JP2015114949A - Image processor, image processing method, program for image processor, and recording medium - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image processor or the like capable of simply correcting distortion of an image picked up obliquely.SOLUTION: An original image obtained by obliquely photographing an object in a plane part of a subject is acquired (S1), information of a restoration image of the front of the object is acquired (S2), each feature point corresponding to each vertex forming a first square in the front restoration image is extracted from the original image (S3), conversion mapping for converting the original image into the front restoration image is generated from an area compound ratio in a plurality of first triangles formed by each vertex of the first square and a first point on a plane including the first square and a plurality of second triangles formed by each extracted feature point and a second point corresponding to the first point on a plane including the second square with each feature point as a vertex (S4), and pixel information of the original image corresponding to each pixel of the front restoration image is calculated on the basis of the conversion mapping (S6, S7).

Description

本発明は、画像の歪みを補正する画像処理装置、画像処理方法、画像処理装置用プログラム、および、記録媒体に関する。   The present invention relates to an image processing apparatus, an image processing method, a program for an image processing apparatus, and a recording medium that correct image distortion.

被写体を斜め方向から撮影して歪んだ画像をもとのかたちに復元するために、射影幾何学の射影変換によって実現できる。例えば、特許文献1には、射影幾何学の複比の原理を利用した建造物画像合成装置が開示されている。   It can be realized by projective transformation of projective geometry to restore the distorted image to its original shape by photographing the subject from an oblique direction. For example, Patent Document 1 discloses a building image composition apparatus that uses the principle of the cross ratio of projective geometry.

特許3235929号公報Japanese Patent No. 3235929

しかしながら、特許文献1の技術では、距離の複比を利用しているため、画像に対して、距離複比の原理を適用するときに、距離複比の原理が成り立つように直線を選び出す必要があり、前処理が複雑になっていた。   However, since the technique of Patent Document 1 uses the distance ratio, when applying the distance ratio ratio principle to an image, it is necessary to select a straight line so that the distance ratio ratio principle holds. Yes, pre-processing was complicated.

そこで、本発明は上記の問題点等に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、斜めから撮像された画像に対して簡便に歪みを補正できる画像処理装置等を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an example of the problem is to provide an image processing apparatus and the like that can easily correct distortion with respect to an image captured obliquely. And

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、被写体の平面部における対象を斜め方向から撮影した原画像を取得する原画像取得手段と、前記対象の正面復元画像の情報を取得する正面復元画像情報取得手段と、前記原画像から、前記正面復元画像において第1四角形を形成する各頂点に対応する各特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、前記第1四角形の各頂点と当該第1四角形を含む平面上の第1点とから形成される複数の第1三角形と、前記抽出した各特徴点と当該各特徴点を頂点とする第2四角形を含む平面上にあって前記第1点に対応する第2点から形成される複数の第2三角形と、における面積複比から、前記原画像から前記正面復元画像に変換する変換写像を生成する変換写像生成手段と、前記変換写像に基づき、前記正面復元画像の各画素に対応する前記原画像の画素情報を算出する画素情報算出手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is characterized in that original image acquisition means for acquiring an original image obtained by photographing an object on a plane portion of an object from an oblique direction, and information on a front-reconstructed image of the object. Front-reconstructed image information obtaining means for obtaining, feature-point extracting means for extracting each feature point corresponding to each vertex forming the first rectangle in the front-reconstructed image from the original image, and each vertex of the first rectangle And a plurality of first triangles formed from the first points on the plane including the first rectangle, the extracted feature points, and a plane including the second rectangle having each feature point as a vertex. Conversion map generating means for generating a conversion map for converting the original image into the front-reconstructed image based on the area ratio in the plurality of second triangles formed from the second points corresponding to the first points; Based on the transformation map, And pixel information calculation means for calculating the pixel information of the original image corresponding to each pixel of the front restored image, characterized by comprising a.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の画像処理装置において、前記変換写像は、当該第1四角形の辺と前記第1点とから形成される複数の前記第1三角形、および、前記第2四角形の辺と前記第2点とから形成される複数の前記第2三角形であって、当該形成された各第1三角形および当該各第2三角形の所定の組み合わせの結果における写像であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to the first aspect, the conversion map includes a plurality of the first triangles formed from the sides of the first quadrangle and the first points. And a plurality of the second triangles formed from the sides of the second quadrangle and the second points, the mapping as a result of a predetermined combination of the formed first triangles and the second triangles It is characterized by being.

