JP2013187799A - 画像処理装置、画像処理方法、コンピュータプログラム - Google Patents

画像処理装置、画像処理方法、コンピュータプログラム Download PDF

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Abstract

【解決手段】撮影対象全体を含む静止画像データを入力する静止画入力手段と、前記静止画データ、及びサイズ等の画像情報を格納する補助記憶装置と、前記静止画像データとフレーム静止画像を用いて、撮影終了までに使用するメモリ量を推定する使用メモリ量推定手段と、前記画像処理装置のメモリ残量と前記推定メモリ量を比較し、メモリ量が不足しているか否かを判定するメモリ量判定手段と、前記メモリ量の判定の結果、メモリ量が不足している場合は、メモリ量の不足を示すメッセージ、及び撮影可能な範囲を表示部に通知する通知手段と、を有する。
【効果】予めモザイキングに必要なメモリ量を推定し、メモリ量が不足している場合は、メモリ量の不足を示すメッセージ及び撮影可能な範囲を撮影者に通知することができる。
【選択図】図5(A)

Description

本発明は、動画像から切り出した各フレーム静止画像を重ね合わせることで、一枚の大きな静止画像(モザイク画像)を構成する画像処理装置、画像処理方法、コンピュータプログラム、及び、そのプログラムを記憶したコンピュータ読出可能な記憶媒体に関するものである。
近年、互いに重複領域を含んでいる複数枚の静止画像から一枚の大きな静止画を構成する、モザイキング技術に関する研究が行われている。これは、各静止画像内の対応する点や領域を推定し、それをもとに画像を重ね合わせることで一枚の静止画像を構成する技術である。この技術は、現在デジタルカメラのパノラマ画像合成技術等に応用されている。
対象を動画像で撮影しそこから切り出した各フレーム静止画像をもとにモザイキングを行う技術に関しては、特にビデオモザイキング技術と呼ばれている。この技術を利用すれば、動画撮影機能付きの撮影装置を少しずつ移動させながら対象を撮影し、各フレーム静止画像を切り出すことで、それらから撮影対象全体を含む一枚の静止画像を構成することができる。
ビデオモザイキング技術は、動画像から切り出した各フレーム静止画像を用いるため、複数枚の静止画像を用いる通常のモザイキング処理と比べ、構成に用いる静止画像の総枚数が多くなるという特徴がある。特に、撮影速度が遅い場合には、撮影対象全体を撮影するのにかかる時間が長くなり、そこから切り出されるフレーム静止画像の総枚数が増加してしまう。この問題に対して、特許文献1による手法では、動画像の撮影時にカメラ側で撮影速度を推定し、速度が一定範囲内に納まっていない場合、ユーザに警告を通知し手動で適切な撮影速度に修正させることで対応している。それにより、撮影速度が遅くなる、即ち抽出されるフレーム静止画像が必要以上の枚数になるのを防ぎ、処理速度の低下を抑えることが可能になる。
特開2007−306524号公報
しかしながら、従来の手法では、携帯電話に代表される動画撮影機能付きの撮影装置を少しずつ移動させながら対象を撮影する必要があるため、動画撮影が終了するまでは、動画像のデータ量、及び動画像から切り出した各フレーム静止画像のデータ量が不明である。一般に撮影対象が大きいほど、動画撮影が終了までの時間が多くかかってしまうこともあり、前記データ量は大きくなる傾向にある。従って、前記データ量が、モザイキングを行う画像処理装置のメモリ量を超える場合は、モザイキングが途中で終了してしまう。モザイキングが途中で終了してしまうと、撮影対象全体を含む一枚の静止画像は完成せず、動画撮影条件を変更するか、撮影対象範囲を小さくして再度初めから動画撮影を行わなければならないという課題がある。
撮影された動画像からフレームごとに切り出した複数のフレーム静止画像を1枚の静止画像として構成する画像処理装置であって、
撮影対象全体を含む静止画像データを入力する静止画入力手段(101)と、
前記静止画データ、及びサイズ等の画像情報を格納する補助記憶装置(105)と、
前記静止画像データとフレーム静止画像を用いて、撮影終了までに使用するメモリ量を推定する使用メモリ量推定手段(306)と、
