・点、C1・・・点、L(L1,L2,L3)・・・最大長さ、P・・・中心点、R(R1,R2,R3)・・・明領域、α(α1,α2)・・・仰俯角、β(β1,β2)・・・方位角
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光導入部の他端の開口側に配置され、前記光導入部の前記一端の開口及び前記一端の開口に繋がる前記内壁を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置が撮像した第1の画像に基づいて、前記第1の画像の中の前記内壁における所定の基準以上の明るさを有する明領域を特定し、特定した前記明領域に基づいて前記光源の方向を特定する光源方向特定部と、
を備えることを特徴とする光源方向特定装置。 A light introducing portion having a hole at both ends and light emitted from a light source is incident on the inside of the hole from an opening at one end, and the incident light illuminates the periphery of the opening at the one end on the inner wall of the hole When,
An imaging device that is disposed on the opening side of the other end of the light introducing portion and that images the inner wall connected to the opening of the one end and the opening of the one end of the light introducing portion;
Based on the first image captured by the imaging device, a bright area having a brightness equal to or higher than a predetermined reference in the inner wall in the first image is identified, and the light source is based on the identified bright area. A light source direction specifying part for specifying the direction of
A light source direction identification device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の光源方向特定装置。 The light source direction specifying unit specifies a point at a position farthest from the center of the opening at the one end in the bright region, and specifies the direction of the light source based on the specified position of the point.
The light source direction specifying device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光源方向特定装置。 The light source direction specifying unit specifies the illuminance and / or color of light that illuminates the inside of the bright region based on the first image.
The light source direction identification device according to claim 1 or 2, characterized in that
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光源方向特定装置。 The light source direction specifying unit specifies the illuminance and / or color of light that illuminates outside the bright region based on the first image.
The light source direction identification device according to claim 1 or 2, characterized in that
前記第1の画像に基づいて、前記明領域内を照らす光の照度を特定し、
前記第1の画像に基づいて、前記明領域外を照らす光の照度を特定し、
特定した前記明領域内外の光の照度に基づいて、直接光源と間接光源との照度の比を特定する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光源方向特定装置。 The light source direction specifying unit is
Based on the first image, the illuminance of light illuminating the bright area is identified,
Based on the first image, identify the illuminance of light that illuminates outside the bright area,
Based on the illuminance of the light inside and outside the identified bright area, the illuminance ratio between the direct light source and the indirect light source is identified.
The light source direction identification device according to claim 1 or 2, characterized in that
を更に備えること特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光源方向特定装置。 An optical processing unit that acquires a second image and performs image processing that is specified by the light source specifying unit and adds a shadow and / or gloss to the acquired second image according to at least the direction of the light source;
The light source direction identification device according to claim 1, further comprising:
前記光導入部の他端の開口側に配置され、前記光導入部の前記一端の開口及び前記一端の開口に繋がる前記内壁を撮像する撮像装置と、を備える装置を制御するコンピュータに、
前記撮像装置が撮像した第1の画像に基づいて、前記第1の画像の中の前記内壁における所定の基準以上の明るさを有する明領域を特定し、特定した前記明領域に基づいて前記光源の方向を特定する光源方向特定ステップ、
を行わせることを特徴とする光源方向特定プログラム。
A light introducing portion having a hole at both ends and light emitted from a light source is incident on the inside of the hole from an opening at one end, and the incident light illuminates the periphery of the opening at the one end on the inner wall of the hole When,
A computer that controls an apparatus including: an imaging device that is disposed on an opening side of the other end of the light introducing unit and that images the inner wall connected to the opening of the one end of the light introducing unit and the opening of the one end;
Based on the first image captured by the imaging device, a bright area having a brightness equal to or higher than a predetermined reference in the inner wall in the first image is identified, and the light source is based on the identified bright area. A light source direction specifying step for specifying the direction of
A light source direction specifying program characterized in that
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