JP2013077132A - Distance index information estimation device and program thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distance information estimation device capable of presenting an estimation value representing an objective reliability of a piece of distance information.SOLUTION: A distance information estimation device 1 includes: an error function calculation section 10 that calculates an error function representing a similarity level between stereo images; a smooth function calculation section 11 that calculates a smooth function representing the continuity of a distance; a message generation-propagation section 12 that generates and propagates a message including an error function and a smooth function; an evaluation function calculation section 13 that calculates an evaluation function of the message; a distance estimation section 14 that estimates a distance which has the minimum value of the evaluation function as a piece of distance information; an estimation value calculation section 15 that calculates an estimation value representing the reliability of the distance information; an occlusion area determination section 17 that determines an area where an estimation error has occurred due to an occlusion; and a non-texture area determination section 19 that determines an area where an estimation error has occurred due to a texture.

Description

本発明は、ステレオ画像間の誤差関数と奥行き方向への距離又は視差である距離指標の連続性を示すスムーズ関数とで表されるエネルギーを最小化する手法により、ステレオ画像の一方である基準画像の画素ごとの距離指標を示す距離指標情報を推定する距離指標情報推定装置及びそのプログラムに関する。   The present invention provides a reference image which is one of stereo images by a method of minimizing the energy expressed by an error function between stereo images and a smooth function indicating the continuity of a distance index which is a distance or parallax in the depth direction. The present invention relates to a distance index information estimation apparatus for estimating distance index information indicating a distance index for each pixel and a program thereof.

例えば、3次元立体モデルを生成する際、ステレオ画像の各画素の視差により距離を推定する距離推定技術が広く用いられている。この距離推定技術では、例えば、ステレオ画像間で類似度を求めるブロックマッチングが用いられている。また、類似度の計算方法としては、例えば、差の二乗和を求めるSSD(Sum of Squared Difference)、差の絶対和を求めるSAD(Sum of Absolute Difference)、および、正規化相互相関を求めるZNCC(Zero-mean Normalized Cross-Correlation)が知られている(例えば、非特許文献1)。   For example, when generating a three-dimensional solid model, a distance estimation technique for estimating a distance from the parallax of each pixel of a stereo image is widely used. In this distance estimation technique, for example, block matching for obtaining a similarity between stereo images is used. As a method of calculating the similarity, for example, an SSD (Sum of Squared Difference) for obtaining the sum of squares of a difference, an SAD (Sum of Absolute Difference) for obtaining an absolute sum of the differences, and a ZNCC ( Zero-mean Normalized Cross-Correlation) is known (for example, Non-Patent Document 1).

また、距離推定技術としては、マルコフランダムフィールドモデルを仮定し、ステレオ画像間のデータ項とスムーズ項とで構成されるエネルギーを最小化することにより、ノイズが少なく滑らかな距離情報(距離画像)を生成する信頼度伝搬法も知られている(例えば、非特許文献2)。ここで、データ項はステレオ画像間の類似度を表し、スムーズ項は距離の不連続性を表す。   As a distance estimation technique, a Markov random field model is assumed, and energy consisting of data terms and smooth terms between stereo images is minimized to obtain smooth distance information (distance images) with less noise. A reliability propagation method to be generated is also known (for example, Non-Patent Document 2). Here, the data term represents similarity between stereo images, and the smooth term represents discontinuity of distance.

ディジタル画像処理、CG−Arts協会、2006年、p202−p204Digital image processing, CG-Arts Association, 2006, p202-p204 Pedro F.Felzenszwalb,Daniel P.Huttenlocher:Efficient Belief Propagation for Early Vision.CVPR(1)2004:261‐268Pedro F. Felzenszwalb, Daniel P. Huttenlocher: Efficient Belief Propagation for Early Vision. CVPR (1) 2004: 261-268

しかし、従来の距離推定技術では、ステレオ画像にオクルージョンが生じた領域やテクスチャが無い領域が含まれる場合、これらに起因して、距離情報の推定結果にエラーが生じることが多い。この場合、精度が高い距離情報を得るために、これら推定エラーが生じた領域に対して、これら推定エラーの抑制処理を施す必要がある。この推定エラーの抑制処理の可否を判定するために、推定された距離情報の客観的な信頼度を提示することが強く要望されている。   However, in the conventional distance estimation technique, when a stereo image includes a region where occlusion occurs or a region without texture, an error often occurs in the estimation result of distance information due to these. In this case, in order to obtain distance information with high accuracy, it is necessary to perform a process for suppressing these estimation errors on the region where these estimation errors have occurred. In order to determine whether or not the estimation error suppression process is possible, there is a strong demand to present an objective reliability of the estimated distance information.

そこで、本発明は、前記した問題を解決し、距離指標情報の客観的な信頼度である評価値を提示できる距離指標情報推定装置及びそのプログラムを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a distance index information estimation apparatus and program for solving the above-described problem and presenting an evaluation value that is an objective reliability of distance index information.

前記した課題に鑑みて、本願第1発明に係る距離指標情報推定装置は、ステレオ画像間の誤差関数と奥行き方向への距離又は視差である距離指標の連続性を示すスムーズ関数とで規定される確率に関するエネルギーを最小化する手法により、ステレオ画像の一方である基準画像の画素ごとの距離指標を示す距離指標情報を推定すると共に、距離指標情報の信頼度を示す評価値を計算する距離指標情報推定装置であって、誤差関数計算部と、スムーズ関数計算部と、エネルギー伝搬部と、評価関数計算部と、距離指標推定部と、評価値計算部とを備えることを特徴とする。   In view of the above-described problems, the distance index information estimation device according to the first invention of the present application is defined by an error function between stereo images and a smooth function indicating the continuity of the distance index that is a distance or parallax in the depth direction. Distance index information that estimates the distance index information that indicates the distance index for each pixel of the reference image, which is one of the stereo images, and calculates the evaluation value that indicates the reliability of the distance index information, by minimizing the energy related to the probability An estimation apparatus, comprising an error function calculation unit, a smooth function calculation unit, an energy propagation unit, an evaluation function calculation unit, a distance index estimation unit, and an evaluation value calculation unit.

かかる構成によれば、距離指標情報推定装置は、誤差関数計算部によって、ステレオ画像が入力されると共に、予め設定された距離指標候補ごとに、予め設定された誤差関数閾値以下となるように、入力されたステレオ画像の類似度である誤差関数を計算する。つまり、誤差関数計算部は、誤差関数の値が誤差関数閾値を超えないようにトランケーションを行う。   According to such a configuration, the distance index information estimation device receives a stereo image by the error function calculation unit, and is set to be equal to or less than a preset error function threshold for each preset distance index candidate. An error function that is the similarity of the input stereo image is calculated. That is, the error function calculation unit performs truncation so that the value of the error function does not exceed the error function threshold value.

また、距離指標情報推定装置は、スムーズ関数計算部によって、距離指標候補ごとに、予め設定されたスムーズ関数閾値以下となるように、マルコフランダムフィールドにおける隣接画素間の距離指標候補の差分絶対値であるスムーズ関数を計算する。つまり、スムーズ関数計算部は、スムーズ関数の値がスムーズ関数閾値を超えないようにトランケーションを行う。   Further, the distance index information estimation device uses the absolute value of the difference between the distance index candidates between adjacent pixels in the Markov random field so that the smooth function calculation unit has a smooth function threshold value or less set for each distance index candidate. Calculate a smooth function. That is, the smooth function calculation unit performs truncation so that the value of the smooth function does not exceed the smooth function threshold.

また、距離指標情報推定装置は、エネルギー伝搬部によって、誤差関数計算部で計算した誤差関数とスムーズ関数計算部で計算したスムーズ関数とを含むエネルギーが集合したエネルギー集合を生成し、当該エネルギー集合内における隣接画素間で、所定の漸化式によってエネルギーを生成して伝搬させることで、距離指標候補及び画素ごとのエネルギーを更新する。   The distance index information estimation device generates an energy set in which energy including the error function calculated by the error function calculation unit and the smooth function calculated by the smooth function calculation unit is collected by the energy propagation unit, By generating and propagating energy between adjacent pixels at a predetermined recurrence formula, the distance index candidate and the energy for each pixel are updated.

また、距離指標情報推定装置は、評価関数計算部によって、エネルギー伝搬部で更新されたエネルギーを示す評価関数を計算する。そして、距離指標情報推定装置は、距離指標推定部によって、距離指標候補のうち、評価関数計算部で計算された評価関数が最小となる距離指標を、距離指標情報として推定する。ここで、前記したトランケーションでエネルギーに上限が設けられるため、評価関数のばらつきが一定範囲に収まって、距離指標情報の精度が向上する。   Moreover, the distance index information estimation apparatus calculates an evaluation function indicating the energy updated by the energy propagation unit by the evaluation function calculation unit. Then, in the distance index information estimation device, the distance index estimation unit estimates a distance index that minimizes the evaluation function calculated by the evaluation function calculation unit from among the distance index candidates as distance index information. Here, since the upper limit is set for the energy in the truncation described above, the variation of the evaluation function is within a certain range, and the accuracy of the distance index information is improved.

また、距離指標情報推定装置は、評価値計算部によって、評価関数で表されるエネルギー分布の尖度を、評価値として求める。ここで、評価値は、エネルギー分布の尖り具合である尖度に基づいて計算されるため、その精度が向上し、距離情報の客観的な信頼度を示す情報となる。   In the distance index information estimation apparatus, the evaluation value calculation unit obtains the kurtosis of the energy distribution represented by the evaluation function as an evaluation value. Here, since the evaluation value is calculated based on the kurtosis which is the sharpness of the energy distribution, the accuracy is improved and becomes information indicating the objective reliability of the distance information.

なお、本発明において、距離指標とは、奥行き方向への距離(奥行き)、又は、この距離の指標になる視差のことである。つまり、距離指標情報推定装置は、距離指標情報として、画素ごとの距離を示す距離情報、又は、画素ごとの視差を示す視差情報を推定する。   In the present invention, the distance index is a distance in the depth direction (depth) or parallax that is an index of this distance. That is, the distance index information estimation apparatus estimates distance information indicating the distance for each pixel or parallax information indicating the parallax for each pixel as the distance index information.

また、本願第2発明に係る距離指標情報推定装置は、評価値計算部が、エネルギー分布の尖度を、テクスチャに起因する推定エラーを判定するためのテクスチャ評価値として計算する。   In the distance index information estimation apparatus according to the second invention of this application, the evaluation value calculation unit calculates the kurtosis of the energy distribution as a texture evaluation value for determining an estimation error caused by the texture.

このとき、テクスチャ評価値計算部は、nが距離指標候補fの数、b(f)がエネルギー、b ̄がエネルギーの平均値、及び、σ(b)がエネルギーの標準偏差と定義された式(9)を用いて、テクスチャ評価値Kを計算することが好ましい(本願第3発明)。 At this time, the texture evaluation value calculation unit is configured such that n f is the number of distance index candidates f q , b q (f q ) is energy, b q  ̄ is energy average value, and σ (b q ) is energy standard. It is preferable to calculate the texture evaluation value K q using the formula (9) defined as the deviation (the third invention of the present application).

かかる構成によれば、距離指標情報推定装置は、エネルギー分布の尖り具合である尖度を考慮してテクスチャ評価値を計算するため、テクスチャ評価値の精度を向上させることができる。   According to such a configuration, the distance index information estimation apparatus calculates the texture evaluation value in consideration of the kurtosis that is the degree of sharpness of the energy distribution, so that the accuracy of the texture evaluation value can be improved.

また、本願第4発明に係る距離指標情報推定装置は、テクスチャ評価値計算部で計算されたテクスチャ評価値が予め設定されたテクスチャ閾値以下であるか否かを判定し、テクスチャ評価値がテクスチャ閾値以下の場合、テクスチャに起因する推定エラーが生じたと判定するテクスチャ推定エラー判定部、をさらに備えることを特徴とする。   The distance index information estimation apparatus according to the fourth invention of the present application determines whether the texture evaluation value calculated by the texture evaluation value calculation unit is equal to or less than a preset texture threshold, and the texture evaluation value is the texture threshold. In the following cases, a texture estimation error determination unit that determines that an estimation error caused by the texture has occurred is further provided.

かかる構成によれば、距離指標情報推定装置は、テクスチャ評価値がテクスチャに起因する推定エラーが生じた画素で小さくなる性質を利用して、テクスチャに起因する推定エラーを判定する。   According to such a configuration, the distance index information estimation apparatus determines an estimation error due to the texture by using a property that the texture evaluation value becomes smaller at the pixel where the estimation error due to the texture occurs.

また、本願第5発明に係る距離指標情報推定装置は、ステレオ画像を撮影したカメラの光軸交点をカメラキャリブレーションにより計算し、ステレオ画像内の被写体が収まるように予め設定された半径の仮想球が当該光軸交点を中心に生成され、中央カメラから仮想球の奥側表面までの距離指標を計算し、計算した距離指標を、中央カメラの撮影画像でテクスチャに起因する推定エラーが生じた領域内の各画素の距離指標情報として割り当てるテクスチャ推定エラー抑制部、をさらに備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、距離指標情報推定装置は、テクスチャに起因する推定エラーが生じたと判定された領域に対して、その推定エラーを抑制する処理を行う。
In addition, the distance index information estimation device according to the fifth invention of the present application calculates the optical axis intersection of a camera that has captured a stereo image by camera calibration, and a virtual sphere having a radius set in advance so that a subject in the stereo image can be accommodated. Is generated around the intersection of the optical axes, calculates the distance index from the central camera to the inner surface of the phantom sphere, and the calculated distance index is the area where the estimation error caused by the texture occurred in the captured image of the central camera And a texture estimation error suppression unit assigned as distance index information of each pixel.
According to such a configuration, the distance index information estimation apparatus performs a process for suppressing the estimation error for a region where it is determined that an estimation error due to the texture has occurred.

また、本願第6発明に係る距離指標情報推定装置は、誤差関数計算部が、基準画像における処理対象画素と、ステレオ画像の他方である参照画像で処理対象画素に対応する対応画素との色情報の差分絶対値を求め、当該差分絶対値を予め設定した原色数で除算して重み付ける誤差関数を計算することを特徴とする。
かかる構成によれば、距離指標情報推定装置は、被写体の輪郭を鮮鋭化して、精度が高い距離情報を推定することができる。
In the distance index information estimation device according to the sixth invention of the present application, the error function calculation unit has color information between the processing target pixel in the standard image and the corresponding pixel corresponding to the processing target pixel in the reference image that is the other of the stereo images. And calculating an error function for weighting the difference absolute value by dividing it by a preset number of primary colors.
According to this configuration, the distance index information estimation device can sharpen the contour of the subject and estimate distance information with high accuracy.