前記画像処理装置のメモリ残量と前記推定メモリ量を比較し、メモリ量が不足しているか否かを判定するメモリ量判定手段(307)と、
前記メモリ量の判定の結果、メモリ量が不足している場合は、メモリ量の不足を示すメッセージ、及び撮影可能な範囲を表示部に通知する通知手段(308)と、
を有する画像処理手段。
本発明によれば、予めモザイキングに必要なメモリ量を推定し、メモリ量が不足している場合は、メモリ量の不足を示すメッセージ、及び撮影可能な範囲を撮影者に通知する。これにより、撮影者は、メモリ残量による撮影対象の撮影可否、及び撮影可能な範囲を動画撮影開始時に把握することができる。例えば、撮影対象全体を含む一枚の静止画像が生成できない場合は即座に中断することが可能となる。従って、再度初めから動画撮影を行う必要がなくなる。
本発明に係る画像処理システムを示すブロック図 モザイキング処理部108が行う処理の概要を示す図 モザイキング処理部108を示すブロック図 画像重ね合わせ部305を示すブロック図 実施例1におけるシステムで実行する処理全体のフローチャート1 実施例1におけるシステムで実行する処理全体のフローチャート2 実施例1における特徴点抽出の例を示す図 実施例1における投影パラメータの計算式を示す図 実施例1におけるアフィン変換の式を示す図 実施例1における画像重ね合わせを示す図 実施例1における画像重ね合わせ部の処理全体のフローチャート 実施例1における注目画素から基準画素までの距離を示す図 実施例1における投影後の注目画素と対応する重ね合わせ平面上の画素を示す図 実施例1における撮影対象全体を含む静止画像データの例 実施例1における動画像データから切り出されたフレーム静止画像の例 実施例1における表示部の例 実施例2における撮影対象全体を含む静止画像データの例 実施例2における動画像データから切り出されたフレーム静止画像の例 実施例2におけるシステムで実行する処理全体のフローチャート
[実施例1]
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
図1は本発明に係る画像処理システムを示すブロック図である。
図1中、画像撮影装置100は、静止画・動画入力部101と、表示部102と、操作部103と、CPU104と、補助記憶装置105と、RAM106と、ROM107と、モザイキング処理部108とを有する。
以下、それぞれの構成要素について説明する。
静止画・動画入力部101は、レンズ、CCDなどのイメージセンサ、A/D変換器等を備えており、撮影によって取得した被写体の映像をデジタル形式の静止画像データ、または動画像データへ変換する。
表示部102は、ユーザーに対し通知すべき情報を表示する。
操作部103は、ユーザーによる操作を受け付ける。
CPU104は、操作部103からユーザーが入力した情報、補助記憶装置105あるいはROM107に記憶されたプログラム等に基づいて、システム全体の制御を行う。
補助記憶装置105は、システム制御ソフトフェア、静止画・動画入力部101によって生成された静止画像データ、または動画像データを格納する。
RAM106は、CPU104が動作するためのシステムワークメモリであり、動画像データを一時記憶するための画像メモリでもある。
ROM107はブートROMであり、システムのブートプログラム等のプログラムが格納されている。
モザイキング処理部108は、図2に示すように、入力された動画像からフレーム静止画像を切り出し、そこから画像撮影装置の動きを推定した後、重ね合わせ平面上に投影することで一枚の大きな静止画像を構成する。
モザイキング処理部108は、図3に示すように、フレーム切り出し部301、特徴点抽出部302、特徴点追跡部303、投影パラメータ推定部304、画像重ね合わせ部305、使用メモリ量推定部306、メモリ量判定部307、通知部308から構成される。モザイキング処理部108は、静止画・動画入力部101が生成した、または補助記憶装置105に保存されている静止画像データ、または動画像データ300が入力されると、各処理部301〜308で処理を行い、構成後静止画像310を生成して出力する。
