JP2015106193A - 動揺知覚量推定装置、不快度推定装置及び動揺知覚量推定プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図3に示すように、動揺知覚量推定部800は、機能部として、解像度別領域輝度算出部810と、解像度別動揺知覚量推定部820A〜820Eと、左右移動量最大値検出部830と、上下移動量最大値検出部840と、を備える。
解像度別領域輝度算出部810は、映像信号を取得し、取得された映像信号に基づいて、複数段階の解像度において1画素となる領域の輝度である解像度別領域輝度を算出する。本実施形態では、解像度別領域輝度算出部810は、第一解像度領域輝度算出部811と、第二解像度領域輝度算出部812と、第三解像度領域輝度算出部813と、第四解像度領域輝度算出部814と、第五解像度領域輝度算出部815と、を並列に備える。
解像度別動揺知覚量推定部820A〜820Eは、それぞれ、各解像度領域輝度算出部811〜815で得られた各解像度の1画素となる領域ごとの解像度別領域輝度(平均輝度)を用いて、動揺映像不快度を推定する際に動きベクトルを検出するのに適している領域の幅である30′の幅となる所定領域ごとに、見かけ上動揺として知覚される左右方向(水平方向)の移動量及び上下方向(鉛直方向)の移動量を推定し、所定領域内平均左右移動量及び所定領域内平均上下移動量として左右移動量最大値検出部830及び上下移動量最大値検出部840へそれぞれ出力する。この機能を実現するために、解像度別動揺知覚量推定部820(820A〜820E)は、左右領域平均輝度算出部821と、上下領域平均輝度算出部822と、左右移動量算出部823と、上下移動量算出部824と、所定領域内左右移動量平均部825と、所定領域内上下移動量平均部826と、を備える。かかる構成は、解像度別動揺知覚量推定部820A〜820Eにおいて同様であるため、以下では、第一解像度における各機能部を代表として説明する。
左右領域平均輝度算出部821は、第一解像度領域輝度算出部811で得られた当該解像度の1画素となる領域ごとの平均輝度すなわち第一解像度領域輝度を用いて、当該画素Cと隣接する1画素左の画素L1及びさらに1画素左の画素L2の2画素の平均輝度と、当該画素Cと隣接する1画素右の画素R1及びさらに1画素右の画素R2の2画素の平均輝度と、を算出し、左側領域平均輝度及び右側領域平均輝度として左右移動量算出部823へ出力する(図4参照)。ここで、境界の左右の領域とも2画素幅で輝度の平均を算出したのは、画素数が少ないほど局所的性質を高く表すことができるが、当該解像度で表される最も細い縞の平均輝度を求めるには最低2画素が必要であるためである。
上下領域平均輝度算出部822は、第一解像度領域輝度算出部811で得られた当該解像度の1画素となる領域ごとの平均輝度すなわち第一解像度領域輝度を用いて、当該画素Cと隣接する1画素上の画素U1及びさらに1画素上の画素U2の2画素の平均輝度と、当該画素と隣接する1画素下の画素D1及びさらに1画素下の画素D2の2画素の平均輝度と、を算出し、上側領域平均輝度及び下側領域平均輝度として上下移動量算出部824へ出力する(図4参照)。ここで、2画素幅で輝度の平均を算出したのは、左右領域平均輝度算出部821と同様の理由である。
左右移動量算出部823は、第一解像度領域輝度算出部811で得られた当該解像度の1画素となる領域ごとの平均輝度と、左右領域平均輝度算出部821で得られた当該画素の左側領域平均輝度及び右側領域平均輝度と、を用いて、図5に示す対応関係から換算移動量を算出し、さらに左右領域間の平均輝度差から図6の対応関係によって導かれる補正係数を前記換算移動量に乗じ、算出結果を当該画素の見かけ上の左右移動量として所定領域内左右移動量平均部825へ出力する。図5及び図6の各対応関係は、評価実験の解析結果に基づいて得られたものである。なお、本実施形態では、見かけ上の左右移動量は、右への移動であれば正の値をとり、左への移動であれば負の値をとる。
上下移動量算出部824は、第一解像度領域輝度算出部811で得られた当該解像度の1画素となる領域ごとの平均輝度と、上下領域平均輝度算出部822で得られた当該画素の上側領域平均輝度及び下側領域平均輝度とを用いて、図5に示す対応関係から換算移動量を算出し、さらに上下領域間の平均輝度差から図6の対応関係によって導かれる補正係数を前記換算移動量に乗じ、算出結果を当該画素の見かけ上の上下移動量として所定領域内上下移動量平均部826へ出力する。なお、本実施形態では、見かけ上の上下移動量は、上への移動であれば正の値をとり、下への移動であれば負の値をとる。