なお、本願第1発明に係る距離指標情報推定装置は、一般的なコンピュータを、誤差関数計算部、スムーズ関数計算部、エネルギー伝搬部、評価関数計算部、距離指標推定部及び評価値計算部として動作させる距離指標情報推定プログラムによって実現することもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布しても良く、CD−ROMやフラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布しても良い。   In addition, the distance index information estimation apparatus according to the first invention of the present application uses a general computer as an error function calculation unit, a smooth function calculation unit, an energy propagation unit, an evaluation function calculation unit, a distance index estimation unit, and an evaluation value calculation unit. It can also be realized by a distance index information estimation program to be operated. This program may be distributed via a communication line, or may be distributed by writing in a recording medium such as a CD-ROM or a flash memory.

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
本願第1発明によれば、前記したトランケーションでエネルギーに上限が設けられるため、評価関数のばらつきが一定範囲に収まって、距離指標情報の精度を向上させることができる。さらに、本願第1発明によれば、エネルギー分布の尖り具合である尖度を考慮して評価値を計算するため、評価値の精度を向上させ、距離指標情報の客観的な信頼度として評価値を提示することができる。
The present invention has the following excellent effects.
According to the first invention of the present application, since the upper limit is provided for the energy in the truncation described above, the variation of the evaluation function is kept within a certain range, and the accuracy of the distance index information can be improved. Furthermore, according to the first invention of the present application, the evaluation value is calculated in consideration of the kurtosis that is the sharpness of the energy distribution. Therefore, the accuracy of the evaluation value is improved, and the evaluation value is obtained as an objective reliability of the distance index information. Can be presented.

本願第2,3発明によれば、エネルギー分布の尖度を考慮してテクスチャ評価値を計算するため、テクスチャ評価値の精度を向上させることができる。
本願第4発明によれば、テクスチャ評価値がテクスチャに起因する推定エラーが生じた画素で小さくなる性質を利用して、テクスチャに起因する推定エラーを正確に判定することができる。
According to the second and third aspects of the present invention, since the texture evaluation value is calculated in consideration of the kurtosis of the energy distribution, the accuracy of the texture evaluation value can be improved.
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to accurately determine the estimation error caused by the texture by using the property that the texture evaluation value becomes smaller at the pixel where the estimation error caused by the texture occurs.

本願第5発明によれば、テクスチャに起因する推定エラーが生じたと判定された領域に対して、その推定エラーを抑制する処理を正確に行うことができる。
本願第6発明によれば、被写体の輪郭を鮮鋭化して、精度が高い距離指標情報を推定することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to accurately perform a process of suppressing the estimation error for the area determined to have an estimation error caused by the texture.
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to estimate the distance index information with high accuracy by sharpening the contour of the subject.

本発明において、信頼度伝搬法による距離推定を説明する説明図である。In this invention, it is explanatory drawing explaining distance estimation by the reliability propagation method. 本発明において、信頼度伝搬法による距離推定の手順を示すフローチャートである。In the present invention, it is a flowchart which shows the procedure of distance estimation by the reliability propagation method. 本発明の第1実施形態に係る距離情報推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the distance information estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図3の距離情報推定装置において、距離候補ごとの誤差関数及びスムーズ関数の計算を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating calculation of an error function and a smooth function for each distance candidate in the distance information estimation apparatus of FIG. 3. 図3の距離情報推定装置において、距離候補ごとのメッセージの伝搬を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining message propagation for each distance candidate in the distance information estimation apparatus of FIG. 3. 図3の距離情報推定装置において、距離候補ごとのメッセージの伝搬を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining message propagation for each distance candidate in the distance information estimation apparatus of FIG. 3. 本発明の第1実施形態において、(a)はオクルージョンに起因する推定エラーが生じていない画素のエネルギー分布を示すグラフであり、(b)はオクルージョンに起因する推定エラーが生じた画素のエネルギー分布を示すグラフである。In the first embodiment of the present invention, (a) is a graph showing an energy distribution of pixels in which an estimation error due to occlusion has not occurred, and (b) is an energy distribution of pixels in which an estimation error due to occlusion has occurred. It is a graph which shows. 本発明の第1実施形態において、(a)はテクスチャに起因する推定エラーが生じていない画素のエネルギー分布を示すグラフであり、(b)はテクスチャに起因する推定エラーが生じた画素のエネルギー分布を示すグラフである。In the first embodiment of the present invention, (a) is a graph showing an energy distribution of pixels in which an estimation error due to texture has not occurred, and (b) is an energy distribution of pixels in which an estimation error due to texture has occurred. It is a graph which shows. 図3の距離情報推定装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the distance information estimation apparatus of FIG. 本発明の第2実施形態に係る距離情報推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the distance information estimation apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図10の距離情報推定装置において、オクルージョンに起因する推定エラーの抑制を説明する説明図である。In the distance information estimation apparatus of FIG. 10, it is explanatory drawing explaining suppression of the estimation error resulting from an occlusion. 図10の距離情報推定装置において、オクルージョンに起因する推定エラーの抑制を説明する説明図である。In the distance information estimation apparatus of FIG. 10, it is explanatory drawing explaining suppression of the estimation error resulting from an occlusion. 図10の距離情報推定装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the distance information estimation apparatus of FIG. 本発明の第3実施形態に係る距離情報推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the distance information estimation apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態において、(a)はメッセージ伝搬元の画素から処理対象の画素へのメッセージ伝搬が制限されるときの説明図であり、(b)は処理対象の画素からメッセージ伝搬先の画素へのメッセージ伝搬が制限されるときの説明図である。In 3rd Embodiment of this invention, (a) is explanatory drawing when the message propagation from the pixel of a message propagation origin to the pixel of a process target is restrict | limited, (b) is a message propagation destination from a pixel of a process target. It is explanatory drawing when the message propagation to this pixel is restricted. 本発明の第3実施形態において、(a)及び(b)はメッセージ伝搬が制限されないときの説明図である。In 3rd Embodiment of this invention, (a) and (b) are explanatory drawings when message propagation is not restrict | limited. 図14の距離情報推定装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the distance information estimation apparatus of FIG. 本発明の変形例1に係る距離情報推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the distance information estimation apparatus which concerns on the modification 1 of this invention. 本発明の実施例において、(a)は左カメラが撮影した基準画像であり、(b)は右カメラが撮影した参照画像である。In the embodiment of the present invention, (a) is a standard image taken by the left camera, and (b) is a reference image taken by the right camera. 本発明の実施例において、(a)は距離画像であり、(b)は(a)の距離画像からオクルージョン領域を出力した結果を示す画像である。In the embodiment of the present invention, (a) is a distance image, and (b) is an image showing a result of outputting an occlusion area from the distance image of (a). 本発明の実施例において、(a)はオクルージョンに起因する推定エラーを抑制した後の距離画像であり、(b)は(a)の距離画像から無テクスチャ領域を出力した結果を示す画像である。In the embodiment of the present invention, (a) is a distance image after suppressing an estimation error due to occlusion, and (b) is an image showing a result of outputting a non-textured region from the distance image of (a). .

(本発明の概略:信頼度伝搬法による距離推定)
本発明の各実施形態では、ステレオ画像間の誤差関数と距離指標の連続性を示すスムーズ関数とで規定されるエネルギーを最小化する手法として、信頼度伝搬法を用いている。そこで、最初に、本発明の実施形態における信頼度伝搬法の概略を説明する。
(Outline of the present invention: Distance estimation by reliability propagation method)
In each embodiment of the present invention, the reliability propagation method is used as a technique for minimizing the energy defined by the error function between stereo images and the smooth function indicating the continuity of the distance index. Therefore, first, an outline of the reliability propagation method in the embodiment of the present invention will be described.

なお、以後の各実施形態では、請求項に記載の距離指標が、奥行き方向への距離(奥行き)であることとして説明する。つまり、請求項に記載の距離指標情報として、画素ごとの距離を示す距離情報を推定することになる。   In the following embodiments, the distance index described in the claims is described as being a distance (depth) in the depth direction. That is, distance information indicating a distance for each pixel is estimated as the distance index information described in the claims.

この信頼度伝搬法(BP法:Belief Propagation法)は、距離情報にマルコフランダムフィールド(MRF:Markov Random Field)モデルを仮定し、ステレオ画像間の誤差関数とスムーズ関数とで構成(規定)されるエネルギーを最小化することにより、ノイズが少なく滑らかな距離情報を生成するものである。ここで、信頼度伝搬法は、図1に示すように、処理対象となる画素pの隣接画素sから、メッセージと呼ばれる各画素にどの距離が割り当てられるかという確率に関するエネルギーmを受け取り、それらからメッセージを更新して隣接画素qに伝搬させる。そして、信頼度伝搬法は、この処理を画像内の全ての画素に対して繰り返し行うことで各画素の距離情報を求める。
なお、請求項に記載のエネルギーが、信頼度伝搬法ではメッセージとなる。
This reliability propagation method (BP method: Belief Propagation method) assumes a Markov Random Field (MRF) model for distance information, and is configured (specified) with an error function and a smooth function between stereo images. By minimizing energy, smooth distance information with less noise is generated. Here, in the reliability propagation method, as shown in FIG. 1, energy m related to the probability of which distance is assigned to each pixel called a message is received from the adjacent pixel s of the pixel p to be processed, and from these, The message is updated and propagated to the adjacent pixel q. In the reliability propagation method, this process is repeated for all the pixels in the image to obtain distance information of each pixel.
The energy described in the claims becomes a message in the reliability propagation method.

ここで、図1では、枠(白塗四角形)が基準画像の画素に対応し、矢印mが画素間のメッセージ(エネルギー)の伝搬を示している。また、図1に示すように、このメッセージを伝搬する画素がノードとして縦横に配列されたグラフをエネルギー集合(メッセージ集合)と呼ぶ。さらに、文字「s」が付された画素sは、メッセージの伝搬元となる隣接画素を示し、文字「p」が付された画素pは、処理対象の画素を示し、文字「q」が付された画素qは、メッセージの伝搬先となる隣接画素を示す。なお、図1では、説明を簡易にするために、一部符号のみを図示した。   Here, in FIG. 1, a frame (white square) corresponds to a pixel of the reference image, and an arrow m indicates a message (energy) propagation between the pixels. As shown in FIG. 1, a graph in which pixels that propagate this message are arranged vertically and horizontally as nodes is called an energy set (message set). Furthermore, a pixel s to which the character “s” is attached indicates an adjacent pixel from which a message is propagated, a pixel p to which the character “p” is attached indicates a pixel to be processed, and a character “q” is attached. The pixel q is an adjacent pixel which is a message propagation destination. In FIG. 1, only a part of the reference numerals are shown for simplicity of explanation.

図2を参照し、信頼度伝搬法による距離推定の手順を説明する。
図2に示すように、信頼度伝搬法では、メッセージの生成に必要な画素間の誤差関数D(f)(以後、「誤差関数D」)を計算する(ステップS1)。本発明において、誤差関数に、SSD、SAD、ZNCC等の類似度が利用可能であり、ここでは、ステレオ画像の対応画素間で色情報の差分絶対値により類似度を示す式(1)を利用する。この式(1)によれば、画素単位で類似度を計算するため、被写体の輪郭を鮮鋭化することができる。
With reference to FIG. 2, the procedure of distance estimation by the reliability propagation method will be described.
As shown in FIG. 2, in the reliability propagation method, an error function D p (f p ) between pixels necessary for message generation (hereinafter “error function D p ”) is calculated (step S1). In the present invention, similarity such as SSD, SAD, ZNCC, etc. can be used for the error function, and here, Expression (1) indicating similarity by the absolute value of the difference in color information between corresponding pixels of the stereo image is used. To do. According to this formula (1), since the similarity is calculated in units of pixels, the contour of the subject can be sharpened.

ここで、pは処理対象の画素、fは画素pの距離候補、cは色情報、r,g,bはRGB値、dは距離候補fに対応する視差、Iはステレオ画像の一方である基準画像での画素値、I´はステレオ画像の他方である参照画像での画素値、λdataは重み係数を表わす。
なお、距離候補(距離指標候補)とは、任意の範囲内で予め設定された距離の候補のことである(図4等参照)。
Here, p is the pixel to be processed, f p is the distance of the pixel p candidate, c is the color information, r, g, b are RGB values, d p is the disparity corresponding to the distance candidate f p, I c stereo image Is a pixel value in a standard image, I c ′ is a pixel value in a reference image that is the other of the stereo images, and λ data represents a weighting coefficient.
A distance candidate (distance index candidate) is a distance candidate set in advance within an arbitrary range (see FIG. 4 and the like).

すなわち、式(1)は、基準画像Iにおける処理対象の画素pの色情報I(p)と、参照画像I´における対応画素(p+d)の色情報I´(p+d)との差分絶対値を予め設定された原色数(例えば、3)で除算して、重み係数λdataで重み付けることを示す。この対応画素(p+d)とは、参照画像I´において、処理対象の画素pに対応する画素のことである。 That is, the expression (1) is obtained by calculating the color information I c (p) of the pixel p to be processed in the standard image I c and the color information I c ′ (p + d p ) of the corresponding pixel (p + d p ) in the reference image I c ′. Is divided by a preset number of primary colors (for example, 3) and weighted by a weighting coefficient λ data . The corresponding pixel (p + d p ) is a pixel corresponding to the pixel p to be processed in the reference image I c ′.

また、式(1)において、視差の逆数にステレオカメラの間隔(ベースライン)を乗算して距離が計算できることを利用して、距離候補fから視差dを逆算できる。このベースラインは、例えば、OpenCV等のカメラキャリブレーションで求めることができる(URL「http://opencv.jp/」)。 Further, in equation (1), the parallax d p can be calculated backward from the distance candidate f p by utilizing the fact that the distance can be calculated by multiplying the reciprocal of parallax by the interval (baseline) of the stereo camera. This baseline can be obtained by camera calibration such as OpenCV (URL “http://opencv.jp/”).