また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の画像処理装置において、前記所定の組み合わせにおいて、前記第1四角形が平行四辺形であり、前記第1三角形が当該平行四辺形の平行する2辺を各第1底辺とする三角形であり、前記第2三角形が前記第2四角形の対向する2辺であり当該第1底辺に対応する各第2底辺とする三角形であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to the second aspect, in the predetermined combination, the first quadrangle is a parallelogram, and the first triangle is a parallel of the parallelogram. And the second triangle is a two-sided triangle corresponding to the first base, and the second triangle is a triangle having the second base corresponding to the first base. To do.

また、請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の画像処理装置において、前記第1点が、前記正面復元画像おいて描画のための画素情報を求める描画点と、前記第1四角形の各頂点から規定される第1規定点とを含み、前記第2点が、前記原画像において前記描画点に対応する描画対応点と、前記第1規定点に対応し、前記第2四角形の各頂点から規定される第2規定点とを含むことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the image processing device according to any one of the first to third aspects, the first point includes pixel information for drawing in the front restoration image. A drawing point to be obtained and a first prescribed point defined from each vertex of the first quadrangle, wherein the second point is a drawing corresponding point corresponding to the drawing point in the original image, and the first prescribed point. And a second specified point defined from each vertex of the second quadrangle.

また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の画像処理装置において、前記第1規定点が、前記第1四角形の対角線の交点であり、前記第2規定点が、前記第2四角形の対角線の交点であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to the fourth aspect, the first predetermined point is an intersection of diagonal lines of the first quadrangle, and the second predetermined point is the second It is an intersection of square diagonal lines.

また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の画像処理装置において、前記描画対応点の座標を座標(u、v)と表記し、前記第2四角形の各頂点の座標を、前記第2四角形において所定の周り方向に番号付けした座標(u、v)(u、v)(u、v)、(u、v)と表記し、当該各座標(u、v)(u、v)(u、v)、(u、v)に対応する前記第1四角形の各頂点により形成される前記第1三角形の各面積を[ijk](i=1、2、3、j=1、2、3、k=1、2、3)と表記した場合、前記変換写像は、

Figure 2015114949
であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the image processing apparatus according to the fifth aspect, the coordinates of the drawing corresponding points are expressed as coordinates (u 5 , v 5 ), and the coordinates of the vertices of the second quadrangle. Is expressed as coordinates (u 1 , v 1 ) (u 2 , v 2 ) (u 3 , v 3 ), (u 4 , v 4 ) numbered in a predetermined circumferential direction in the second quadrangle, Of the first triangle formed by the vertices of the first square corresponding to the coordinates (u 1 , v 1 ) (u 2 , v 2 ) (u 3 , v 3 ), (u 4 , v 4 ) When each area is expressed as [ijk] (i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3, k = 1, 2, 3), the conversion map is
Figure 2015114949
It is characterized by being.

また、請求項7に記載の発明は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の画像処理装置において、前記正面復元画像から少なくとも4つの復元画像特徴点を抽出する復元画像特徴点抽出手段と、前記復元画像特徴点から、平行四辺形である前記第1四角形を生成する平行四辺形生成手段と、を更に備えたことを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the image processing device according to any one of the first to sixth aspects, a restored image feature point that extracts at least four restored image feature points from the front restored image. The image processing apparatus further includes: extraction means; and parallelogram generation means for generating the first quadrangle that is a parallelogram from the restored image feature points.