フレーム切り出し部301は、動画像データ300からフレーム静止画像を一枚ずつ切り出す。
特徴点抽出部302は、現在のフレーム静止画像から、その点周りで輝度勾配が大きく、フレーム間で追跡を行いやすい特徴点を抽出する。
特徴点追跡部303は、1つ前のフレーム静止画像において特徴点抽出部302によって抽出された特徴点を、1つ前のフレーム、現在のフレーム静止画像間で追跡する。
投影パラメータ推定部304は、特徴点追跡部303による特徴点の追跡結果をもとに、
現在のフレーム静止画像を重ね合わせ平面上に投影する際に用いる投影パラメータを計算する。ここでは、特徴点の追跡結果より、1つ前のフレーム、現在のフレーム間での画像撮影装置の動きを推定することによって投影パラメータの計算を行う。
画像重ね合わせ部305は、現在のフレーム静止画像を、投影パラメータ推定部304が推定した投影パラメータを用いて、重ね合わせ平面上に投影し、平面上にすでに存在する画像と重ね合わせる。
使用メモリ量推定部306は、動画撮影終了までの動画像のデータ量、及び撮影対象全体を含む一枚の静止画像を構成するために必要なフレーム静止画像の総枚数を推定する。これらのデータ量の合計がモザイキング処理に必要となるメモリ量と推定する。
メモリ量判定部307は、本画像処理システムのメモリ残量と、推定した使用メモリ量を比較し、メモリ量が不足しているか否かを判定する。
通知部308は、メモリ量の不足を示す警告メッセージを図1の表示部102へ送信する。
なお、モザイキング処理の詳細および、フレーム切り出し部301〜通知部308の各部分の動作については、後述で実際に処理を行う例を扱うので、その中で再度取り上げられ、より詳細に説明されることとなる。
次に、画像重ね合わせ部305の詳細について説明する。画像重ね合わせ部305は、図4に示すように、距離計算部401、投影部402、画素値更新判定部403、画素値設定部404、距離記憶部405、画素値記憶部406から構成される。画像重ね合わせ部305は、フレーム切り出し部301が生成したフレーム静止画像400、投影パラメータ推定部304が生成した投影パラメータ410が入力されると、各処理部401〜406で処理を行い、構成後静止画像310を生成して出力する。
距離計算部401は、フレーム静止画像内の注目画素から基準画素までの距離を計算する。
投影部402は、フレーム静止画像内の注目画素を、投影パラメータ推定部303が推定した投影パラメータを用いて重ね合わせ平面上に投影する。
画素値更新判定部403は、投影後のフレーム静止画像内の注目画素と対応する重ね合わせ平面上の画素について、注目画素の値で画素値の更新を行うか否かを判定する。
画素値設定部404は、投影後のフレーム静止画像内の注目画素と対応する重ね合わせ平面上の画素について、注目画素の値で画素値を設定する。
距離記憶部405は、距離計算部401によって計算された画像内の基準画素から注目画素までの距離の値を記憶する。
画素値記憶部406は、注目画素の画素値を記憶する。
なお、距離計算部401〜画素値記憶部406の各部分の動作については、後述で実際に処理を行う例を扱うので、その中で再度取り上げられ、より詳細に説明されることとなる。
次に、モザイキング処理部108に静止画像データ、または動画像データ300が入力されてから、モザイキング処理が終わり、構成後静止画像310が生成されるまでの間、システムで実行する処理全体のフローチャートを図5(A)(B)に示す。
なお、本実施形態では、CPU104が補助記憶装置105(コンピュータ読取可能な記憶媒体)に格納されたコンピュータプログラムを読み取り実行することによって、モザイキング処理部108(図3の各処理部301〜308、および図4の各処理部401〜406)として機能するものとするが、これに限るものではない。
例えば、モザイキング処理部108(図3の各処理部301〜308、および図4の各処理部401〜406)を、電子回路等のハードウェアで実現するように構成してもよい。
まず、図5(A)のフローチャートを用いて撮影対象全体を含むデータを取得する方法について説明する。
まず、ステップS501において、静止画・動画入力部101は、静止画の撮影機能として動作することで、撮影対象全体を含むデータを静止画像データとして取得する。