続いて、信頼度伝搬法では、下記の式(2)に示すように、距離候補fと、画素qの距離候補fとの差分絶対値|f−f|で定義されるスムーズ関数V(f−f)(以後、「スムーズ関数V」)の計算を行う(ステップS2)。このスムーズ関数Vは、距離情報の滑らかさ(例えば、ノイズの少なさ)、言い換えるなら、距離の連続性を示す。ここで、qは画素pのメッセージ伝搬先となる隣接画素である。 Subsequently, the reliability propagation method, as shown in the following formula (2), and the distance candidate f p, the difference absolute value between the distance candidate f q of the pixel q | smoothly as defined | f p -f q The function V (f p −f q ) (hereinafter “smooth function V”) is calculated (step S2). This smooth function V indicates the smoothness of distance information (for example, low noise), in other words, the continuity of distance. Here, q is an adjacent pixel that is a message propagation destination of the pixel p.

そして、信頼度伝搬法では、下記の式(3)で規定される生成式によって、メッセージを生成して伝搬する(ステップS3)。   In the reliability propagation method, a message is generated and propagated by a generation formula defined by the following formula (3) (step S3).

mはメッセージ、tは反復回数、N(p)\qは画素pへメッセージを渡す画素q以外の4近傍の画素集合、sはその画素集合の要素画素、minは最小値を返す関数である。この式(3)は、漸化式になっており、受け取ったメッセージをもとにメッセージを更新する処理を繰り返し行うことを示す。例えば、信頼度伝搬法では、ラスタスキャンを行うように処理対象画素pを移動させながら、その処理対象画素pでメッセージを更新することで、メッセージの伝搬を全画素で行う。   m is a message, t is the number of iterations, N (p) \ q is a set of four neighboring pixels other than the pixel q that passes the message to the pixel p, s is an element pixel of the pixel set, and min is a function that returns a minimum value. . This formula (3) is a recurrence formula and indicates that the process of updating the message is repeatedly performed based on the received message. For example, in the reliability propagation method, the message is propagated in all pixels by updating the message with the processing target pixel p while moving the processing target pixel p so as to perform raster scanning.

全画素についてメッセージの更新処理を、予め設定したT回(例えば、10回)まで反復したとする。この場合、画素qの距離候補fに関する評価関数b(f)(以後、「評価関数b」)は、下記の式(4)で表すことができる。そして、信頼度伝搬法では、この評価関数bが最小になる距離候補fを、各画素の最終的な距離として推定する(ステップS4)。 It is assumed that the message update process is repeated for all pixels up to T times (for example, 10 times) set in advance. In this case, the evaluation function b q (f q ) (hereinafter, “evaluation function b q ”) regarding the distance candidate f q of the pixel q can be expressed by the following equation (4). In the reliability propagation method, the distance candidate f q that minimizes the evaluation function b q is estimated as the final distance of each pixel (step S4).

(第1実施形態)
[距離情報推定装置の構成]
以下、本発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段には同一の符号を付し、説明を省略した。
(First embodiment)
[Configuration of distance information estimation device]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each embodiment, means having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図3を参照し、本発明の第1実施形態に係る距離情報推定装置(距離指標情報推定装置)1の構成について説明する。
距離情報推定装置1は、信頼度伝搬法により距離情報を推定して、この距離情報の信頼度を示す評価値を計算すると共に、この評価値によって、距離情報の推定エラーが生じたか否かを判定するものである。
With reference to FIG. 3, the structure of the distance information estimation apparatus (distance index information estimation apparatus) 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
The distance information estimation device 1 estimates distance information by the reliability propagation method, calculates an evaluation value indicating the reliability of the distance information, and determines whether an estimation error of the distance information has occurred due to the evaluation value. Judgment.

図3に示すように、距離情報推定装置1は、誤差関数計算部10と、スムーズ関数計算部11と、メッセージ生成・伝搬部(エネルギー伝搬部)12と、評価関数計算部13と、距離推定部(距離指標推定部)14と、評価値計算部15と、オクルージョン領域判定部(オクルージョン推定エラー判定部)17と、無テクスチャ領域判定部(テクスチャ推定エラー判定部)19とを備える。   As shown in FIG. 3, the distance information estimation device 1 includes an error function calculation unit 10, a smooth function calculation unit 11, a message generation / propagation unit (energy propagation unit) 12, an evaluation function calculation unit 13, and a distance estimation. Unit (distance index estimation unit) 14, evaluation value calculation unit 15, occlusion region determination unit (occlusion estimation error determination unit) 17, and non-textured region determination unit (texture estimation error determination unit) 19.

本実施形態では、距離情報推定装置1は、評価値として、オクルージョンに起因する推定エラーを判定するための評価値O(オクルージョン評価値、以後「評価値O」)と、テクスチャに起因する推定エラーを判定するための評価値K(テクスチャ評価値、以後「評価値K」)とを計算する。そして、距離情報推定装置1は、評価値O及び評価値Kを用いて、距離情報の推定エラーとして、オクルージョンに起因する推定エラーと、テクスチャに起因する推定エラーとを判定することとする。 In the present embodiment, the distance information estimation device 1 uses an evaluation value O q (an occlusion evaluation value, hereinafter referred to as “evaluation value O”) for determining an estimation error due to occlusion as an evaluation value, and an estimation due to a texture. An evaluation value K q (texture evaluation value, hereinafter referred to as “evaluation value K”) for determining an error is calculated. Then, the distance information estimation apparatus 1 uses the evaluation value O and the evaluation value K to determine an estimation error due to occlusion and an estimation error due to texture as distance information estimation errors.

テクスチャに起因する推定エラーとは、例えば、ステレオ画像でのテクスチャが存在しない領域(テクスチャレス領域)において、マッチング精度が低下して、距離情報の推定エラーが生じることである。   The estimation error caused by the texture is, for example, that a distance accuracy estimation error occurs due to a decrease in matching accuracy in a region (textureless region) where no texture exists in a stereo image.

距離情報推定装置1は、左カメラC及び右カメラC(ステレオカメラ)から、被写体(不図示)を撮影したステレオ画像(基準画像及び参照画像)が入力される。
この左カメラC及び右カメラCは、静止画や動画を撮影可能な撮影カメラであり、図3に示すように、一定間隔(ベースライン)だけ離して配置される。ここで、例えば、左カメラC及び右カメラCのうち左カメラCを基準カメラとし、左カメラCの撮影画像を基準画像とし、右カメラCの撮影画像を参照画像とする。
The distance information estimation apparatus 1 receives a stereo image (standard image and reference image) obtained by photographing a subject (not shown) from the left camera CL and the right camera CR (stereo camera).
The left camera CL and the right camera CR are photographing cameras capable of photographing a still image and a moving image, and are arranged at a predetermined interval (baseline) as shown in FIG. Here, for example, of the left camera CL and the right camera CR , the left camera CL is used as a reference camera, an image taken by the left camera CL is used as a reference image, and an image taken by the right camera CR is used as a reference image.

誤差関数計算部10は、ステレオ画像が入力されると共に、距離候補ごとに、予め設定された誤差関数閾値Tdata以下となるように、入力されたステレオ画像の類似度である誤差関数Dを計算するものである。この誤差関数計算部10は、下記の式(5)及び式(6)を用いて、図4に示すように画素s,p,qについて、距離候補ごとの誤差関数Dを計算する。
ここで、ifは、後段の条件式を満たす場合、前段に記述した値を出力する関数である。
Error function calculation unit 10, together with the stereo image is input, for each distance candidate, to be equal to or less than a preset error function threshold T data, the error function D p is a similarity of the input stereo images It is to calculate. The error function calculation unit 10 uses the following equation (5) and (6), the pixel s as shown in FIG. 4, p, the q, calculates the error function D p per distance candidate.
Here, if is a function that outputs the value described in the preceding stage when the following conditional expression is satisfied.

本実施形態では、距離候補f,f,fがそれぞれ、図4に示すように、0,1,・・・,K,・・・,N−1の範囲内で予め設定されたこととして説明する(但し、K,Nは、K<N−1を満たす整数)。
なお、図4では、文字s,p,qを付した四辺形が画素s,p,qである。
In the present embodiment, the distance candidates f s , f p , and f q are set in advance within the range of 0, 1,..., K,. (K and N are integers satisfying K <N−1).
In FIG. 4, the quadrilaterals with the letters s, p, and q are the pixels s, p, and q.

このとき、誤差関数計算部10は、式(6)に示すように、誤差関数Dの値が誤差関数閾値Tdataを超えないように、トランケーションを行っている。具体的には、誤差関数計算部10は、誤差関数Dの値が誤差関数閾値Tdataを超える場合、誤差関数閾値Tdataを誤差関数Dの値としてメッセージ生成・伝搬部12に出力する。その一方、誤差関数計算部10は、誤差関数Dの値が誤差関数閾値Tdata以下の場合、メッセージ生成・伝搬部12に誤差関数Dの値をそのまま出力する。 At this time, the error function calculation unit 10 performs truncation so that the value of the error function D p does not exceed the error function threshold T data as shown in Expression (6). Specifically, the error function calculation unit 10, the value of the error function D p may exceed the error function threshold T data, and outputs the message generation and propagation unit 12 an error function threshold T data as the value of the error function D p . On the other hand, when the value of the error function D p is equal to or less than the error function threshold value T data , the error function calculation unit 10 outputs the value of the error function D p to the message generation / propagation unit 12 as it is.

スムーズ関数計算部11は、距離候補ごとに、予め設定されたスムーズ関数閾値Tsmooth以下となるように、スムーズ関数Vを計算するものである。このスムーズ関数計算部11は、図4に示すように、画素pの距離候補f(0〜N−1)と、画素qの距離候補f(0〜N−1)との全組み合わせについて、下記の式(7)を用いて、スムーズ関数Vを計算する。 The smooth function calculation unit 11 calculates the smooth function V so as to be equal to or less than a preset smooth function threshold value T smooth for each distance candidate. As shown in FIG. 4, the smooth function calculation unit 11 performs all combinations of the distance candidate f p (0 to N−1) of the pixel p and the distance candidate f q (0 to N−1) of the pixel q. The smooth function V is calculated using the following equation (7).

このとき、スムーズ関数計算部11は、式(7)に示すように、スムーズ関数Vの値がスムーズ関数閾値Tsmoothを超えないように、トランケーションを行っている。具体的には、スムーズ関数計算部11は、スムーズ関数Vの値がスムーズ関数閾値Tsmoothを超える場合、スムーズ関数閾値Tsmoothをスムーズ関数Vの値としてメッセージ生成・伝搬部12に出力する。その一方、スムーズ関数計算部11は、スムーズ関数Vの値がスムーズ関数閾値Tsmooth以下の場合、メッセージ生成・伝搬部12にスムーズ関数Vの値をそのまま出力する。 At this time, the smooth function calculation unit 11 performs truncation so that the value of the smooth function V does not exceed the smooth function threshold value T smooth as shown in Expression (7). Specifically, smooth function calculating unit 11, the value of the smooth function V may exceed the smooth function thresholds T smooth smooth, and outputs the message generation and propagation part 12 a smooth function thresholds T smooth smooth as the value of the smooth function V. On the other hand, when the value of the smooth function V is equal to or less than the smooth function threshold value T smooth , the smooth function calculation unit 11 outputs the value of the smooth function V to the message generation / propagation unit 12 as it is.

ここで、マルコフランダムフィールドおよびスムーズ関数Vについて補足する。このマルコフランダムフィールドは、基準画像で互いに隣接する画素の色、輝度や距離が似ていることを示すモデルである。そして、スムーズ関数Vは、このマルコフランダムフィールドを踏まえた距離の連続性に関する関数であり、基準画像の各画素に距離候補を割り当てた際、互いに隣接する画素の距離候補が同じであればエネルギーが小さく、異なればエネルギーが大きくなる。例えば、マルコフランダムフィールドでは、ある画素の距離候補が1で、その隣接画素の距離候補が1である場合、エネルギーは0となる。また、ある画素の距離候補が1で、その画素に隣接する画素の距離候補が2である場合、例えば、エネルギーは1となる。さらに、ある画素の距離候補が1で、その隣接画素の距離候補が10である場合、例えば、エネルギーは9となる。つまり、信頼度伝搬法において、エネルギーが最小となる距離候補が最終的な距離となることを考慮すれば、このマルコフランダムフィールドにより、互いに隣接する画素は、同じような距離になり易くなる。   Here, the Markov random field and the smooth function V will be supplemented. This Markov random field is a model that shows that the color, brightness, and distance of adjacent pixels in the reference image are similar. The smooth function V is a function related to the continuity of the distance based on the Markov random field. When the distance candidates are assigned to the pixels of the reference image, if the distance candidates of the adjacent pixels are the same, the energy is obtained. If it is small and different, energy increases. For example, in a Markov random field, when the distance candidate of a certain pixel is 1 and the distance candidate of the adjacent pixel is 1, the energy is 0. Further, when the distance candidate of a certain pixel is 1 and the distance candidate of a pixel adjacent to the pixel is 2, for example, the energy is 1. Further, when the distance candidate of a certain pixel is 1 and the distance candidate of the adjacent pixel is 10, for example, the energy is 9. That is, in the reliability propagation method, considering that the distance candidate with the minimum energy is the final distance, pixels adjacent to each other are likely to have the same distance due to this Markov random field.

メッセージ生成・伝搬部(エネルギー伝搬部)12は、誤差関数計算部10で計算された誤差関数Dと、スムーズ関数計算部11で計算されたスムーズ関数Vとが入力される。そして、メッセージ生成・伝搬部12は、図1と同様に、これら誤差関数Dおよびスムーズ関数Vを含むメッセージが集合したエネルギー集合を生成するものである。 Message generation and propagation unit (energy propagating portion) 12, an error function D p calculated by the error function calculation unit 10, and the smooth function V calculated by the smooth function calculating unit 11 is inputted. Then, the message generation / propagation unit 12 generates an energy set in which messages including the error function Dp and the smooth function V are collected as in FIG.