所定領域内左右移動量平均部825は、左右移動量算出部823で得られた当該画素の見かけ上の左右移動量を、動揺映像不快度を推定する際に動きベクトルを検出するのに適している所定領域(30′×30′)の範囲で平均し、所定領域内平均左右移動量として出力する。ただし、当該解像度が30′である場合は、画素自体が前記所定領域と等しくなるので、平均を取らずにそのまま出力することができる。また、当該解像度が60′である場合は、画素自体が前記所定領域を4(=2×2)箇所含んでいるので、平均を取らずにそのまま該当する4箇所の領域に出力することができる。ここで、平均を算出する計算手法であるが、動揺映像不快度を誘発する動揺エネルギーは、振幅ではなく振幅の2乗の総和となっていることが判明しているので、前記移動量の線形和ではなく、移動量の2乗値に元の正負符号をつけて加算平均し、その平均値の絶対値の平方根に前記平均値の正負符号をつけたものとすることが望ましい。
所定領域内上下移動量平均部826は、上下移動量算出部824で得られた当該画素の見かけ上の上下移動量を、所定領域内左右移動量平均部825と同様に、30′×30′の所定領域の範囲で平均し、所定領域内平均上下移動量として出力する。当該解像度が30′及び60′である場合の扱いは、所定領域内上下移動量平均部825と同様である。また、平均を算出する計算手法についても、所定領域内左右移動量平均部825と同様である。
左右移動量最大値検出部830は、各解像度別動揺知覚量推定部820A〜820Eの所定領域内左右移動量平均部825から出力された各解像度における所定領域内平均左右移動量の中から、単位時間内(例えば1秒間)の移動量から直流分を除いた交流エネルギーが最大となるものを選択し、選択された所定領域内平均左右移動量を、左右動揺推定知覚量として各領域の第一のフィルタ部320へ出力する。本実施形態に係る不快度推定装置300は、左右動揺推定知覚量を、対応する領域における左右方向の動きベクトルとして用いることによって、動揺映像不快度を推定することができる。
E=Σ(xn 2)−(Σxn)2/30
によって算出される。
上下移動量最大値検出部840は、各解像度別動揺知覚量推定部820A〜820Eの所定領域内上下移動量平均部826から出力された各解像度における所定領域内平均上下移動量の中から、単位時間内(例えば1秒間)の移動量から直流分を除いた交流エネルギーが最大となるものを選択し、選択された所定領域内平均上下移動量を、上下動揺推定知覚量として各領域の第一のフィルタ部320へ出力する。本実施形態に係る不快度推定装置300は、上下動揺推定知覚量を、対応する領域における上下方向の動きベクトルとして用いることによって、動揺映像不快度を推定することができる。
図2に示すように、第一のフィルタ部320は、動揺知覚量推定部800によって推定された左右動揺推定知覚量及び上下動揺推定知覚量を動きベクトルとして取得し、取得された動きベクトルに上下方向及び左右方向で異なる周波数感度補正を施すことによって補正済み動きベクトルを得るものであって、第一のデジタルフィルタ321と、第二のデジタルフィルタ322と、を並列に備える。
動き領域判定部330は、第一のフィルタ部320から出力された補正済み上下方向動きベクトル及び補正済み左右方向動きベクトルを取得し、補正済み動きベクトルの大きさが予め定められた閾値以上である場合に該当する領域において動きありと判定する。
動きありと判定した場合には、動き領域判定部330は、判定結果を動き領域重心算出部40、平均補正済み動きベクトル算出部350、差ベクトル算出部360及び総動揺エネルギー算出部400へ出力する。
動き領域重心算出部340は、動き領域判定部330から出力された判定結果を取得し、取得された判定結果に基づいて、動きありと判定された全ての領域の中心座標の重心である動き領域重心を算出し、周径方向動きベクトル算出部370及び周方向同相動きベクトル算出部380へ出力する。