また、請求項8に記載の発明は、画像処理装置が画像を処理する画像処理方法であって、被写体の平面部における対象を斜め方向から撮影した原画像を取得する原画像取得ステップと、前記対象の正面復元画像の情報を取得する正面復元画像情報取得ステップと、前記原画像から、前記正面復元画像において第1四角形を形成する各頂点に対応する各特徴点を抽出する特徴点抽出ステップと、前記第1四角形の各頂点と当該第1四角形を含む平面上の第1点とから形成される複数の第1三角形と、前記抽出した各特徴点と当該各特徴点を頂点とする第2四角形を含む平面上にあって前記第1点に対応する第2点から形成される複数の第2三角形と、における面積複比から、前記原画像から前記正面復元画像に変換する変換写像を生成する変換写像生成ステップと、前記変換写像に基づき、前記正面復元画像の各画素に対応する前記原画像の画素情報を算出する画素情報算出ステップと、を含むことを特徴とする。   The invention according to claim 8 is an image processing method in which an image processing apparatus processes an image, and an original image acquisition step of acquiring an original image obtained by photographing an object in a plane portion of a subject from an oblique direction; A front restoration image information acquisition step for obtaining information of a target front restoration image, and a feature point extraction step for extracting each feature point corresponding to each vertex forming a first square in the front restoration image from the original image; , A plurality of first triangles formed from the vertices of the first quadrangle and the first point on the plane including the first quadrangle, the extracted feature points, and a second having the feature points as vertices A conversion map for converting the original image into the front-reconstructed image is generated from the area ratio of a plurality of second triangles formed on the plane including the quadrangle and corresponding to the second points corresponding to the first points. Conversion An image generation step, based on the conversion map, characterized in that it comprises a and a pixel information calculation step of calculating the pixel information of the original image corresponding to each pixel of the front restored image.

また、請求項9に記載の発明は、コンピュータを、被写体の平面部における対象を斜め方向から撮影した原画像を取得する原画像取得手段、前記対象の正面復元画像の情報を取得する正面復元画像情報取得手段、前記原画像から、前記正面復元画像において第1四角形を形成する各頂点に対応する各特徴点を抽出する特徴点抽出手段、前記第1四角形の各頂点と当該第1四角形を含む平面上の第1点とから形成される複数の第1三角形と、前記抽出した各特徴点と当該各特徴点を頂点とする第2四角形を含む平面上にあって前記第1点に対応する第2点から形成される複数の第2三角形と、における面積複比から、前記原画像から前記正面復元画像に変換する変換写像を生成する変換写像生成手段、および、前記変換写像に基づき、前記正面復元画像の各画素に対応する前記原画像の画素情報を算出する画素情報算出手段として機能させる。   According to the ninth aspect of the present invention, there is provided a computer, an original image acquisition unit that acquires an original image obtained by photographing an object on a plane portion of an object from an oblique direction, and a front restored image that obtains information on the front restored image of the object. Information acquisition means, feature point extraction means for extracting each feature point corresponding to each vertex forming the first square in the front restoration image from the original image, each vertex of the first square and the first square A plurality of first triangles formed from the first points on the plane, the extracted feature points, and a plane including a second quadrangle having the feature points as vertices, corresponding to the first points. Based on an area ratio in a plurality of second triangles formed from the second point, a conversion map generating means for generating a conversion map for converting the original image into the front restoration image, and the conversion map, front The function as pixel information calculation means for calculating the pixel information of the original image corresponding to each pixel of the original image.

また、請求項10に記載の発明は、コンピュータを、被写体の平面部における対象を斜め方向から撮影した原画像を取得する原画像取得手段、前記対象の正面復元画像の情報を取得する正面復元画像情報取得手段、前記原画像から、前記正面復元画像において第1四角形を形成する各頂点に対応する各特徴点を抽出する特徴点抽出手段、前記第1四角形の各頂点と当該第1四角形を含む平面上の第1点とから形成される複数の第1三角形と、前記抽出した各特徴点と当該各特徴点を頂点とする第2四角形を含む平面上にあって前記第1点に対応する第2点から形成される複数の第2三角形と、における面積複比から、前記原画像から前記正面復元画像に変換する変換写像を生成する変換写像生成手段、および、前記変換写像に基づき、前記正面復元画像の各画素に対応する前記原画像の画素情報を算出する画素情報算出手段として機能させる画像処理装置用プログラムがコンピュータ読み取り可能に記録される。   Further, the invention according to claim 10 is an original image acquisition means for acquiring an original image obtained by photographing a target in a plane portion of a subject from an oblique direction, and a front-restored image for acquiring information on a front-restored image of the target. Information acquisition means, feature point extraction means for extracting each feature point corresponding to each vertex forming the first square in the front restoration image from the original image, each vertex of the first square and the first square A plurality of first triangles formed from the first points on the plane, the extracted feature points, and a plane including a second quadrangle having the feature points as vertices, corresponding to the first points. Based on an area ratio in a plurality of second triangles formed from the second point, a conversion map generating means for generating a conversion map for converting the original image into the front restoration image, and the conversion map, Positive The image processing device program to function as the pixel information calculation means for calculating the pixel information of the original image corresponding to each pixel of the restored image is recorded on a computer-readable.