尚、この時に取得する静止画像データは、撮影対象全体を含んでいれば低い解像度であっても構わない。
次に、ステップS502において、静止画・動画入力部101は、ステップS501で取得した静止画像データ、及び幅(w1)、高さ(h1)等の画像情報を補助記憶装置105に格納する。尚、静止画像データの例を図13(A)に示す。
このように後述する動画撮影に入る前に撮影対象全体を含む静止画像データとして記憶する。
次に、図5(B)のフローチャートを用いて動画撮影、及びモザイキングについて説明する。
まず、ステップS503において、静止画・動画入力部101は、動画の撮影機能として動作することで、撮影対象の端から動画像データとして取得を開始する。
次に、ステップS504において、フレーム切り出し部301は、動画像データ300から最初のフレーム静止画像を切り出す。尚、フレーム静止画像の例を図13(B)に示す。
次に、ステップS505において、使用メモリ量推定部306は、図5(A)のステップS502で格納した撮影対象全体を含む静止画像データと、ステップS504で得られたフレーム静止画像の比較を行う。そして、動画撮影終了までの動画像のデータ量、及び対象全体を含む一枚の静止画像を構成するために必要なフレーム静止画像の総枚数を推定する。これらのデータ量の合計がモザイキング処理に必要となるメモリ量と推定する。
また、総枚数を推定する際には、例えば、撮影対象全体を含む静止画像データとフレーム静止画像の各々の幅と高さの情報だけではなく、画像の特徴量(エッジ等)を用いて不図示のパターンマッチングを行い、撮影対象全体を含む静止画像データに対するフレーム静止画像の縮尺率を算出し、これを利用する。尚、動画撮影の撮影速度は一定であるとする。
次に、ステップS506において、メモリ量判定部307は、本画像処理システムのメモリ残量と、ステップS505で推定した使用メモリ量を比較し、メモリ量が不足しているか否かを判定する。尚、本画像処理システムのメモリ残量は、図1のRAM106の使用可能な残りのワークメモリ量を意味する。使用メモリ量がメモリ残量よりも大きい場合は、ステップS507へ進む。
ステップS507において、通知部308は、メモリ量の不足、及び撮影の中断を促す警告メッセージを図1の表示部102へ送信する。表示部の例を図14に示す。尚、図14の右部は撮影可能な範囲を示している。
図14において、「はい」が選択された場合、即ち、「撮影を中断する」が選択された場合、ステップS508において、動画撮影が中断される。
図14において、「いいえ」が選択された場合、即ち、「撮影を中断しない」が選択された場合、ステップS514へ進み、撮影可能な範囲内で続行する。
ステップS506において、使用メモリ量がメモリ残量よりも小さい場合は、ステップS514へ進む。
ステップS514は、繰り返し処理を意味しており、ステップS509〜S513の処理を全フレームについて行う。
ステップS509において、フレーム切り出し部301は、動画像データ300からフレーム静止画像を一枚ずつ切り出す。
ステップS510において、特徴点抽出部302は、フレーム静止画像から特徴点を抽出する。本実施例では、特徴点の抽出を行う際に、Harrisオペレータと呼ばれる、その点周りにおいて2つの直行する方向で輝度勾配が大きくなっている点を抽出する手法を用いた。例として、図6のような画像についてHarrisオペレータを用いると、図に示されるような特徴点が抽出される。この時、抽出する点の総数Nは自由に設定でき、本実施例ではN=200とする。なお他にも、SIFT等、特徴点の抽出が行えるものであれば何を用いてもよいものとする。
ステップS511において、特徴点追跡部303は、1つ前のフレームで特徴点抽出部402によって抽出された特徴点を、1つ前のフレーム、現在のフレーム静止画像間で追跡する。本実施例では、LK法と呼ばれる特徴点追跡アルゴリズムを用いたが、ブロックマッチング法等特徴点の追跡が行えるものであれば、何を用いても良いとする。他にも、両方のフレームそれぞれで特徴点を抽出し、点周りの輝度分布等より対応する点をマッチングすることを特徴点追跡の代用としても良い。