平均補正済み動きベクトル算出部350は、動き領域判定部330から出力された判定結果と、第一のデジタルフィルタ321から出力された補正済み上下方向動きベクトルと、第二のデジタルフィルタ322から出力された左右方向動きベクトルと、を取得する。かかる平均補正済み動きベクトル算出部350は、動き領域判定部330から出力された判定結果に基づいて、動きありと判定された全ての領域について、第一のデジタルフィルタ321から出力された補正済み上下方向動きベクトルの平均である平均補正済み上下方向動きベクトルと、第二のデジタルフィルタ322から出力された補正済み左右方向動きベクトルの平均である平均補正済み左右方向動きベクトルと、を算出し、算出結果を差ベクトル算出部360及び総動揺エネルギー算出部400へ出力する。
差ベクトル算出部360は、動き領域判定部330から出力された判定結果と、第一のデジタルフィルタ321から出力された補正済み上下方向動きベクトルと、第二のデジタルフィルタ322から出力された補正済み左右方向動きベクトルと、平均補正済み動きベクトル算出部350から出力された平均補正済み上下方向動きベクトル及び平均補正済み左右方向動きベクトルと、を取得する。かかる差ベクトル算出部360は、動き領域判定部330から出力された判定結果に基づいて、動きありと判定された全ての領域の前記補正済み上下方向動きベクトルと前記平均補正済み上下方向動きベクトルとの上下方向差ベクトルと、当該領域の前記補正済み左右方向動きベクトルと前記平均補正済み左右方向動きベクトルとの左右方向差ベクトルと、を算出し、周径方向動きベクトル算出部370へ出力する。
周径方向動きベクトル算出部370は、動き領域重心算出部340から出力された動き領域重心と、差ベクトル算出部360から出力された上下方向差ベクトル及び左右方向差ベクトルとを取得する。かかる周径方向動きベクトル算出部370は、差ベクトルの成分として、上下方向差ベクトル及び左右方向差ベクトルを動き領域重心を中心とした円の周方向及び径方向に分解することによって、動き領域重心を中心とした円の周方向のベクトルである周方向動きベクトル及び径方向のベクトルである径方向動きベクトルを算出し、周方向動きベクトルを周方向同相動きベクトル算出部380に出力するとともに径方向動きベクトルを総動揺エネルギー算出部400へ出力する。すなわち、径方向は、動き領域重心を中心とする円の径方向、すなわち、動き領域重心と各動き領域の中心(動きベクトルの始点)とを通る直線が延びる方向であり、周方向は、動き領域重心を中心とする円の周方向、すなわち、動き領域重心を中心として動き領域重心から各動き領域の中心までの距離を半径とする円の周方向であって前記径方向と直交する方向である。
周方向同相動きベクトル算出部380は、動き領域重心算出部340から出力された動き領域重心と、周径方向動きベクトル算出部370から出力された周方向動きベクトルを取得する。かかる周方向同相動きベクトル算出部380は、動き領域重心を中心とした回転角が等しくかつ、後記の周方向差分動きベクトルの二乗の総和(当該成分の動揺エネルギーに相当)が最小になるような周方向同相動きベクトルと、元の周方向動きベクトルと周方向同相動きベクトルとの差分である周方向差分動きベクトルと、を算出し、周方向同相動きベクトルを第二のフィルタ部390に出力するとともに周方向差分動きベクトルを総動揺エネルギー算出部400へ出力する。
第二のフィルタ部390は、周径方向同相動きベクトル算出部380から出力された周方向同相動きベクトルを取得し、周方向同相動きベクトルに周波数感度補正を施すことによって補正済み周方向同相動きベクトルを得るものであって、第三のデジタルフィルタ391を備える。
総動揺エネルギー算出部400は、動き領域判定部330から出力された判定結果と、平均補正済み動きベクトル算出部350から出力された平均補正済み上下方向動きベクトル及び平均補正済み左右方向動きベクトルと、周径方向動きベクトル算出部370から出力された径方向動きベクトルと、周方向同相動きベクトル算出部380から出力された周方向差分動きベクトルと、第二のフィルタ部390から出力された補正済み周方向同相動きベクトルと、を取得する。かかる総動揺エネルギー算出部400は、動き領域判定部330から出力された判定結果に基づいて、動きありと判定された全ての領域の平均補正済み上下方向動きベクトルの二乗(上下方向の動揺エネルギーに相当)と、平均補正済み左右方向動きベクトルの二乗(左右方向の動揺エネルギーに相当)と、径方向動きベクトルの二乗(径方向の動揺エネルギーに相当)と、周方向差分動きベクトルの二乗(同相との差分の周方向の動揺エネルギーに相当)と、補正済み周方向動きベクトルの二乗(同相の周方向の動揺エネルギーに相当)との和を算出することによって、画面動揺の全体の動揺エネルギーに相当する総動揺エネルギーを算出し、総動揺エネルギー補正部410へ出力する。