具体的には、メッセージ生成・伝搬部12は、基準画像の画素位置に対応した位置に画素ごとのメッセージを配置することで、エネルギー集合をモデル化(生成)する。
次に、メッセージ生成・伝搬部12は、前記した式(3)を用いて、エネルギー集合内における隣接画素間で、メッセージを生成して伝搬することで、画素ごとのメッセージを更新する。まず、メッセージ生成・伝搬部12は、図5,図6に示すように、画素sにおいて、距離候補f(0〜N−1)のメッセージm(0)〜m(N−1)を生成して、画素sから画素pに伝搬させる。次に、メッセージ生成・伝搬部12は、画素pにおいて、距離候補f(0〜N−1)のメッセージmp→q(0)〜mp→q(N−1)を生成して、画素pから画素qに伝搬させる。
Specifically, the message generation / propagation unit 12 models (generates) an energy set by arranging a message for each pixel at a position corresponding to the pixel position of the reference image.
Next, the message generation / propagation unit 12 updates the message for each pixel by generating and propagating the message between adjacent pixels in the energy set using the above-described equation (3). First, the message generation and propagation unit 12, as shown in FIGS. 5 and 6, in the pixel s, the message m s (0) of the distance candidate f s (0~N-1) ~m s (N-1) And propagate from pixel s to pixel p. Next, the message generator / propagator 12 generates the messages m p → q (0) to m p → q (N−1) of the distance candidates f p (0 to N−1) at the pixel p, and Propagation from pixel p to pixel q.

評価関数計算部13は、前記した式(4)を用いて、メッセージ生成・伝搬部12で更新されたメッセージを示す評価関数bを計算するものである。そして、評価関数計算部13は、計算した評価関数bを、距離推定部14と、評価値O計算部16と、評価値K計算部18とに出力する。 The evaluation function calculation unit 13 calculates the evaluation function b q indicating the message updated by the message generation / propagation unit 12 using the above-described equation (4). Then, the evaluation function calculation unit 13 outputs the calculated evaluation function b q to the distance estimation unit 14, the evaluation value O calculation unit 16, and the evaluation value K calculation unit 18.

距離推定部(距離指標推定部)14は、評価関数計算部13で計算された評価関数bが入力される。そして、距離推定部14は、距離候補fのうち、この評価関数bが最小となる距離候補fを、距離情報として推定するものである。すなわち、距離推定部14は、前記した式(4)の評価関数bが最小となる距離候補fを、基準画像の画素qの最終的な距離情報として推定する。 The distance estimation unit (distance index estimation unit) 14 receives the evaluation function b q calculated by the evaluation function calculation unit 13. And the distance estimation part 14 estimates the distance candidate fq from which the evaluation function bq becomes the minimum among distance candidates fq as distance information. That is, the distance estimation unit 14 estimates the distance candidate f q that minimizes the evaluation function b q of the above-described equation (4) as final distance information of the pixel q of the reference image.

ここでは、距離推定部14は、距離情報として、画素の距離が手前側である程、その画素の輝度が高く、画素の距離が奥側である程、その画素の輝度が低くなる距離画像を生成して出力する。この距離画像は、例えば、被写体の3次元立体モデルの生成に利用できる。   Here, the distance estimation unit 14 uses, as distance information, a distance image in which the brightness of the pixel is higher as the distance of the pixel is closer and the brightness of the pixel is lower as the distance of the pixel is deeper. Generate and output. This distance image can be used, for example, for generating a three-dimensional model of the subject.

評価値計算部15は、評価関数bにおけるエネルギー分布の形状により、評価値を求めるものであり、評価値O計算部(オクルージョン評価値計算部)16と、評価値K計算部(テクスチャ評価値計算部)18とを備える。 The evaluation value calculation unit 15 obtains an evaluation value from the shape of the energy distribution in the evaluation function b q , and includes an evaluation value O calculation unit (occlusion evaluation value calculation unit) 16 and an evaluation value K calculation unit (texture evaluation value). (Calculation unit) 18.

評価値O計算部(オクルージョン評価値計算部)16は、評価関数計算部13で計算された評価関数bが入力される。この評価関数bは、基準画像の各画素について、距離候補fごとのメッセージを示す情報、つまり、距離候補fとメッセージとを対応付けたエネルギー分布(メッセージ分布)と言える。 The evaluation value O calculation unit (occlusion evaluation value calculation unit) 16 receives the evaluation function b q calculated by the evaluation function calculation unit 13. The evaluation function b q can be said to be information indicating a message for each distance candidate f q for each pixel of the reference image, that is, an energy distribution (message distribution) in which the distance candidate f q is associated with the message.

具体的には、評価値O計算部16は、メッセージが最も高くなる最大値とメッセージが最も低くなる最小値との差分をこの最大値で除算することで、評価値Oを計算するものである。具体的には、評価値O計算部16は、下記の式(8)を用いて評価値Oを計算して、オクルージョン領域判定部17に出力する。   Specifically, the evaluation value O calculation unit 16 calculates the evaluation value O by dividing the difference between the maximum value at which the message is highest and the minimum value at which the message is lowest by the maximum value. . Specifically, the evaluation value O calculation unit 16 calculates the evaluation value O using the following formula (8), and outputs it to the occlusion region determination unit 17.

ここで、maxは、最大値を返す関数である。従って、max(b(f))は、画素qにおけるメッセージの最大値を示す。また、min(b(f))は、画素qにおけるメッセージの最小値を示す。 Here, max is a function that returns the maximum value. Therefore, max (b q (f q )) indicates the maximum value of the message at pixel q. Further, min (b q (f q )) indicates the minimum value of the message at the pixel q.

オクルージョン領域判定部(オクルージョン推定エラー判定部)17は、評価値O計算部16から評価値Oが入力される。そして、オクルージョン領域判定部17は、この評価値Oが予め設定されたオクルージョン閾値T以下であるか否かを判定し、評価値Oがオクルージョン閾値T以下の場合、オクルージョンに起因する推定エラーが生じたと判定するものである。 The occlusion area determination unit (occlusion estimation error determination unit) 17 receives the evaluation value O from the evaluation value O calculation unit 16. Then, the estimated error occlusion area determination unit 17 determines whether the evaluation value O is equal to or less than a preset occlusion threshold T o, the evaluation value O if the following occlusion threshold T o, due to the occlusion Is determined to have occurred.

ここで、オクルージョンに起因する推定エラーが生じていない画素では、図7(a)のエネルギー分布のように、メッセージの最大値maxと最小値minとの差分ΔEが、大きくなる。一方、オクルージョンに起因する推定エラーが生じた画素では、図7(b)のエネルギー分布のように、差分ΔEが図7(a)よりも小さくなる。 Here, in a pixel in which an estimation error due to occlusion has not occurred, the difference ΔE O between the maximum value max and the minimum value min of the message becomes large as in the energy distribution of FIG. On the other hand, in a pixel in which an estimation error due to occlusion has occurred, the difference ΔE O is smaller than that in FIG. 7A, as in the energy distribution in FIG.

また、図7の差分ΔEは、式(8)の分子であることから、評価値Oに比例する。つまり、オクルージョン領域判定部17は、評価値Oが、オクルージョンに起因する推定エラーが生じた画素で、オクルージョンに起因する推定エラーが生じていない画素よりも小さくなる性質を利用して、オクルージョンに起因する推定エラーを判定している。そして、オクルージョン領域判定部17は、評価値Oがオクルージョン閾値T以下と判定された画素領域をオクルージョン領域として出力する。このオクルージョン領域は、例えば、被写体の3次元立体モデルを生成する際、オクルージョンに起因する推定エラーが生じた領域を把握するために利用できる。
なお、オクルージョン領域判定部17は、評価値Oが閾値Tを超える場合、オクルージョンに起因する推定エラーが生じていないと判定することは言うまでもない。
Further, the difference ΔE O in FIG. 7 is proportional to the evaluation value O because it is a numerator of the formula (8). In other words, the occlusion area determination unit 17 uses the property that the evaluation value O is smaller than the pixel in which the estimation error due to occlusion has occurred and the estimation error due to occlusion has not occurred, and is caused by occlusion. Judgment error is determined. The occlusion area determining unit 17, evaluation value O outputs a pixel region determined as follows occlusion threshold T o as an occlusion region. This occlusion area can be used, for example, to grasp an area in which an estimation error caused by occlusion has occurred when generating a three-dimensional solid model of a subject.
Incidentally, the occlusion area determination unit 17, when the evaluation value O exceeds the threshold value T o, it goes without saying that it is determined that the estimated error due to occlusion does not occur.

評価値K計算部(テクスチャ評価値計算部)18は、評価関数計算部13で計算された評価関数bが入力される。そして、評価値K計算部18は、基準画像の各画素について、このエネルギー分布の尖度を評価値Kとして計算するものである。 The evaluation value K calculation unit (texture evaluation value calculation unit) 18 receives the evaluation function b q calculated by the evaluation function calculation unit 13. Then, the evaluation value K calculation unit 18 calculates the kurtosis of this energy distribution as the evaluation value K for each pixel of the reference image.

具体的には、評価値K計算部18は、下記の式(9)に示すように、距離候補fの個数n(例えば、0〜N−1までの合計N個)と、メッセージと、メッセージの平均値b ̄と,メッセージの標準偏差σ(b)とに基づいて、評価値Kを計算する。そして、評価値K計算部18は、計算した評価値Kを、無テクスチャ領域判定部19に出力する。 Specifically, as shown in the following formula (9), the evaluation value K calculator 18 calculates the number n f of distance candidates f q (for example, a total of N from 0 to N−1), a message, The evaluation value K is calculated based on the average value b qメ ッ セ ー ジ of the message and the standard deviation σ (b q ) of the message. Then, the evaluation value K calculation unit 18 outputs the calculated evaluation value K to the no-texture region determination unit 19.

無テクスチャ領域判定部(テクスチャ推定エラー判定部)19は、評価値K計算部18から、評価値Kが入力される。そして、無テクスチャ領域判定部19は、この評価値Kが予め設定されたテクスチャ閾値T以下であるか否かを判定し、評価値Kがテクスチャ閾値T以下の場合、テクスチャに起因する推定エラーが生じたと判定するものである。 The evaluation value K is input from the evaluation value K calculation unit 18 to the non-texture area determination unit (texture estimation error determination unit) 19. Then, non-texture region determining unit 19 determines whether the evaluation value K is equal to or less than a preset texture threshold T K, when the evaluation value K is less than the texture threshold T K, due to the texture estimation It is determined that an error has occurred.

ここで、テクスチャに起因する推定エラーが生じていない画素では、図8(a)に示すように、エネルギー分布が尖っており、その尖度を示す評価値Kが大きくなる。一方、テクスチャに起因する推定エラーが生じた画素では、図8(b)に示すように、エネルギー分布が尖っておらず、評価値Kが図8(a)よりも小さくなる。   Here, in the pixel in which the estimation error due to the texture does not occur, the energy distribution is sharp as shown in FIG. 8A, and the evaluation value K indicating the kurtosis increases. On the other hand, as shown in FIG. 8B, the energy distribution is not sharp in the pixel in which the estimation error caused by the texture occurs, and the evaluation value K is smaller than that in FIG.

この尖度(Kurtosis)は、エネルギー分布の尖り具合を示すものであり、正規分布と比べて、以下のような特徴がある。すなわち、尖度が大きくなるほど、鋭いピークと長い尾とを有するエネルギー分布になる(図8(a)参照)。その一方、尖度が小さくなるほど、より丸みがかったピークと短い尾とを有するエネルギー分布になる(図8(b)参照)。
なお、尾とは、図8において、トランケーションによって形成される、メッセージの上限となる平坦部である。
This kurtosis indicates the sharpness of the energy distribution, and has the following characteristics compared to the normal distribution. That is, as the kurtosis increases, the energy distribution has a sharp peak and a long tail (see FIG. 8A). On the other hand, as the kurtosis decreases, the energy distribution has a rounder peak and a shorter tail (see FIG. 8B).
In FIG. 8, the tail is a flat portion that is formed by truncation and becomes the upper limit of the message.

つまり、無テクスチャ領域判定部19は、評価値Kが、テクスチャに起因する推定エラーが生じた画素で、テクスチャに起因する推定エラーが生じていない画素よりも小さくなる性質を利用して、テクスチャに起因する推定エラーを判定している。そして、無テクスチャ領域判定部19は、評価値Kがテクスチャ閾値T以下と判定された画素領域を無テクスチャ領域として出力する。このオクルージョン領域は、例えば、被写体の3次元立体モデルを生成する際、テクスチャに起因する推定エラーが生じた領域を把握するために利用できる。
なお、無テクスチャ領域判定部19は、評価値Kがテクスチャ閾値Tを超える場合、テクスチャに起因する推定エラーが生じていないと判定することは言うまでもない。
That is, the non-textured area determination unit 19 uses the property that the evaluation value K is smaller than the pixel in which the estimation error due to the texture is generated and the estimation error due to the texture is not generated, The estimated estimation error is determined. Then, non-texture region determining unit 19, evaluation value K and outputs the pixel region determined as follows texture threshold T K as a non-texture region. This occlusion area can be used, for example, for grasping an area in which an estimation error caused by texture has occurred when generating a three-dimensional solid model of a subject.
Incidentally, no texture region determining unit 19, when the evaluation value K exceeds the texture threshold T K, it is obvious to judge that the estimated error due to the texture does not occur.

[距離情報推定装置の動作]
図9を参照し、距離情報推定装置1の動作について説明する(適宜図3参照)。
距離情報推定装置1は、誤差関数計算部10によって、距離候補ごとに、誤差関数閾値Tdata以下となるように誤差関数Dを計算する。つまり、誤差関数計算部10は、前記した式(5)及び式(6)を用いて、誤差関数Dを計算して、トランケーションを行う(ステップS10)。
[Operation of distance information estimation device]
The operation of the distance information estimation apparatus 1 will be described with reference to FIG. 9 (see FIG. 3 as appropriate).
Distance information estimating apparatus 1, the error function calculation unit 10, for each distance candidate, calculates the error function D p to be equal to or less than the error function thresholds T data. In other words, the error function calculator 10 uses the equation (5) and (6), to calculate the error function D p, perform truncation (step S10).

距離情報推定装置1は、スムーズ関数計算部11によって、距離候補ごとに、スムーズ関数閾値Tsmooth以下となるように、スムーズ関数Vを計算する。つまり、スムーズ関数計算部11は、前記した式(7)を用いて、スムーズ関数Vを計算して、トランケーションを行う(ステップS11)。 The distance information estimation device 1 uses the smooth function calculation unit 11 to calculate the smooth function V so as to be equal to or less than the smooth function threshold value T smooth for each distance candidate. That is, the smooth function calculation unit 11 calculates the smooth function V using the above equation (7) and performs truncation (step S11).