本発明によれば、斜めから撮像された原画像に対して歪みを補正した正面復元画像を簡便に得ることができる。   According to the present invention, it is possible to easily obtain a front restoration image in which distortion is corrected with respect to an original image taken from an oblique direction.

本発明の実施形態に係る情報処理システムの概要構成例を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing an example of outline composition of an information processing system concerning an embodiment of the present invention. 図1の画像処理装置の概要構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of a schematic structure of the image processing apparatus of FIG. (A)原画像における対象を示す模式図である。(B)正面復元画像における対象を示す模式図である。(A) It is a schematic diagram which shows the object in an original image. (B) It is a schematic diagram which shows the object in a front restoration image. (A)原画像における対象の四角形の対角線の交点を示す模式図である。(B)正面復元画像における対象の四角形の対角線の交点を示す模式図である。(A) It is a schematic diagram which shows the intersection of the diagonal of the object rectangle in an original image. (B) It is a schematic diagram which shows the intersection of the diagonal of the object rectangle in a front restoration image. 三角形の面積の特定の仕方を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the specific method of the area of a triangle. (A)原画像における対象の四角形の対角線の交点および描画点に対応する点を示す模式図である。(B)正面復元画像における対象の四角形の対角線の交点および描画点を示す模式図である。(A) It is a schematic diagram which shows the point corresponding to the intersection of the diagonal of the object rectangle in an original image, and a drawing point. (B) It is a schematic diagram which shows the intersection and drawing point of the diagonal line of the object rectangle in a front restoration image. (A)実施形態に係る原理を説明するための模式図である。(B)実施形態に係る原理を説明するための模式図である。(A) It is a schematic diagram for demonstrating the principle which concerns on embodiment. (B) It is a schematic diagram for demonstrating the principle which concerns on embodiment. (A)実施形態に係る原理を説明するための模式図である。(B)実施形態に係る原理を説明するための模式図である。(A) It is a schematic diagram for demonstrating the principle which concerns on embodiment. (B) It is a schematic diagram for demonstrating the principle which concerns on embodiment. 実施形態に係る原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle which concerns on embodiment. 図1の情報処理システムの動作例を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an operation example of the information processing system in FIG. 1. 原画像における対象の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the object in an original image. 図10の面積複比の変換写像生成のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing an example of a subroutine for generating a conversion map of area cross ratio in FIG. 10. FIG. (A)変換写像における三角形の組み合わせの一例を示す模式図である。(B)変換写像における三角形の組み合わせの一例を示す模式図である。(A) It is a schematic diagram which shows an example of the combination of the triangle in a conversion map. (B) It is a schematic diagram which shows an example of the combination of the triangle in a conversion map. (A)変換写像における三角形の組み合わせの一例を示す模式図である。(B)変換写像における三角形の組み合わせの一例を示す模式図である。(A) It is a schematic diagram which shows an example of the combination of the triangle in a conversion map. (B) It is a schematic diagram which shows an example of the combination of the triangle in a conversion map. (A)変換写像における三角形の組み合わせの一例を示す模式図である。(B)変換写像における三角形の組み合わせの一例を示す模式図である。(A) It is a schematic diagram which shows an example of the combination of the triangle in a conversion map. (B) It is a schematic diagram which shows an example of the combination of the triangle in a conversion map. (A)変換写像における三角形の組み合わせの一例を示す模式図である。(B)変換写像における三角形の組み合わせの一例を示す模式図である。(A) It is a schematic diagram which shows an example of the combination of the triangle in a conversion map. (B) It is a schematic diagram which shows an example of the combination of the triangle in a conversion map. (A)原画像における対象の第1変形例を示す一例である。(B)正面復元画像における対象の第1変形例を示す模式図である。(A) It is an example which shows the 1st modification of the object in an original image. (B) It is a schematic diagram which shows the 1st modification of the object in a front restoration image. (A)原画像における対象の第2変形例を示す一例である。(B)正面復元画像における対象の第2変形例を示す模式図である。(A) It is an example which shows the 2nd modification of the object in an original image. (B) It is a schematic diagram which shows the 2nd modification of the object in a front restoration image.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、画像処理システムに対して本発明を適用した場合の実施形態である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is an embodiment when the present invention is applied to an image processing system.