総動揺エネルギー補正部410は、総動揺エネルギーを補正するものであって、総動揺エネルギー補正部410の出力(今回の補正後の総動揺エネルギー)に比例した量を、次回の総動揺エネルギーに加算することによって、次回の総動揺エネルギーを補正する。このようにして得られた補正後の総動揺エネルギーは、動揺映像不快度として用いることも可能である。かかる総動揺エネルギー補正部410は、総動揺エネルギーの補正を繰り返すものであって、以下、便宜上、今回の総動揺エネルギーを前回の補正後の総動揺エネルギーを用いて補正する場合について説明する。総動揺エネルギー補正部410は、前回の(例えば、1秒前の)補正後の総動揺エネルギーd(以下、前回の補正後の総動揺エネルギーdmとする)が大きいほど今回の補正後の総動揺エネルギーd(以下、今回の補正後の総動揺エネルギーdm+1とする)が大きくなるように、総動揺エネルギー算出部400から取得した今回の総動揺エネルギーc(以下、今回の総動揺エネルギーcm+1とする)を補正することによって、今回の補正後の総動揺エネルギーdm+1を算出する。本実施形態において、総動揺エネルギー補正部410は、加算部411と、記憶部412と、乗算部413と、を備える。
対数変換部420は、総動揺エネルギー補正部410から出力された補正後の総動揺エネルギーdを取得し、取得した補正後の総動揺エネルギーを対数変換することによって不快度を算出し、指数変換部500へ出力する。算出された不快度、すなわち対数変換された動揺映像不快度は、実際に知覚された動揺映像不快度の量との対応が線形に近い。
3並びに図7ないし図11を参照して説明する。図9(a)は、動き領域判定部、動き領域重心算出部及び平均補正済み動きベクトル算出部の動作例を説明するための図、図9(b)は、差ベクトル算出部の動作例を説明するための図、図10は、周径方向動きベクトル算出部の動作例を説明するための図、図11(a)(b)は、周方向同相動きベクトル算出部の動作例を説明するための図である。
θ=Σ(rn・wn)/Σrn 2
(図9〜図11の場合、n=1〜9であり、n=3,5〜9のとき、wn=0)
のように求められる。
また、不快度推定装置300は、多重解像度を2倍刻みとしたのは、人間の視覚系と同様の2倍刻みの多重解像度構造で動揺知覚量を推定するので、視聴者が感じる動揺知覚量を好適に推定することができる。
また、不快度推定装置300は、上下左右にそれぞれ隣接する2個ずつの画素を用いて見かけ上の移動量を算出するので、データ処理量を抑えつつ動揺知覚量を好適に推定することができる。
800 動揺知覚量推定部(動揺知覚量推定装置)
810 解像度別領域輝度算出部
820A〜820E 解像度別動揺知覚量推定部
830 左右移動量最大値検出部
840 上下移動量最大値検出部
Claims (5)
- 映像に含まれる被写体の境界近傍において生じた輝度変化を、視聴者が動揺として感じる動揺知覚量を前記映像の輝度に基づいて推定する動揺知覚量推定装置であって、
前記映像の輝度に基づいて、複数段階の解像度において1画素となる領域の輝度である解像度別領域輝度を算出する解像度別領域輝度算出部と、
前記解像度別領域輝度に基づいて、前記複数段階の解像度のそれぞれに関して、所定領域ごとに見かけ上の動揺として知覚される移動量である解像度別動揺知覚量を推定する解像度別動揺知覚量推定部と、
前記所定領域ごとに全ての前記解像度の中から単位時間中に左右方向の動揺エネルギーが最大となる解像度別動揺知覚量を左右移動量最大値として選択する左右移動量最大値検出部と、
前記所定領域ごとに全ての前記解像度の中から単位時間中に上下方向の動揺エネルギーが最大となる解像度別動揺知覚量を上下移動量最大値として選択する上下移動量最大値検出部と、
を備えることを特徴とする動揺知覚量推定装置。 - 前記解像度別領域輝度算出部は、2倍刻みで4段階又は5段階の解像度についてそれぞれ1画素となる領域ごとの平均輝度を前記解像度別領域輝度として算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の動揺知覚量推定装置。 - 前記解像度別動揺知覚量推定部は、