距離情報推定装置1は、メッセージ生成・伝搬部12によって、図1と同様にエネルギー集合を生成する。そして、メッセージ生成・伝搬部12は、前記した式(3)を用いて、エネルギー集合内における隣接画素間で、メッセージを生成して伝搬する(ステップS12)。   The distance information estimation apparatus 1 uses the message generation / propagation unit 12 to generate an energy set as in FIG. Then, the message generation / propagation unit 12 generates and propagates a message between adjacent pixels in the energy set using the above-described equation (3) (step S12).

距離情報推定装置1は、評価関数計算部13によって、前記した式(4)を用いて、距離候補ごとに評価関数bを計算する(ステップS13)。そして、距離情報推定装置1は、距離推定部14によって、距離候補のうち、この評価関数bが最小となる距離を、距離情報として推定する(ステップS14)。 In the distance information estimation apparatus 1, the evaluation function calculation unit 13 calculates the evaluation function b q for each distance candidate using the above-described equation (4) (step S13). Then, the distance information estimation apparatus 1 uses the distance estimation unit 14 to estimate, as distance information, a distance that minimizes the evaluation function b q from among the distance candidates (step S14).

距離情報推定装置1は、評価値O計算部16によって、評価値Oを計算する。つまり、評価値O計算部16は、前記した式(8)を用いて、メッセージの最大値とメッセージの最小値との差分をこの最大値で除算することで、評価値Oを計算する(ステップS15)。   The distance information estimation apparatus 1 calculates the evaluation value O by the evaluation value O calculation unit 16. That is, the evaluation value O calculation unit 16 calculates the evaluation value O by dividing the difference between the maximum value of the message and the minimum value of the message by the maximum value using the above-described equation (8) (step S1). S15).

距離情報推定装置1は、オクルージョン領域判定部17によって、評価値Oがオクルージョン閾値T以下であるか否かを判定し、評価値Oがオクルージョン閾値T以下の場合、オクルージョンに起因する推定エラーが生じたと判定する。(ステップS16)。 Distance information estimating apparatus 1, the occlusion area determination unit 17, evaluation value O is equal to or less than the occlusion threshold T o, when the evaluation value O is less occlusion threshold T o, estimation error due to occlusion Is determined to have occurred. (Step S16).

距離情報推定装置1は、評価値K計算部18によって、エネルギー分布の尖度である評価値Kを計算する。つまり、評価値K計算部18は、前記した式(9)に示すように、距離候補の個数nと、メッセージと、メッセージの平均値b ̄と、メッセージの標準偏差σ(b)とに基づいて、評価値Kを計算する(ステップS17)。 In the distance information estimation apparatus 1, the evaluation value K calculation unit 18 calculates an evaluation value K that is the kurtosis of the energy distribution. That is, the evaluation value K calculation unit 18, as shown in the equation (9), the number n f of distance candidates, the message, the average value b qメ ッ セ ー ジ of the message, and the standard deviation σ (b q ) of the message Based on the above, the evaluation value K is calculated (step S17).

距離情報推定装置1は、無テクスチャ領域判定部19によって、評価値Kがテクスチャ閾値T以下であるか否かを判定し、評価値Kがテクスチャ閾値T以下の場合、テクスチャに起因する推定エラーが生じたと判定する(ステップS18)。 Distance information estimating apparatus 1, the non-texture region determining unit 19, evaluation value K is equal to or less than the texture threshold T K, when the evaluation value K is less than the texture threshold T K, due to the texture estimation It is determined that an error has occurred (step S18).

以上のように、本発明の第1実施形態に係る距離情報推定装置1は、メッセージの最小値だけでなくメッセージの最大値も考慮して評価値Oを計算すると共に、エネルギー分布の尖度である評価値Kを計算する。そして、距離情報推定装置1は、オクルージョンやテクスチャに起因する推定エラーが生じた画素で、評価値O及び評価値Kが小さくなる性質を利用して、これら推定エラーを判定する。これによって、距離情報推定装置1は、オクルージョン及びテクスチャに起因する推定エラーの判定精度を向上させて、これら推定エラーが生じた領域を正確に提示することができる。   As described above, the distance information estimation device 1 according to the first embodiment of the present invention calculates the evaluation value O in consideration of not only the minimum value of the message but also the maximum value of the message, and the kurtosis of the energy distribution. A certain evaluation value K is calculated. Then, the distance information estimation device 1 determines these estimation errors by using the property that the evaluation value O and the evaluation value K become small at a pixel in which an estimation error due to occlusion or texture has occurred. Thereby, the distance information estimation apparatus 1 can improve the accuracy of estimation of the estimation error caused by occlusion and texture, and can accurately present the region where the estimation error has occurred.

さらに、距離情報推定装置1は、図7,図8に示すように、トランケーションによって、メッセージの上限が設けられるため、評価関数bのばらつきが一定範囲に収まって、距離情報の精度を向上させることができる。 Further, as shown in FIGS. 7 and 8, the distance information estimation apparatus 1 has an upper limit of the message by truncation, so that the variation of the evaluation function b q falls within a certain range and improves the accuracy of the distance information. be able to.

(第2実施形態)
[距離情報推定装置の構成]
図10を参照し、本発明の第2実施形態に係る距離情報推定装置1Bの構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。この距離情報推定装置1Bは、オクルージョン及びテクスチャに起因する推定エラーを抑制する点が、第1実施形態と異なる。このため、距離情報推定装置1Bは、テクスチャ推定エラー抑制部20をさらに備える。
(Second Embodiment)
[Configuration of distance information estimation device]
With reference to FIG. 10, the difference from the first embodiment will be described regarding the configuration of the distance information estimation device 1B according to the second embodiment of the present invention. This distance information estimation device 1B is different from the first embodiment in that an estimation error caused by occlusion and texture is suppressed. For this reason, the distance information estimation device 1 </ b> B further includes a texture estimation error suppression unit 20.

図10に示すように、距離情報推定装置1Bは、左カメラC及び中央カメラCの撮影画像である左ステレオ画像と、右カメラC及び中央カメラCの撮影画像である右ステレオ画像とが入力される。 As shown in FIG. 10, the distance information estimating apparatus 1B, the left camera C L and the left stereo image that is a captured image of the center camera C C, right stereo image that is a captured image of the right camera C R and the center camera C C Are entered.

この中央カメラCは、左カメラC及び右カメラCと同様、静止画や動画を撮影可能な撮影カメラである。また、左カメラC及び右カメラCは、それぞれ、中央カメラCから一定間隔離して左右に配置される。ここでは、中央カメラCを基準カメラとし、中央カメラCの撮影画像を基準画像とし、左カメラC及び右カメラCの撮影画像を参照画像とする。 The center camera C C, like the left camera C L and the right camera C R, is capable of photographing shot camera still and moving images. Further, the left camera C L and the right camera C R, respectively, are disposed on the left and right by a certain distance apart from the center camera C C. Here, the center camera C C as the reference camera, the captured image of the center camera C C as a reference image, a reference image captured image of the left camera C L and the right camera C R.

誤差関数計算部10と、スムーズ関数計算部11と、メッセージ生成・伝搬部12と、評価関数計算部13と、距離推定部14とは、左ステレオ画像及び右ステレオ画像それぞれの処理を行う以外、図3の各手段と同様であるため、詳細な説明を省略する。   The error function calculation unit 10, the smooth function calculation unit 11, the message generation / propagation unit 12, the evaluation function calculation unit 13, and the distance estimation unit 14 perform processing of the left stereo image and the right stereo image, respectively. Since it is the same as each means of FIG. 3, detailed description is abbreviate | omitted.

ここで、後記するオクルージョンに起因する推定エラーの抑制には、左ステレオ画像及び右ステレオ画像の両方(以下、「両ステレオ画像」)から求めた評価関数bが必要になる。このため、評価関数計算部13は、両ステレオ画像から求めた評価関数bを評価値O計算部16Bに出力する。さらに、距離推定部14は、両ステレオ画像から求めた距離情報(距離画像)を、評価値O計算部16Bに出力する。 Here, in order to suppress an estimation error caused by occlusion described later, an evaluation function b q obtained from both the left stereo image and the right stereo image (hereinafter, “both stereo images”) is required. Therefore, the evaluation function calculation unit 13 outputs the evaluation function b q obtained from both stereo images to the evaluation value O calculation unit 16B. Further, the distance estimation unit 14 outputs distance information (distance image) obtained from both stereo images to the evaluation value O calculation unit 16B.

一方、後記するテクスチャに起因する推定エラーの抑制には、左ステレオ画像及び右ステレオ画像の何れか一方から求めた評価関数bがあればよい。従って、評価関数計算部13は、左ステレオ画像から求めた評価関数bを、評価値K計算部18に出力する。 On the other hand, an evaluation function b q obtained from either the left stereo image or the right stereo image may be used to suppress the estimation error caused by the texture described later. Therefore, the evaluation function calculation unit 13 outputs the evaluation function b q obtained from the left stereo image to the evaluation value K calculation unit 18.

評価値O計算部16Bは、両ステレオ画像から評価値Oを計算して、オクルージョン領域判定部17に出力する。また、評価値O計算部16Bは、両ステレオ画像から計算した評価値Oと、両ステレオ画像の距離情報とを用いて、オクルージョンに起因する推定エラーを抑制する。
なお、評価値Oの計算は、図3の評価値O計算部16と同様のため、説明を省略する。
The evaluation value O calculation unit 16B calculates an evaluation value O from both stereo images and outputs the evaluation value O to the occlusion region determination unit 17. Further, the evaluation value O calculation unit 16B suppresses an estimation error caused by occlusion by using the evaluation value O calculated from both stereo images and the distance information of both stereo images.
The calculation of the evaluation value O is the same as that of the evaluation value O calculation unit 16 in FIG.

具体的には、評価値O計算部16Bは、基準画像の各画素について、左ステレオ画像から計算した評価値Oと、右ステレオ画像から計算した評価値Oとを比較する。この比較結果に基づいて、評価値O計算部16Bは、両ステレオ画像の距離情報のうち、評価値Oが大きい側の距離情報を、その画素の距離情報として、テクスチャ推定エラー抑制部20に出力する。すなわち、評価値O計算部16Bは、オクルージョンに起因する推定エラーが生じた画素で評価値Oが小さくなることを利用して、距離推定部14で生成された両ステレオ画像の距離情報を、この推定エラーを抑制した1つの距離情報に統合する。   Specifically, the evaluation value O calculation unit 16B compares the evaluation value O calculated from the left stereo image with the evaluation value O calculated from the right stereo image for each pixel of the reference image. Based on the comparison result, the evaluation value O calculation unit 16B outputs the distance information on the side where the evaluation value O is larger among the distance information of both stereo images to the texture estimation error suppression unit 20 as the distance information of the pixel. To do. In other words, the evaluation value O calculation unit 16B uses the fact that the evaluation value O becomes small at the pixel where the estimation error due to occlusion has occurred, and obtains the distance information of both stereo images generated by the distance estimation unit 14 It integrates into one distance information that suppresses the estimation error.

オクルージョン領域判定部17は、図3と同様、両ステレオ画像のオクルージョン領域を出力するため、詳細な説明を省略する。
なお、このオクルージョン領域は、オクルージョンに起因する推定エラーの抑制に必要ではなく、参考情報として提示される。
Since the occlusion area determination unit 17 outputs the occlusion areas of both stereo images as in FIG. 3, detailed description thereof is omitted.
This occlusion area is not necessary for suppressing an estimation error caused by occlusion, but is presented as reference information.

評価値K計算部18は、図3と同様、左ステレオ画像についての評価値Kを計算するため、詳細な説明を省略する。
無テクスチャ領域判定部19は、図3と同様、左ステレオ画像についての無テクスチャ領域を生成して、テクスチャ推定エラー抑制部20に出力する。
Since the evaluation value K calculation unit 18 calculates the evaluation value K for the left stereo image, as in FIG. 3, a detailed description thereof is omitted.
Similarly to FIG. 3, the non-textured area determination unit 19 generates a non-textured area for the left stereo image and outputs the non-textured area determination unit 19 to the texture estimation error suppression unit 20.

テクスチャ推定エラー抑制部20は、評価値O計算部16Bから距離情報が入力され、無テクスチャ領域判定部19から無テクスチャ領域が入力される。そして、テクスチャ推定エラー抑制部20は、この無テクスチャ領域を用いて、この距離情報から、テクスチャに起因する推定エラーを抑制するものである。   The texture estimation error suppression unit 20 receives distance information from the evaluation value O calculation unit 16 </ b> B and receives a non-texture region from the non-texture region determination unit 19. And the texture estimation error suppression part 20 suppresses the estimation error resulting from a texture from this distance information using this non-textured area | region.

図11,図12を参照して、テクスチャに起因する推定エラーの抑制について説明する(適宜図10参照)。
説明を簡易にするため、図11に示すように、土俵Aの上で二人の被写体(力士)O,Oが取組を行っている例をあげて説明する。この場合、図10の中央カメラCは、土俵Aの正面中央に位置し、取組を行っている被写体O,Oの側面方向(図11の矢印方向)から基準画像Pを撮影したこととする。
With reference to FIGS. 11 and 12, the suppression of the estimation error caused by the texture will be described (see FIG. 10 as appropriate).
In order to simplify the description, as shown in FIG. 11, an example in which two subjects (wrestlers) O 1 and O 2 are working on the ring A will be described. In this case, center camera C C of Figure 10 is located opposite the center of the playing field A, that were taken reference image P from (arrow direction in FIG. 11) the object O 1, O 2 of lateral doing efforts And

なお、図11では、基準画像Pに含まれない土俵Aと被写体O,Oとの一部を破線で図示した。また、図11では、基準画像Pのうち、土俵Aの奥側地面となる背景Bの領域が無テクスチャ領域TXであり、ハッチングで図示した。この例では、テクスチャ推定エラー抑制部20は、図11のハッチング部分に対して、テクスチャに起因する推定エラーの抑制処理を行うことになる。 In FIG. 11, portions of the earth A and the subjects O 1 and O 2 that are not included in the reference image P are illustrated by broken lines. Moreover, in FIG. 11, the area | region of the background B used as the back | inner side ground of the soil A in the reference image P is the non-textured area TX, and is illustrated by hatching. In this example, the texture estimation error suppression unit 20 performs a process for suppressing the estimation error caused by the texture on the hatched portion in FIG.