[1.画像処理システムの構成および機能の概要]
(1.1 画像処理システム1の構成および機能)
[1. Overview of image processing system configuration and functions]
(1.1 Configuration and Function of Image Processing System 1)

まず、本発明の一実施形態に係る画像処理システムの構成および概要機能について、図1を用いて説明する。   First, the configuration and outline function of an image processing system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1は、本実施形態に係る画像処理システム1の概要構成例を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an image processing system 1 according to the present embodiment.

図1に示すように、画像処理システム1(画像処理装置の一例)は、車両のナンバープレート(被写体の平面部における対象T)のような被写体の平面部における対象を斜め方向から撮影するカメラ5と、カメラ5により撮影された画像に対して画像処理を行う画像処理装置10と、を備えている。   As shown in FIG. 1, an image processing system 1 (an example of an image processing apparatus) is a camera 5 that captures an object in a plane portion of a subject such as a vehicle license plate (a target T in the plane portion of the subject) from an oblique direction. And an image processing device 10 that performs image processing on an image photographed by the camera 5.

カメラ5は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像素子を有するデジタルカメラである。   The camera 5 is a digital camera having an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.

画像処理装置10は、カメラ5からの原画像を、正面復元画像に復元する。   The image processing apparatus 10 restores the original image from the camera 5 to a front restoration image.

(1.2 画像処理装置10の構成および機能)
次に、画像処理装置10の構成および機能について、図2を用いて説明する。
(1.2 Configuration and Function of Image Processing Apparatus 10)
Next, the configuration and function of the image processing apparatus 10 will be described with reference to FIG.

図2は、画像処理装置10の概要構成例を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of the image processing apparatus 10.

図2に示すように、画像処理装置10は、通信部11と、記憶部12と、表示部13と、操作部14と、入出力インターフェース部15と、システム制御部16と、を備えている。そして、システム制御部16と入出力インターフェース部15とは、システムバス17を介して接続されている。   As illustrated in FIG. 2, the image processing apparatus 10 includes a communication unit 11, a storage unit 12, a display unit 13, an operation unit 14, an input / output interface unit 15, and a system control unit 16. . The system control unit 16 and the input / output interface unit 15 are connected via a system bus 17.

通信部11は、ネットワークに接続して、ネットワークとの通信状態を制御するようになっている。   The communication unit 11 is connected to a network and controls a communication state with the network.

記憶部12(記憶手段の一例)は、例えば、ハードディスクドライブ、シリコンディスクドライブ等により構成されており、オペレーティングシステムおよびサーバプログラム等の各種プログラムや地図情報等を記憶する。なお、各種プログラムは、例えば、他のサーバ装置等からネットワークを介して取得されるようにしてもよいし、記録媒体に記録されてドライブ装置を介して読み込まれるようにしてもよい。   The storage unit 12 (an example of a storage unit) includes, for example, a hard disk drive, a silicon disk drive, and the like, and stores various programs such as an operating system and a server program, map information, and the like. Note that the various programs may be acquired from, for example, another server device via a network, or may be recorded on a recording medium and read via a drive device.