前記の各解像度における各画素について、当該画素と隣接する左側の領域の平均輝度及び右側の領域の平均輝度を算出する左右領域平均輝度算出部と、
前記の各解像度における各画素について、当該画素と隣接する上側の領域の平均輝度及び下側の領域の平均輝度を算出する上下領域平均輝度算出部と、
前記の各解像度における各画素の輝度値と前記当該画素と隣接する左側の領域の平均輝度及び右側の領域の平均輝度とを用いて、当該画素の見かけ上の左右移動量を算出する左右移動量算出部と、
前記の各解像度における各画素の輝度値と前記当該画素と隣接する上側の領域の平均輝度及び下側の領域の平均輝度とを用いて、当該画素の見かけ上の上下移動量を算出する上下移動量算出部と、
前記当該画素の見かけ上の左右移動量を、所定領域の範囲で平均した値を所定領域内平均左右移動量として出力する所定領域内左右移動量平均部と、
前記当該画素の見かけ上の上下移動量を、前記所定領域の範囲で平均した値を所定領域内平均上下移動量として出力する所定領域内上下移動量平均部と、
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載する動揺知覚量推定装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の動揺知覚量推定装置と、
前記左右移動量最大値及び前記上下移動量最大値である動きベクトルに周波数感度補正を施すことによって補正済み動きベクトルを得る第一のフィルタ部と、
前記補正済み動きベクトルの大きさが閾値以上である場合に該当する前記領域において動きありと判定する動き領域判定部と、
動きありと判定された全ての前記領域の中心座標の重心である動き領域重心を算出する動き領域重心算出部と、
動きありと判定された全ての前記領域の前記補正済み動きベクトルの平均である平均補正済み動きベクトルを算出する平均補正済み動きベクトル算出部と、
動きありと判定された前記領域ごとに、当該領域の前記補正済み動きベクトルと前記平均補正済み動きベクトルとの差ベクトルを算出する差ベクトル算出部と、
動きありと判定された前記領域ごとに、前記差ベクトルの成分として、前記動き領域重心を中心とした周方向動きベクトル及び径方向動きベクトルを算出する周径方向動きベクトル算出部と、
動きありと判定された前記領域ごとに、前記周方向動きベクトルから、前記動き領域重心を中心とした周方向同相動きベクトル及び周方向差分動きベクトルを算出する周方向同相動きベクトル算出部と、
動きありと判定された前記領域ごとに、前記周方向同相動きベクトルに周波数感度補正を施すことによって補正済み周方向同相動きベクトルを得る第二のフィルタ部と、
動きありと判定された全ての前記領域の前記平均補正済み動きベクトルの二乗、前記径方向動きベクトルの二乗、前記周方向差分動きベクトルの二乗、及び、前記補正済み周方向同相動きベクトルの二乗の和を算出することによって、前記動揺映像不快度として総動揺エネルギーを算出する総動揺エネルギー算出部と、
を備え、
前記周方向同相動きベクトルは、前記動き領域重心を中心とした回転角が等しく、かつ、前期周方向差分動きベクトルの二乗の総和が最小になるベクトルであり、
前記周方向差分動きベクトルは、前記周方向動きベクトルと前記周方向同相動きベクトルとの差分である
ことを特徴とする不快度推定装置。 - 映像に含まれる被写体の境界近傍において生じた輝度変化を、視聴者が動揺として感じる動揺知覚量を前記映像の輝度に基づいて推定するためのコンピュータを、
前記映像の輝度に基づいて、複数段階の解像度において1画素となる領域の輝度である解像度別領域輝度を算出する解像度別領域輝度算出部、
前記解像度別領域輝度に基づいて、前記複数段階の解像度のそれぞれに関して、所定領域ごとに見かけ上の動揺として知覚される移動量である解像度別動揺知覚量を推定する解像度別動揺知覚量推定部、
前記所定領域ごとに全ての前記解像度の中から単位時間中に左右方向の動揺エネルギーが最大となる解像度別動揺知覚量を左右移動量最大値として選択する左右移動量最大値検出部、及び、
前記所定領域ごとに全ての前記解像度の中から単位時間中に上下方向の動揺エネルギーが最大となる解像度別動揺知覚量を上下移動量最大値として選択する上下移動量最大値検出部、
として機能させることを特徴とする動揺知覚量推定プログラム。
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