ここで、中央カメラCと、土俵Aと、被写体O,Oとを上側より見ると、これらの位置関係は、図12のようになる。図12では、土俵A及び被写体O,Oを破線で図示すると共に、後記する距離Dを一転鎖線で図示した。また、図11のハッチング部分(無テクスチャ領域TX)は、球表面の一部を切り取った曲面形状になる(図12の吹き出し)。 Here, the center camera C C, and the ring A, when viewed from the upper side and the subject O 1, O 2, these positional relationships is as shown in FIG. In FIG. 12, the earthwork A and the subjects O 1 and O 2 are illustrated by broken lines, and the distance D described later is illustrated by a chain line. Further, the hatched portion (non-textured region TX) in FIG. 11 has a curved surface shape obtained by cutting off a part of the sphere surface (balloon in FIG. 12).

まず、テクスチャ推定エラー抑制部20は、左カメラCと、中央カメラCと、右カメラCとの光軸LAが交わる光軸交点CEを、カメラキャリブレーションにより計算する。ここで、テクスチャ推定エラー抑制部20は、全てのカメラで光軸交点CEを求める必要がなく、基準画像を撮影する中央カメラCが含まれていればよい。つまり、テクスチャ推定エラー抑制部20は、中央カメラCと左カメラCとの組、又は、中央カメラCと右カメラCとの一方の組から、光軸交点CEを求めてもよい。 First, the texture estimation error suppression unit 20 includes a left camera C L, and the center camera C C, the optical axis intersecting point CE of the optical axis LA intersects the right camera C R, is calculated by the camera calibration. Here, texture estimation error suppression unit 20 is not required to obtain the optical axis intersecting point CE on all cameras, it may be contained a central camera C C for photographing the reference image. In other words, the texture estimation error suppression unit 20, the center camera C C and a set of the left camera C L, or from one set of the central camera C C and the right camera C R, may be obtained an optical axis intersecting point CE .

次に、テクスチャ推定エラー抑制部20は、予め設定された半径rの仮想球VCを、光軸交点CEを中心に生成する。ここで、テクスチャ推定エラー抑制部20は、全ての被写体(例えば、土俵A、被写体O,O)が仮想球VCに含まれるように、半径rが予め設定されている。そして、テクスチャ推定エラー抑制部20は、中央カメラCから仮想球VCの奥側表面までの距離Dを計算し、この距離Dを、無テクスチャ領域TX内の各画素の距離情報として割り当てる。 Next, the texture estimation error suppression unit 20 generates a virtual sphere VC having a preset radius r around the optical axis intersection CE. Here, in the texture estimation error suppressing unit 20, the radius r is set in advance so that all the subjects (for example, earthen A, subjects O 1 and O 2 ) are included in the virtual sphere VC. Then, the texture estimation error suppression unit 20, the distance D from the center camera C C deep side surface of the virtual sphere VC is calculated, this distance D, assigned as the distance information of each pixel in the non-texture region TX.

すなわち、無テクスチャ領域TX内の各画素の距離情報は、下記の計算式を用いて割り当てることができる。まず、テクスチャ推定エラー抑制部20は、下記の(10)及び式(11)の連立方程式により、仮想球VCと中央カメラCの光軸LAとの交点(X,Y,Z)を計算する。 That is, the distance information of each pixel in the non-textured area TX can be assigned using the following calculation formula. First, the texture estimation error suppression unit 20, the simultaneous equations of the following (10) and (11), to calculate the intersection of the optical axis LA of the virtual sphere VC and the center camera C C (X, Y, Z) .

前記した式(10)は、仮想球VCを表した方程式である。ここで、a,b,cが仮想球VCの中心の世界座標(光軸交点CEの世界座標)であり、rが仮想球VCの半径である。
前記した式(11)は、中央カメラCの光学主点と無テクスチャ領域TX内の各画素とを通過する直線を表した方程式である。ここで、e,g,iが無テクスチャ領域TX内の各画の世界座標と光学主点の世界座標とにより計算される傾き(既知)であり、f,h,jが光学主点の世界座標(既知)である。
The above equation (10) is an equation representing the phantom sphere VC. Here, a, b, and c are the world coordinates of the center of the virtual sphere VC (the world coordinates of the optical axis intersection point CE), and r is the radius of the virtual sphere VC.
The equation (11) is an equation representing a straight line passing through the pixels in the center camera C C of the optical principal point and a non-texture region TX. Here, e, g, i are inclinations (known) calculated from the world coordinates of each image in the non-textured area TX and the world coordinates of the optical principal point, and f, h, j are worlds of the optical principal point. Coordinates (known).

そして、テクスチャ推定エラー抑制部20は、下記の(12)により、中央カメラCから仮想球VCの奥側表面までの距離Dを計算する。ここで、zは仮想球VCの奥側表面までの距離Dであり、i,jは基準画像の座標(既知)であり、Aはカメラキャリブレーションにより計算される内部パラメータ(既知)であり、Rはカメラキャリブレーションにより計算される回転行列(既知)であり、Uはカメラキャリブレーションにより計算される並進行列(既知)である。 Then, the texture estimation error suppression unit 20 calculates the distance D from the central camera CC to the inner surface of the phantom sphere VC according to the following (12). Here, z is a distance D to the inner surface of the phantom sphere VC, i and j are coordinates (known) of the reference image, A is an internal parameter (known) calculated by camera calibration, R is a rotation matrix (known) calculated by camera calibration, and U is a parallel progression (known) calculated by camera calibration.

[距離情報推定装置の動作]
図13を参照し、距離情報推定装置1Bの動作について説明する(適宜図10参照)。
ステップS20〜S24の処理は、図9のステップS10〜S14と同様のため、説明を省略する。
[Operation of distance information estimation device]
The operation of the distance information estimation device 1B will be described with reference to FIG. 13 (see FIG. 10 as appropriate).
Since the process of step S20-S24 is the same as that of step S10-S14 of FIG. 9, description is abbreviate | omitted.

距離情報推定装置1Bは、評価値O計算部16Bによって、無テクスチャ領域及び距離情報を用いて、オクルージョンに起因する推定エラーを抑制する。つまり、評価値O計算部16Bは、両ステレオ画像から評価値Oを計算し、これら評価値Oを比較して、評価値Oが大きい側のステレオ画像から生成した距離情報を、基準画像での各画素の距離情報として出力する(ステップS25)。   The distance information estimation device 1B suppresses an estimation error caused by occlusion by using the non-textured area and the distance information by the evaluation value O calculation unit 16B. That is, the evaluation value O calculation unit 16B calculates the evaluation value O from both stereo images, compares these evaluation values O, and calculates the distance information generated from the stereo image on the side where the evaluation value O is large as the reference image. It outputs as distance information of each pixel (step S25).

ステップS26〜S28の処理は、図9のステップS16〜S18と同様のため、説明を省略する。   The processing in steps S26 to S28 is the same as that in steps S16 to S18 in FIG.

距離情報推定装置1Bは、テクスチャ推定エラー抑制部20によって、無テクスチャ領域を用いて、距離情報から、テクスチャに起因する推定エラーを抑制する。つまり、テクスチャ推定エラー抑制部20は、左カメラCと、中央カメラCと、右カメラCとの光軸交点CEをカメラキャリブレーションにより計算する。そして、テクスチャ推定エラー抑制部20は、半径rの仮想球VCを、光軸交点CEを中心に生成する。さらに、テクスチャ推定エラー抑制部20は、中央カメラCから仮想球VCの奥側表面までの距離Dを計算して、無テクスチャ領域TX内の各画素の距離情報として割り当てる(ステップS29)。 In the distance information estimation device 1 </ b> B, the texture estimation error suppression unit 20 suppresses the estimation error caused by the texture from the distance information using the non-textured region. In other words, the texture estimation error suppression unit 20 calculates the left camera C L, and the center camera C C, the camera calibration of the optical axis intersecting point CE of the right camera C R. Then, the texture estimation error suppression unit 20 generates a virtual sphere VC having a radius r around the optical axis intersection point CE. Furthermore, the texture estimation error suppression unit 20 calculates the distance D to the inner side surface of the virtual sphere VC from the center camera C C, assigned as the distance information of each pixel in the non-texture region TX (step S29).

以上のように、本発明の第2実施形態に係る距離情報推定装置1Bは、オクルージョン及びテクスチャに起因する推定エラーを抑制して、精度が高い距離情報を生成することができる。この距離情報を用いれば、例えば、奥行き感が高い、インテグラルフォトグラフィ(IP)方式の立体映像を生成することができる。   As described above, the distance information estimation device 1B according to the second embodiment of the present invention can generate the distance information with high accuracy by suppressing the estimation error caused by the occlusion and the texture. By using this distance information, for example, an integral photography (IP) 3D image with a high sense of depth can be generated.

(第3実施形態)
[距離情報推定装置の構成]
図14を参照し、本発明の第3実施形態に係る距離情報推定装置1Cの構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。この距離情報推定装置1Cは、メッセージ伝搬の際、隣接画素間で色が大きく異なるときにその伝搬を制限する点が、第1実施形態と異なる。このため、距離情報推定装置1Cは、メッセージ伝搬制限判定部(エネルギー伝搬判定部)21をさらに備える。
(Third embodiment)
[Configuration of distance information estimation device]
With reference to FIG. 14, a difference of the configuration of the distance information estimation device 1 </ b> C according to the third embodiment of the present invention from the first embodiment will be described. This distance information estimation device 1C is different from the first embodiment in that, when a message is propagated, when the color is greatly different between adjacent pixels, the propagation is limited. For this reason, the distance information estimation device 1 </ b> C further includes a message propagation restriction determination unit (energy propagation determination unit) 21.

ここで、誤差関数計算部10と、スムーズ関数計算部11と、評価値計算部15と、オクルージョン領域判定部17と、無テクスチャ領域判定部19とは、図3の各手段と同様であるため、詳細な説明を省略する。   Here, the error function calculation unit 10, the smooth function calculation unit 11, the evaluation value calculation unit 15, the occlusion region determination unit 17, and the non-texture region determination unit 19 are the same as the respective units in FIG. Detailed description will be omitted.

メッセージ伝搬制限判定部(エネルギー伝搬判定部)21は、基準画像における隣接画素間の色情報の差分絶対値が予め設定された色情報閾値T以下であるか否かによって、隣接画素間でメッセージを伝搬できるか否かを判定するものである。 The message propagation restriction determination unit (energy propagation determination unit) 21 sends a message between adjacent pixels depending on whether or not the absolute value of the color information difference between adjacent pixels in the reference image is equal to or less than a preset color information threshold value Tc. Whether or not can be propagated.

このメッセージ伝搬制限判定部21は、メッセージの伝搬の制限を判定するために、隣接画素間の色情報の差分絶対値に関する色情報閾値Tが予め設定される。このとき、色情報閾値Tの値が小さくなってメッセージ伝搬の制限が強くなると、重み係数λdataの値も小さくなってスムーズ関数の影響が大きくなるように、色情報閾値T及び重み係数λdataを予め設定することが好ましい。 The message propagation restriction determination unit 21 is preset with a color information threshold value Tc related to the absolute difference value of the color information between adjacent pixels in order to determine message propagation restriction. In this case, the color information threshold T value of c becomes smaller restriction message propagation stronger, so that the influence of the smooth function increases also decreases the value of the weighting factor lambda data, color information threshold T c and the weighting factor It is preferable to set λ data in advance.

また、メッセージ伝搬制限判定部21は、メッセージ伝搬元の画素sと処理対象の画素pとの色情報の差分絶対値が色情報閾値T以下であるか否かによって、メッセージ伝搬元の画素sと処理対象の画素pとの間でメッセージを伝搬できるか否かを判定する。具体的には、メッセージ伝搬制限判定部21は、下記の式(13)に示すように、画素s,pの色情報の差分絶対値と色情報閾値Tとを比較することにより、メッセージ伝搬元の重み係数λs,pを計算する。 Further, the message propagation restriction determination unit 21 determines whether or not the message propagation source pixel s depends on whether or not the absolute difference value of the color information between the message propagation source pixel s and the processing target pixel p is equal to or smaller than the color information threshold value Tc. And whether or not the message can be propagated between the processing target pixel p. Specifically, the message propagation restriction determination unit 21 compares the absolute difference value of the color information of the pixels s and p with the color information threshold value Tc , as shown in the following formula (13), to thereby propagate the message. The original weighting factor λ s, p is calculated.

ここで、メッセージ伝搬制限判定部21は、式(13)に示すように、画素s,pの色情報の差分絶対値が色情報閾値T以下の場合、画素s,p間でメッセージを伝搬できると判定し、重み係数λs,pを1として計算する。一方、メッセージ伝搬制限判定部21は、画素s,pの色情報の差分絶対値が色情報閾値Tを超える場合、画素s,p間でメッセージを伝搬できないと判定し、重み係数λs,pを0として計算する。そして、メッセージ伝搬制限判定部21は、計算した重み係数λs,pをメッセージ生成・伝搬部12Cに出力する。 Here, the message propagation restriction determination unit 21 propagates a message between the pixels s and p when the absolute difference value of the color information of the pixels s and p is equal to or smaller than the color information threshold value Tc as shown in Expression (13). It is determined that this is possible, and the weighting coefficient λ s, p is calculated as 1. On the other hand, the message propagation restriction determination unit 21 determines that the message cannot be propagated between the pixels s and p when the difference absolute value of the color information of the pixels s and p exceeds the color information threshold value T c , and the weight coefficient λ s, Calculate p as 0. Then, the message propagation restriction determination unit 21 outputs the calculated weighting factor λ s, p to the message generation / propagation unit 12C.

また、メッセージ伝搬制限判定部21は、メッセージ伝搬先の画素qと処理対象の画素pとの色情報の差分絶対値が色情報閾値T以下であるか否かによって、メッセージ伝搬先の画素qと処理対象の画素pとの間でメッセージを伝搬できるか否かを判定する。具体的には、メッセージ伝搬制限判定部21は、下記の式(14)に示すように、画素p,qの色情報の差分絶対値と色情報閾値Tとを比較することにより、メッセージ伝搬先の重み係数λp,qを計算する。 Further, the message propagation restriction determination unit 21 determines whether the message propagation destination pixel q depends on whether or not the absolute difference value of the color information between the message propagation destination pixel q and the processing target pixel p is equal to or less than the color information threshold value Tc. And whether or not the message can be propagated between the processing target pixel p. Specifically, the message propagation restriction determination unit 21 compares the absolute difference value of the color information of the pixels p and q with the color information threshold value Tc as shown in the following formula (14), thereby message propagation. The previous weighting factor λ p, q is calculated.