ステップS512において、投影パラメータ推定部304は、ステップS511における特徴点の追跡結果をもとに、現在のフレーム静止画像を重ね合わせ平面上に投影する際に用いる投影パラメータを計算する。図7のように、1つ前のフレームで抽出した特徴点の、現フレームにおける追跡先の座標と重ね合わせ平面上における座標から投影パラメータを計算する。本実施例では、投影の種類として図8の式で表現されるアフィン変換を仮定した。この場合、3つの特徴点の現フレーム、重ね合わせ平面上の座標をもとにパラメータの計算を行う。なお、この時選択する3つの特徴点を何パターンか変えて、投票アルゴリズム等を用いて、すべての特徴点の動きを最もよく表現できるパラメータを探し出しても良いとする。また、投影の種類として透視変換等他のモデルを採用しても良いものとする。
ステップS513において、画像重ね合わせ部305は、現在のフレーム静止画像を、ステップS512で推定した投影パラメータを用いて、重ね合わせ平面上に投影し、平面上にすでに存在する画像と重ね合わせる。その結果、図9のように重ね合わせ平面上の画像を更新することができる。
全てのフレームを処理していれば、処理を終了する。未処理のフレームがあればステップS509から繰り返す。
以上で、図5の説明を終了する。
次に、図5中のステップS513の処理の詳細について、図10のフローチャートを用いて説明する。
図10のステップS1006は、繰り返し処理を意味しており、ステップS1001〜S1005の処理をフレーム静止画像内の画素ごとに全画素分行うものとし、ここでは、ある注目画素についての処理について説明する。
ステップS1001において、距離計算部401は、注目画素から基準画素までの距離を計算する。ここでの距離とは、図11に示すように、画像内で何画素分離れているかを表す値であり、単位はピクセルである。なお、本実施例では基準画素を画像の中心としているが、任意の画素を選んで良いものとする。
ステップS1002において、投影部402は、ステップS512で推定した投影パラメータを用いて、注目画素を重ね合わせ平面上に投影する。
ステップS1003において、画素値更新判定部403は、図12に示すような投影後の注目画素と対応する重ね合わせ平面上の画素について、注目画素の値で画素値を更新するか否かを判定する。判定は、ステップS1001で計算された注目画素から基準画素までの距離に注目し、その値と後述するステップS1005で距離記憶部405に記憶されている値とを比較することで行う。注目画素における距離の値の方が小さいと判定された場合はステップS1004へ、大きいと判定された場合はステップS1005の終了時点へ進む。図12の例においては、画素値記憶部405に記憶されているのは、図内の過去フレームAにおける距離であり、注目画素における距離の値の方が小さいため、ステップステップS1004へ進む。
ステップS1004において、画素値設定部404は、投影後の注目画素と対応する重ね合わせ平面上の画素について、注目画素の値で画素値の更新を行う。
ステップS1005において、距離記憶部405は、ステップS1001で計算された注目画素から基準画素までの距離の値を記憶する。
全画素処理をしていれば処理を終了する。未処理の画素があればステップS1001から繰り返す。
こうすることで、フレーム静止画像内の明るさムラの影響、および構成後の静止画像の画質の低下を抑えることが可能になる。
以上で、図10の説明を終了する。
以上、説明したように予めモザイキングに必要なメモリ量を推定し、メモリ量が不足している場合は、メモリ量の不足を示すメッセージ、及び撮影可能な範囲を撮影者に通知する。これにより、撮影者は、メモリ残量による撮影対象の撮影可否、及び撮影可能な範囲を動画撮影開始時に把握することができる。例えば、撮影対象全体を含む一枚の静止画像が生成できない場合は即座に中断することが可能となる。従って、再度初めから動画撮影を行う必要がなくなる。
[実施例2]
実施例1では、撮影対象全体を含む静止画像データとして図13(A)に示すように不要な領域がない場合の説明を行った。