記憶部12は、正面復元画像のデータベースとして、被写体の平面部における対象を正面から撮像した場合の正面復元画像の情報を有する。正面復元画像の情報として、対象の形状、特徴点の座標、対象の特徴点間の関係等が、記憶部12に予め記憶されている。例えば、車両のナンバープレートを長方形とした場合、長方形の各頂点の座標および各頂点の位置関係、長方形の各辺の長さ、長方形の各辺の比率、長方形の大きさ等の正面復元画像の情報が、記憶部12に予め記憶されている。   The storage unit 12 has, as a front-restored image database, information on a front-restored image when the object in the plane portion of the subject is imaged from the front. As information of the front restoration image, the shape of the target, the coordinates of the feature points, the relationship between the target feature points, and the like are stored in the storage unit 12 in advance. For example, when the vehicle license plate is rectangular, the coordinates of each vertex of the rectangle and the positional relationship of each vertex, the length of each side of the rectangle, the ratio of each side of the rectangle, the size of the rectangle, etc. Information is stored in the storage unit 12 in advance.

ここで、対象が平行四辺形である場合、平行四辺形の各頂点の座標および各頂点の位置関係、平行四辺形の各辺の長さ、平行四辺形の各辺の比率、平行四辺形の大きさ等の正面復元画像の情報が、挙げられる。また、対象が一般の四辺形である場合、四辺形の各頂点の座標および各頂点の位置関係、四辺形の各辺の長さ、四辺形の各辺の比率、四辺形の大きさ等の正面復元画像の情報が、挙げられる。   Here, when the target is a parallelogram, the coordinates of each vertex of the parallelogram and the positional relationship of each vertex, the length of each side of the parallelogram, the ratio of each side of the parallelogram, Information of the front restoration image, such as the size, can be given. If the target is a general quadrilateral, the coordinates of each vertex of the quadrilateral and the positional relationship of each vertex, the length of each side of the quadrilateral, the ratio of each side of the quadrilateral, the size of the quadrilateral, etc. Information on the front restoration image is given.

また、対象が平行四辺形でない場合、対象の特徴点の座標および各特徴点の位置関係等の正面復元画像の情報が、挙げられる。特徴点の数は、4点以上が好ましい。   In addition, when the target is not a parallelogram, information on the front restoration image such as the coordinates of the target feature points and the positional relationship between the feature points is included. The number of feature points is preferably 4 or more.

なお、被写体の平面部は、平面で近似できる部分ならばかまわない。   The plane portion of the subject may be a portion that can be approximated by a plane.

表示部13は、例えば、液晶表示素子またはEL(Electro Luminescence)素子等によって構成されている。   The display unit 13 is configured by, for example, a liquid crystal display element or an EL (Electro Luminescence) element.

操作部14は、例えば、キーボードおよびマウス等によって構成されている。   The operation unit 14 is configured by, for example, a keyboard and a mouse.

入出力インターフェース部15は、通信部11等とシステム制御部16との間のインターフェース処理を行うようになっている。入出力インターフェース部15は、カメラ5と接続している。   The input / output interface unit 15 performs interface processing between the communication unit 11 and the like and the system control unit 16. The input / output interface unit 15 is connected to the camera 5.

システム制御部16は、CPU(Central Processing Unit)16a、ROM(Read Only Memory)16b、RAM(Random Access Memory)16c等により構成されている。   The system control unit 16 includes a CPU (Central Processing Unit) 16a, a ROM (Read Only Memory) 16b, a RAM (Random Access Memory) 16c, and the like.

[2.面積複比を用いた画像処理の原理]
次に、面積複比を用いた画像処理の原理について、図を用いて説明する。
[2. Principle of image processing using area cross ratio]
Next, the principle of image processing using the area ratio will be described with reference to the drawings.