ここで、メッセージ伝搬制限判定部21は、式(14)に示すように、画素p,qの色情報の差分絶対値が色情報閾値T以下の場合、画素p,q間でメッセージを伝搬できると判定し、重み係数λp,qを1として計算する。一方、メッセージ伝搬制限判定部21は、画素p,qの色情報の差分絶対値が色情報閾値Tを超える場合、画素p,q間でメッセージを伝搬できないと判定し、重み係数λp,qを0として計算する。そして、メッセージ伝搬制限判定部21は、計算した重み係数λp,qを評価関数計算部13Cに出力する。 Here, the message propagation restriction determination unit 21 propagates a message between the pixels p and q when the absolute difference value of the color information of the pixels p and q is equal to or less than the color information threshold value Tc as shown in the equation (14). It is determined that it can be performed, and the weighting coefficient λ p, q is set to 1. On the other hand, if the absolute difference value of the color information of the pixels p and q exceeds the color information threshold value T c , the message propagation restriction determination unit 21 determines that the message cannot be propagated between the pixels p and q, and the weight coefficient λ p, q is calculated as 0. Then, the message propagation restriction determination unit 21 outputs the calculated weighting factor λ p, q to the evaluation function calculation unit 13C.

メッセージ生成・伝搬部12Cは、メッセージ伝搬制限判定部21からメッセージ伝搬元の重み係数λs,pが入力される。そして、メッセージ生成・伝搬部12Cは、下記の式(15)を用いて、メッセージを生成して伝搬する。 The message generation / propagation unit 12C receives the message propagation source weighting factor λ s, p from the message propagation restriction determination unit 21. Then, the message generation / propagation unit 12C generates and propagates a message using the following equation (15).

このとき、メッセージ生成・伝搬部12Cは、式(15)に示すように、画素p,qの色情報の差分絶対値と色情報閾値Tとを比較して、メッセージを伝搬するか又は制限するかを判定する。具体的には、メッセージ生成・伝搬部12Cは、画素p,qの色情報の差分絶対値が色情報閾値T以下の場合、画素pから画素qへのメッセージを伝搬させる。一方、メッセージ生成・伝搬部12Cは、色情報の差分絶対値が色情報閾値Tを超える場合、画素pから画素qへメッセージを伝搬させない。 At this time, the message generation / propagation unit 12C compares the absolute difference value of the color information of the pixels p and q with the color information threshold value Tc , as shown in Expression (15), and propagates or restricts the message. Judge whether to do. Specifically, the message generation / propagation unit 12C propagates a message from the pixel p to the pixel q when the difference absolute value of the color information of the pixels p and q is equal to or smaller than the color information threshold value Tc . On the other hand, when the absolute difference value of the color information exceeds the color information threshold value Tc , the message generation / propagation unit 12C does not propagate the message from the pixel p to the pixel q.

図15,図16を参照して、メッセージの伝搬の制限について詳細に説明する(適宜図14参照)。この図15,図16では、図1と同様のエネルギー集合において、枠(白塗四角形)が明るい色の画素であり、ハッチングされた枠が暗い色の画素である。ここでは、明るい色の画素と暗い色の画素との色情報の差分絶対値が色情報閾値Tを超えることとして説明する。 The message propagation restriction will be described in detail with reference to FIGS. 15 and 16 (see FIG. 14 as appropriate). 15 and 16, in the same energy set as in FIG. 1, the frame (white square) is a light pixel, and the hatched frame is a dark pixel. Here, it is assumed that the absolute difference value of the color information between the bright color pixel and the dark color pixel exceeds the color information threshold value Tc .

例えば、被写体と背景との境界といったように、隣接画素間で色が大きく異なる場合を考える。図15(a)に示すように、画素s,pで色が大きく異なる場合、距離情報推定装置1Cは、前記した式(13)よりメッセージ伝搬元の重み係数λs,pを0として、これら2画素s、pでのメッセージ伝搬を制限する。また、図15(b)に示すように、画素p,qで色が大きく異なる場合、距離情報推定装置1Cは、前記した式(14)よりメッセージ伝搬先の重み係数λp,qを0として、これら2画素p、qでのメッセージ伝搬を制限する。 For example, let us consider a case where the colors differ greatly between adjacent pixels, such as the boundary between the subject and the background. As shown in FIG. 15 (a), when the colors greatly differ between the pixels s and p, the distance information estimation device 1C sets the message propagation source weight coefficients λ s and p to 0 from the above-described equation (13). Limit message propagation in two pixels s, p. Further, as shown in FIG. 15B, when the colors greatly differ between the pixels p and q, the distance information estimation apparatus 1C sets the message propagation destination weighting coefficients λ p and q to 0 from the above-described equation (14). The message propagation in these two pixels p and q is limited.

一方、図16(a)に示すように画素s,p,qの全てが明るい色、又は、図16(b)に示すように画素s,p,qの全てが暗い色の場合、距離情報推定装置1Cは、前記した式(13)及び式(14)より重み係数λs,p,λp,qを1として、画素s,p,q間でメッセージを伝搬する。 On the other hand, if all of the pixels s, p, q are bright as shown in FIG. 16A or all of the pixels s, p, q are dark as shown in FIG. The estimation device 1C propagates a message between the pixels s, p, and q with the weighting coefficients λ s, p , λ p, q set to 1 from the above equations (13) and (14).

つまり、距離情報推定装置1Cでは、メッセージ伝搬元の重み係数λs,pの値によって、画素sから画素pへのメッセージ伝搬を制御し、メッセージ伝搬先の重み係数λp,qの値によって、画素pから画素qへのメッセージ伝搬を制御する。 That is, in the distance information estimation device 1C, the message propagation from the pixel s to the pixel p is controlled by the value of the message propagation source weight coefficient λ s, p , and the message propagation destination weight coefficient λ p, q is Controls message propagation from pixel p to pixel q.

評価関数計算部13Cは、メッセージ伝搬制限判定部21で計算された重み係数λp,qが入力され、下記の式(16)で定義される評価関数bを計算する。そして、評価関数計算部13Cは、計算した評価関数bを、距離推定部14Cと、評価値O計算部16と、評価値K計算部18とに出力する。 The evaluation function calculation unit 13C receives the weighting coefficients λ p, q calculated by the message propagation restriction determination unit 21 and calculates an evaluation function b q defined by the following equation (16). Then, the evaluation function calculation unit 13C outputs the calculated evaluation function b q to the distance estimation unit 14C, the evaluation value O calculation unit 16, and the evaluation value K calculation unit 18.

距離推定部14Cは、図3の距離推定部14と同様、距離情報を推定する。
また、距離推定部14Cは、ノイズ除去フィルタ14aを備える。このノイズ除去フィルタ14aは、距離推定部14Cが推定した距離情報(距離画像)にメディアンフィルタ等のノイズ除去処理を施すものである。このようにして、ノイズの影響が少ない滑らかな距離情報を推定することができる。
The distance estimation unit 14C estimates distance information in the same manner as the distance estimation unit 14 in FIG.
The distance estimation unit 14C includes a noise removal filter 14a. The noise removal filter 14a performs noise removal processing such as a median filter on the distance information (distance image) estimated by the distance estimation unit 14C. In this way, smooth distance information that is less affected by noise can be estimated.

[距離情報推定装置の動作]
図17を参照し、距離情報推定装置1Cの動作について説明する(適宜図14参照)。
ステップS30,S31の処理は、図9のステップS10〜S11と同様のため、説明を省略する。
[Operation of distance information estimation device]
The operation of the distance information estimation device 1C will be described with reference to FIG. 17 (see FIG. 14 as appropriate).
The processing in steps S30 and S31 is the same as that in steps S10 to S11 in FIG.

距離情報推定装置1Cは、メッセージ伝搬制限判定部21によって、隣接画素間の色情報の差分絶対値が色情報閾値T以下であるか否かによって、隣接画素間でメッセージを伝搬できるか否かを判定する。具体的には、メッセージ伝搬制限判定部21は、前記した式(13)に示すように、画素s,pの色情報の差分絶対値と色情報閾値Tとを比較することにより、画素s,p間におけるメッセージ伝搬の判定結果として、メッセージ伝搬元の重み係数λs,pを計算する。さらに、メッセージ伝搬制限判定部21は、前記した式(14)に示すように、画素p,qの色情報の差分絶対値と色情報閾値Tとを比較することにより、画素p,q間におけるメッセージ伝搬の判定結果として、メッセージ伝搬先の重み係数λp,qを計算する(ステップS32)。 Whether or not the distance information estimation device 1C can propagate a message between adjacent pixels by the message propagation restriction determination unit 21 depending on whether or not the absolute value of the color information difference between adjacent pixels is equal to or less than the color information threshold value Tc . Determine. Specifically, the message propagation restriction determination unit 21 compares the color information difference absolute value of the pixels s and p with the color information threshold value T c as shown in the above-described equation (13), thereby obtaining the pixel s. , P, the message propagation source weighting factor λ s, p is calculated as a result of the message propagation determination. Further, the message propagation restriction determination unit 21 compares the color information difference absolute value of the pixels p and q with the color information threshold value T c as shown in the above-described equation (14), thereby obtaining The message propagation destination weighting factor λ p, q is calculated as the message propagation determination result in (step S32).

距離情報推定装置1Cは、メッセージ生成・伝搬部12Cによって、前記した式(15)を用いて、メッセージを生成して伝搬する(ステップS33)。
距離情報推定装置1Cは、評価関数計算部13Cによって、前記した式(16)で定義される評価関数bを計算する(ステップS34)。
なお、ステップS35〜S39の処理は、図9のステップS14〜S28と同様のため、説明を省略する。
The distance information estimation apparatus 1C generates and propagates a message using the above-described equation (15) by the message generation / propagation unit 12C (step S33).
In the distance information estimation device 1C, the evaluation function calculator 13C calculates the evaluation function b q defined by the above equation (16) (step S34).
In addition, since the process of step S35-S39 is the same as that of step S14-S28 of FIG. 9, description is abbreviate | omitted.

以上のように、本発明の第3実施形態に係る距離情報推定装置1Cは、隣接画素間の色情報の差分絶対値が大きいときにメッセージの伝搬を制限する。これによって、距離情報推定装置1Cは、被写体の膨張を抑制して被写体の輪郭を鮮鋭化し、精度が高い距離情報を生成することができる。   As described above, the distance information estimation device 1C according to the third embodiment of the present invention restricts message propagation when the absolute difference value of the color information between adjacent pixels is large. Accordingly, the distance information estimation device 1C can suppress the expansion of the subject, sharpen the contour of the subject, and generate distance information with high accuracy.

なお、各実施形態では、誤差関数とスムーズ関数とで規定される確率に関するエネルギーを最小化する手法の一例として信頼度伝搬法を説明したが、本発明は、これに限定されない。本発明では、この手法として、例えば、ビタビアルゴリズムを用いることもできる。   In each embodiment, the reliability propagation method has been described as an example of a method for minimizing the energy related to the probability defined by the error function and the smooth function. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, for example, a Viterbi algorithm can be used as this method.

なお、各実施形態では、距離指標情報として距離情報を推定することとして説明したが、本発明は、これに限定されない。つまり、本発明は、前記した距離候補を視差候補に置き換えれば、視差情報を推定する視差情報推定装置を実現することができる。   In each embodiment, the distance information is estimated as the distance index information. However, the present invention is not limited to this. That is, according to the present invention, a parallax information estimation device that estimates parallax information can be realized by replacing the above-described distance candidates with parallax candidates.

なお、各実施形態では、評価値として評価値K,Oを計算することとして説明したが、本発明は、これに限定されない。
また、各実施形態では、評価値K,Oの両方を計算することとして説明したが、本発明は、評価値K,Oの何れか一方のみを計算してもよい。この場合、本発明は、テクスチャ又はオクルージョンに起因する推定エラーの何れか一方だけを抑制してもよい。
In each embodiment, the evaluation values K and O are calculated as evaluation values. However, the present invention is not limited to this.
In each embodiment, it has been described that both the evaluation values K and O are calculated. However, the present invention may calculate only one of the evaluation values K and O. In this case, the present invention may suppress only one of estimation errors due to texture or occlusion.

(変形例1)
以下、図18を参照して、本発明の変形例1に係る距離情報推定装置1Dについて説明する。
図18に示すように、距離情報推定装置1Dは、図10の距離情報推定装置1Bに、図14のメッセージ伝搬制限判定部21を付加したものである。従って、距離情報推定装置1Dは、オクルージョン及びテクスチャに起因する推定エラーを抑制すると共に被写体の膨張を抑制し、精度が高い距離情報を生成することができる。
なお、図18の各手段は、図10,図14と同様であるため、詳細な説明を省略する。
(Modification 1)
Hereinafter, with reference to FIG. 18, a distance information estimation apparatus 1D according to Modification 1 of the present invention will be described.
As shown in FIG. 18, the distance information estimation device 1D is obtained by adding the message propagation restriction determination unit 21 of FIG. 14 to the distance information estimation device 1B of FIG. Therefore, the distance information estimation device 1D can suppress the estimation error due to the occlusion and the texture, suppress the expansion of the subject, and generate highly accurate distance information.
18 is the same as FIG. 10 and FIG. 14, and detailed description thereof is omitted.