しかしながら、図15(A)に示すように本来必要な撮影対象以外の領域も取得されてしまう場合がある。このような場合、図5のステップS505の使用メモリ量の推定において、撮影対象全体を含む静止画像データと、フレーム静止画像の比較を行う際に速度低下が生じる。本実施例2では本来必要な撮影対象の領域を予め切り出すことで、使用メモリ量推定の速度低下を抑える方法について説明する。
図16は本実施例2におけるフローチャートである。図5(A)のフローチャートとの差分はステップS1601である。なお、実施例1との重複部分に関しては説明を省略する。
ステップS1601では、ステップS501で取得した静止画像データから撮影者にとって必要な撮影対象の領域の切り出しを行う。
切り出し方法については、例えば撮影対象となる領域の枠を自動検出することで枠内の領域を撮影対象とする方法がある。但し、これに限るものではなく、撮影者が不図示の操作部から任意の領域を指定してもよい。図15(A)の静止画像データから本来必要な撮影対象の領域を切り出した結果を図15(B)に示す。
以上説明したように、本来必要な撮影対象の領域を予め切り出すことで、使用メモリ量推定の速度低下を抑えることが可能となる。
100 画像撮影装置
101 静止画・動画入力部
102 表示部
103 操作部
104 CPU
105 補助記憶装置
108 モザイキング処理部

Claims (5)

  1. 撮影された動画像からフレームごとに切り出した複数のフレーム静止画像を1枚の静止画像として構成する画像処理装置であって、
    撮影対象全体を含む静止画像データを入力する静止画入力手段(101)と、
    前記静止画データ、及びサイズの画像情報を格納する補助記憶装置(105)と、
    前記静止画像データとフレーム静止画像を用いて、撮影終了までに使用するメモリ量を推定する使用メモリ量推定手段(306)と、
    前記画像処理装置のメモリ残量と前記推定メモリ量を比較し、メモリ量が不足しているか否かを判定するメモリ量判定手段(307)と、
    前記メモリ量の判定の結果、メモリ量が不足している場合は、メモリ量の不足を示すメッセージ、及び撮影可能な範囲を表示部に通知する通知手段(308)と、
    を有することを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記使用メモリ量推定部306は、動画撮影終了までの動画像のデータ量、及び撮影対象全体を含む一枚の静止画像を構成するために必要なフレーム静止画像の総枚数を推定し、これらのデータ量の合計がモザイキング処理に必要となるメモリ量と推定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 画像処理装置のメモリ残量は、RAMに代表される記憶装置において使用可能な残りのワークメモリ量であることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。。
  4. 撮影された動画像からフレームごとに切り出した複数のフレーム静止画像を1枚の静止画像として構成する画像処理装置であって、
    撮影対象全体を含む静止画像データを入力する静止画入力手段(101)と、
    前記静止画像データから必要な撮影対象の領域の切り出しを行う切り出し手段と、
    前記切り出し後の静止画データ、及びサイズの画像情報を格納する補助記憶装置(105)と、
    前記静止画像データとフレーム静止画像を用いて、撮影終了までに使用するメモリ量を推定する使用メモリ量推定手段(306)と、
    前記画像処理装置のメモリ残量と前記推定メモリ量を比較し、メモリ量が不足しているか否かを判定するメモリ量判定手段(307)と、
    前記メモリ量の判定の結果、メモリ量が不足している場合は、メモリ量の不足を示すメッセージ、及び撮影可能な範囲を表示部に通知する通知手段(308)と、
    を有する画像処理装置。
  5. 前記切り出し手段は、撮影対象となる領域の枠を自動検出することで枠内の領域を撮影対象とすることを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。
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