(2.1 射影変換と距離複比)
斜め方向から撮影して歪んだナンバープレート像(被写体の平面部における対象の一例)を、元の形に復元するために、射影幾何学の射影変換と呼ばれる方法によって実現できることはよく知られている。射影変換するためには、3×3成分の射影行列を求める必要がある。射影行列成分は、歪んだ画像と復元する画像のおのおの対応する4点の関係を与えて、線形方程式を解くことになり、計算量が多く、また数値計算的に安定に解を得ることがむずかしい。そこで、計算量を少なくするために、射影幾何学の別の概念、複比の定理(原理)が知られており、それを用いた方法が提案されている(例えば、特許文献1)。
(2.1 Projective transformation and distance ratio)
It is well known that a license plate image (an example of an object in a plane portion of an object) that is distorted by photographing from an oblique direction can be realized by a method called projective transformation of projective geometry in order to restore the original shape. . In order to perform projective transformation, it is necessary to obtain a 3 × 3 component projection matrix. Projection matrix components give a corresponding four-point relationship between the distorted image and the restored image, and solve the linear equation, which is computationally intensive and difficult to obtain a numerically stable solution. . Therefore, another concept of projective geometry, the cross ratio theorem (principle) is known to reduce the amount of calculation, and a method using the same has been proposed (for example, Patent Document 1).

しかし、特許文献1では、距離の複比を利用しているため、被写体の平面部における対象内の画像に対して、距離複比の原理を適用するときに、選び出した直線上において複比の原理が成り立つようにしなければならない。つまり、複比の原理を適用するための前処理およびその描画制御手順の複雑さがある。   However, in Patent Document 1, since the cross ratio of the distance is used, when the principle of the distance cross ratio is applied to the image in the object in the plane portion of the subject, the cross ratio is calculated on the selected straight line. The principle must be established. That is, there is a complexity of preprocessing for applying the principle of the cross ratio and its drawing control procedure.

(2.2 面積複比の原理の概要)
次に、平行四辺形の一例である長方形を用いて、面積複比の原理の概要について、図3および図4を用いて説明する。
図3(A)は、原画像における対象を示す模式図である。図3(B)は、正面復元画像における対象を示す模式図である。図4(A)は、原画像における対象の四角形の対角線の交点を示す模式図である。図4(B)は、正面復元画像における対象の四角形の対角線の交点を示す模式図である。
(2.2 Overview of the principle of area ratio)
Next, the outline of the principle of area cross ratio will be described with reference to FIGS. 3 and 4 using a rectangle which is an example of a parallelogram.
FIG. 3A is a schematic diagram showing a target in the original image. FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a target in the front restoration image. FIG. 4A is a schematic diagram showing the intersection of diagonal lines of a target rectangle in the original image. FIG. 4B is a schematic diagram illustrating the intersection of diagonal lines of a target rectangle in the front restoration image.

画像に直接対応しにくい直線距離ではなく、直接対応しやすいと考えられる面積の複比の関係を利用している。図3(A)に示すように、斜め方向から撮影されて四角形に歪んでいる原画像における四角形の頂点Q1、Q2、Q3、Q4と、図3(B)に示すように、正面復元画像における長方形の頂点P1、P2、P3、P4との対、および、長方形における復元描画する点P5と、これに対応する原画像の点Q5との対の5点対を対象に三角形の組み合わせを考える。   Instead of a straight line distance that is difficult to directly correspond to an image, a cross-ratio relationship of areas that are thought to be directly compatible is used. As shown in FIG. 3 (A), quadrilateral vertices Q1, Q2, Q3, and Q4 in the original image taken from an oblique direction and distorted into a quadrangle, and in the front-reconstructed image as shown in FIG. 3 (B). Consider a combination of triangles with respect to a pair of rectangular vertices P1, P2, P3, and P4 and a pair of points P5 to be restored and drawn in the rectangle and a corresponding point Q5 of the original image.

ここで、例えば、異なる4個の三角形(分子側に2個、分母側に2個の面積比)を選び、原画像と正面復元画像のそれぞれの面積比が等しい三角形面積の組み合わせを面積複比と定義する。   Here, for example, select four different triangles (area ratio of 2 on the numerator side and 2 on the denominator side), and combine the area of triangles with the same area ratio of the original image and the front restoration image. It is defined as