以下、本発明の実施例として、推定エラーの判定精度を実験した結果について説明する。
本実施例では、図3の距離情報推定装置1を用いて実験を行った。また、この距離情報推定装置1に入力するステレオ画像として、力士(被写体)の取組を撮影した画像を準備した。左カメラCが撮影した基準画像を図19(a)に示し、右カメラCが撮影した参照画像を図19(b)に示す。このとき、左カメラC及び右カメラCは、互いに2メートルだけ離した。また、左カメラCから被写体までの距離が25メートルであり、距離候補を2センチメートルごとに設定した。さらに、λdataを0.07、誤差関数閾値Tdataを15、スムーズ関数閾値Tsmoothを1.7に設定した。
Hereinafter, as an example of the present invention, the results of experiments on estimation error determination accuracy will be described.
In this example, an experiment was performed using the distance information estimation apparatus 1 of FIG. In addition, as a stereo image to be input to the distance information estimation device 1, an image obtained by photographing the efforts of wrestlers (subjects) was prepared. A reference image taken by the left camera CL is shown in FIG. 19A, and a reference image taken by the right camera CR is shown in FIG. 19B. At this time, the left camera C L and the right camera C R, releases only 2 m from each other. Further, the distance from the left camera CL to the subject is 25 meters, and distance candidates are set every 2 centimeters. Further, λ data was set to 0.07, the error function threshold value T data was set to 15, and the smooth function threshold value T smooth was set to 1.7.

図19のステレオ画像から、距離情報推定装置1が生成した距離画像を図20(a)に示す。図20(a)の距離画像には、オクルージョンに起因する推定エラーを生じた領域を赤色で図示した。また、テクスチャに起因する推定エラーを生じた領域を青色で図示した。   A distance image generated by the distance information estimation apparatus 1 from the stereo image of FIG. 19 is shown in FIG. In the distance image of FIG. 20A, a region where an estimation error due to occlusion has occurred is shown in red. In addition, a region where an estimation error caused by the texture is generated is illustrated in blue.

図20(a)の距離画像から、距離情報推定装置1が、評価値Oを用いてオクルージョン領域を出力した結果を、図20(b)に示す。図20(b)の画像において、輝度値の低い領域がオクルージョンに起因する推定エラー領域が生じた領域(オクルージョン領域)であり、図20(a)の赤色領域とほとんど一致している。このことより、距離情報推定装置1は、オクルージョンに起因する推定エラーの判定精度が高いことが分かる。   FIG. 20B shows the result of the distance information estimation device 1 outputting the occlusion area using the evaluation value O from the distance image of FIG. In the image of FIG. 20B, the low luminance value area is an area where an estimation error area caused by occlusion occurs (occlusion area), which almost coincides with the red area of FIG. From this, it can be seen that the distance information estimation apparatus 1 has a high accuracy in determining an estimation error caused by occlusion.

また、図20(a)の距離画像に対し、距離情報推定装置1が、オクルージョンに起因する推定エラーの抑制処理を行った。この推定エラーを抑制した後の距離画像を図21(a)に示す。ここで、図21(a)の距離画像にも、図20(a)と同様に赤色と、青色とを図示した。   In addition, the distance information estimation device 1 performs a process of suppressing an estimation error caused by occlusion on the distance image in FIG. FIG. 21A shows a distance image after the estimation error is suppressed. Here, red and blue are also illustrated in the distance image of FIG. 21A as in FIG. 20A.

そして、図21(a)の距離画像から、距離情報推定装置1が、評価値Kを用いて無テクスチャ領域を出力した結果を、図21(b)に示す。図21(b)の画像において、輝度値の低い領域がテクスチャに起因する推定エラー領域が生じた領域(例えば、土俵奥の地面)であり、図21(a)の青色領域とほとんど一致している。このことより、距離情報推定装置1は、テクスチャに起因する推定エラーの判定精度が高いことが分かる。   FIG. 21B shows the result of the distance information estimation apparatus 1 outputting the non-textured region using the evaluation value K from the distance image of FIG. In the image of FIG. 21 (b), the low luminance area is an area where an estimation error area caused by texture occurs (for example, the ground behind the earth wall), which almost coincides with the blue area of FIG. 21 (a). Yes. From this, it can be seen that the distance information estimation apparatus 1 has a high accuracy in determining an estimation error caused by a texture.

1,1B,1C,1D 距離情報推定装置(距離指標情報推定装置)
10 誤差関数計算部
11 スムーズ関数計算部
12,12C メッセージ生成・伝搬部(エネルギー伝搬部)
13,13C 評価関数計算部
14,14C 距離推定部(距離指標推定部)
14a ノイズ除去フィルタ
15 評価値計算部
16,16B 評価値O計算部
17 オクルージョン領域判定部(オクルージョン推定エラー判定部)
18 評価値K計算部
19 無テクスチャ領域判定部(テクスチャ推定エラー判定部)
20 テクスチャ推定エラー抑制部
21 メッセージ伝搬制限判定部(エネルギー伝搬判定部)
1,1B, 1C, 1D Distance information estimation device (distance index information estimation device)
10 Error function calculation unit 11 Smooth function calculation unit 12, 12C Message generation / propagation unit (energy propagation unit)
13, 13C Evaluation function calculation unit 14, 14C Distance estimation unit (distance index estimation unit)
14a Noise removal filter 15 Evaluation value calculation unit 16, 16B Evaluation value O calculation unit 17 Occlusion region determination unit (occlusion estimation error determination unit)
18 Evaluation value K calculation unit 19 No texture area determination unit (texture estimation error determination unit)
20 Texture estimation error suppression unit 21 Message propagation restriction determination unit (energy propagation determination unit)

Claims (7)

ステレオ画像間の誤差関数と奥行き方向への距離又は視差である距離指標の連続性を示すスムーズ関数とで規定される確率に関するエネルギーを最小化する手法により、前記ステレオ画像の一方である基準画像の画素ごとの前記距離指標を示す距離指標情報を推定すると共に、前記距離指標情報の信頼度を示す評価値を計算する距離指標情報推定装置であって、
前記ステレオ画像が入力されると共に、予め設定された距離指標候補ごとに、予め設定された誤差関数閾値以下となるように、入力された前記ステレオ画像の類似度である前記誤差関数を計算する誤差関数計算部と、
前記距離指標候補ごとに、予め設定されたスムーズ関数閾値以下となるように、マルコフランダムフィールドにおける隣接画素間の前記距離指標候補の差分絶対値である前記スムーズ関数を計算するスムーズ関数計算部と、
前記誤差関数計算部で計算した誤差関数と前記スムーズ関数計算部で計算したスムーズ関数とを含む前記エネルギーが集合したエネルギー集合を生成し、当該エネルギー集合内における隣接画素間で、所定の漸化式によって前記エネルギーを生成して伝搬させることで、前記距離指標候補及び前記画素ごとの前記エネルギーを更新するエネルギー伝搬部と、
前記エネルギー伝搬部で更新されたエネルギーを示す評価関数を計算する評価関数計算部と、
前記距離指標候補のうち、前記評価関数計算部で計算された評価関数が最小となる距離指標を、前記距離指標情報として推定する距離指標推定部と、
前記評価関数におけるエネルギー分布の尖度を、前記評価値として求める評価値計算部と、
を備えることを特徴とする距離指標情報推定装置。
The method of minimizing the energy related to the probability defined by the error function between stereo images and the smooth function indicating the continuity of the distance index, which is the distance in the depth direction or parallax, A distance index information estimation device that estimates distance index information indicating the distance index for each pixel and calculates an evaluation value indicating reliability of the distance index information,
An error for calculating the error function that is the similarity of the input stereo image so that the stereo image is input and is equal to or less than a preset error function threshold for each preset distance index candidate A function calculator,
A smooth function calculation unit that calculates the smooth function that is a difference absolute value of the distance index candidate between adjacent pixels in a Markov random field so as to be equal to or less than a preset smooth function threshold for each distance index candidate;
Generating an energy set in which the energy includes the error function calculated by the error function calculation unit and the smooth function calculated by the smooth function calculation unit, and a predetermined recurrence formula between adjacent pixels in the energy set. An energy propagation unit that updates the energy for each of the distance index candidates and the pixels by generating and propagating the energy by:
An evaluation function calculation unit for calculating an evaluation function indicating the energy updated in the energy propagation unit;
Among the distance index candidates, a distance index estimation unit that estimates a distance index that minimizes the evaluation function calculated by the evaluation function calculation unit as the distance index information;
An evaluation value calculation unit for obtaining the kurtosis of the energy distribution in the evaluation function as the evaluation value;
A distance index information estimation apparatus comprising:
前記評価値計算部は、
前記エネルギー分布の尖度を、テクスチャに起因する推定エラーを判定するための前記評価値であるテクスチャ評価値として計算するテクスチャ評価値計算部、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の距離指標情報推定装置。
The evaluation value calculator is
A texture evaluation value calculator that calculates the kurtosis of the energy distribution as a texture evaluation value that is the evaluation value for determining an estimation error caused by a texture;
The distance index information estimation device according to claim 1, further comprising:
前記テクスチャ評価値計算部は、nが前記距離指標候補fの数、b(f)が前記エネルギー、b ̄が前記エネルギーの平均値、及び、σ(b)が前記エネルギーの標準偏差と定義された以下の式(9)を用いて、前記テクスチャ評価値Kを計算することを特徴とする請求項2に記載の距離指標情報推定装置。
In the texture evaluation value calculation unit, n f is the number of distance index candidates f q , b q (f q ) is the energy, b q  ̄ is the average value of the energy, and σ (b q ) is the energy. The distance index information estimation apparatus according to claim 2, wherein the texture evaluation value Kq is calculated using the following formula (9) defined as a standard deviation of:
前記テクスチャ評価値計算部で計算されたテクスチャ評価値が予め設定されたテクスチャ閾値以下であるか否かを判定し、当該テクスチャ評価値が当該テクスチャ閾値以下の場合、前記テクスチャに起因する推定エラーが生じたと判定するテクスチャ推定エラー判定部、
をさらに備えることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の距離指標情報推定装置。
It is determined whether or not the texture evaluation value calculated by the texture evaluation value calculation unit is equal to or less than a preset texture threshold. When the texture evaluation value is equal to or less than the texture threshold, an estimation error caused by the texture is A texture estimation error determination unit that determines that the error occurred,
The distance index information estimation device according to claim 2, further comprising:
前記ステレオ画像を撮影したカメラの光軸交点をカメラキャリブレーションにより計算し、前記ステレオ画像内の被写体が収まるように予め設定された半径の仮想球が当該光軸交点を中心に生成され、前記中央カメラから前記仮想球の奥側表面までの前記距離指標を計算し、計算した当該距離指標を、前記中央カメラの撮影画像で前記テクスチャに起因する推定エラーが生じた領域内の各画素の前記距離指標情報として割り当てるテクスチャ推定エラー抑制部、
をさらに備えることを特徴とする請求項2から請求項4の何れか一項に記載の距離指標情報推定装置。
An optical axis intersection of a camera that has captured the stereo image is calculated by camera calibration, and a virtual sphere having a radius set in advance so as to fit a subject in the stereo image is generated around the optical axis intersection. The distance index from the camera to the inner surface of the phantom sphere is calculated, and the calculated distance index is calculated based on the distance of each pixel in the region where the estimation error caused by the texture occurs in the captured image of the central camera. Texture estimation error suppression unit to be assigned as index information,
The distance index information estimation device according to any one of claims 2 to 4, further comprising:
前記誤差関数計算部は、前記基準画像における処理対象画素と、前記ステレオ画像の他方である参照画像で前記処理対象画素に対応する対応画素との色情報の差分絶対値を求め、当該差分絶対値を予め設定した原色数で除算して重み付ける前記誤差関数を計算することを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の距離指標情報推定装置。   The error function calculation unit obtains a difference absolute value of color information between a processing target pixel in the base image and a corresponding pixel corresponding to the processing target pixel in a reference image that is the other of the stereo images, and the difference absolute value The distance index information estimation apparatus according to claim 1, wherein the error function is calculated by dividing the weight by a preset number of primary colors and weighting the error function. ステレオ画像間の誤差関数と奥行き方向への距離又は視差である距離指標の連続性を示すスムーズ関数とで規定される確率に関するエネルギーを最小化する手法により、前記ステレオ画像の一方である基準画像の画素ごとの前記距離指標を示す距離指標情報を推定すると共に、前記距離指標情報の信頼度を示す評価値を計算するために、コンピュータを、
前記ステレオ画像が入力されると共に、予め設定された距離指標候補ごとに、予め設定された誤差関数閾値以下となるように、入力された前記ステレオ画像の類似度である前記誤差関数を計算する誤差関数計算部、
前記距離指標候補ごとに、予め設定されたスムーズ関数閾値以下となるように、マルコフランダムフィールドにおける隣接画素間での前記距離指標候補の差分絶対値である前記スムーズ関数を計算するスムーズ関数計算部、
前記誤差関数計算部で計算した誤差関数と前記スムーズ関数計算部で計算したスムーズ関数とを含む前記エネルギーが集合したエネルギー集合を生成し、当該エネルギー集合内における隣接画素間で、所定の漸化式によって前記エネルギーを生成して伝搬させることで、前記距離指標候補及び前記画素ごとの前記エネルギーを更新するエネルギー伝搬部、
前記エネルギー伝搬部で更新されたエネルギーを示す評価関数を計算する評価関数計算部、
前記距離指標候補のうち、前記評価関数計算部で計算された評価関数が最小となる距離指標を、前記距離指標情報として推定する距離指標推定部、
前記評価関数で表されるエネルギー分布の尖度を、前記評価値として求める評価値計算部、
として機能させるための距離情報推定プログラム。
The method of minimizing the energy related to the probability defined by the error function between stereo images and the smooth function indicating the continuity of the distance index, which is the distance in the depth direction or parallax, In order to estimate distance index information indicating the distance index for each pixel, and to calculate an evaluation value indicating the reliability of the distance index information, a computer,
An error for calculating the error function that is the similarity of the input stereo image so that the stereo image is input and is equal to or less than a preset error function threshold for each preset distance index candidate Function calculator,
A smooth function calculation unit that calculates the smooth function that is a difference absolute value of the distance index candidate between adjacent pixels in a Markov random field so that the distance index candidate is equal to or less than a preset smooth function threshold for each distance index candidate;
Generating an energy set in which the energy includes the error function calculated by the error function calculation unit and the smooth function calculated by the smooth function calculation unit, and a predetermined recurrence formula between adjacent pixels in the energy set. By generating and propagating the energy by the energy propagation unit that updates the energy for each distance index candidate and the pixel,
An evaluation function calculation unit for calculating an evaluation function indicating the energy updated in the energy propagation unit;
Among the distance index candidates, a distance index estimation unit that estimates, as the distance index information, a distance index that minimizes the evaluation function calculated by the evaluation function calculation unit;
An evaluation value calculation unit for obtaining the kurtosis of the energy distribution represented by the evaluation function as the evaluation value;
Distance information estimation program to function as.
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