図4(A)(B)に示すように、面積複比の原理を満たす頂点の対として、四角形と長方形の各対角線の交点の対(P0、Q0)を選ぶことにより、長方形側は分子と分母で面積が等しくなるので相殺できる。また、図3(A)(B)に示すように、三角形の面積は底辺と高さが同じならば変わらないため、描画直線上Yの操作において位置を移動しても面積不変であることにより、長方形全体の描画点についてではなく、対角線交点を通る垂直と水平の2本のライン上の面積を計算するだけでよいことを見出したことにより、計算量を大幅に削減できることを利用する。   As shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), by selecting a pair of intersections (P0, Q0) of the diagonals of a rectangle and a rectangle as a pair of vertices that satisfy the principle of area cross ratio, the rectangle side becomes a molecule and Can be offset because the area is equal in the denominator. Also, as shown in FIGS. 3A and 3B, the area of the triangle does not change if the height of the triangle is the same as the base, and therefore the area does not change even if the position is moved in the operation on the drawing line Y. The fact that it is only necessary to calculate the areas on the two vertical and horizontal lines passing through the diagonal intersections, not the drawing points of the entire rectangle, makes use of the fact that the amount of calculation can be greatly reduced.

(2.3 面積複比の原理の詳細)
次に、面積複比の原理の詳細について、図5から図9を用いて説明する。
図5は、三角形の面積の特定の仕方を示す模式図である。図6(A)は、原画像における対象の四角形の対角線の交点および描画点に対応する点を示す模式図である。図6(B)は、正面復元画像における対象の四角形の対角線の交点および描画点を示す模式図である。図7(A)(B)、図8(A)(B)および図9は、実施形態に係る原理を説明するための模式図である。
(2.3 Details of the principle of area cross ratio)
Next, details of the principle of area cross ratio will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a schematic diagram showing how to specify the area of a triangle. FIG. 6A is a schematic diagram showing points corresponding to the intersections of the diagonal lines of the target rectangle and the drawing points in the original image. FIG. 6B is a schematic diagram showing intersections and drawing points of the diagonal lines of the target rectangle in the front restoration image. 7A, 7B, 8A, 8B, and 9 are schematic diagrams for explaining the principle according to the embodiment.

斜め方向から撮影して歪んだプレート像をもとのかたちに復元するためには、一般に射影幾何学の射影変換と呼ばれる方法によって実現される。射影変換するためには、3×3成分の射影行列Hを求める必要がある。射影行列成分は、歪んだ画像と復元する画像のおのおの対応する4点の関係を与えて、線形連立方程式を解くことで求められる。   In order to restore a distorted plate image obtained by photographing from an oblique direction to its original shape, it is generally realized by a method called projective transformation of projective geometry. In order to perform projective transformation, it is necessary to obtain a 3 × 3 component projection matrix H. The projection matrix component is obtained by solving a linear simultaneous equation by giving a corresponding four-point relationship between the distorted image and the restored image.

一方、特許文献1で利用された複比は、直線上の距離比に関する不変量方程式である。そして、本願で利用する複比は面積比に関する不変量方程式である。これらの違いと特徴を説明するために、線形代数の行列(Matrix)と行列式(Determinant)を用いてそれらの関係と性質を説明する。   On the other hand, the cross ratio used in Patent Document 1 is an invariant equation regarding a distance ratio on a straight line. The cross ratio used in the present application is an invariant equation relating to the area ratio. In order to explain these differences and features, their relationship and properties will be explained using a matrix of linear algebra (Matrix) and a determinant (Determinant).

まず、距離の概念がある距離複比と射影変換の方法の違いを説明するために、実次元は距離であるから1次元であるが、射影変換で扱うために、次のように2次元の同次座標系で表現する。

Figure 2015114949
First, in order to explain the difference between the distance cross ratio with a concept of distance and the method of projective transformation, the real dimension is a distance because it is a distance, but in order to deal with the projective transformation, a two-dimensional Expressed in a homogeneous coordinate system.
Figure 2015114949

ここで、

Figure 2015114949
である。復元被写体像の座標系がx、被写体の斜め撮影像の座標系がuとする。 here,
Figure 2015114949
It is. The coordinate system of the restored subject image is x, and the coordinate system of the oblique photographed image of the subject is u.

そして、2点x、xとそれぞれの射影変換の対応点u、uについて、数式(2)を用いて行列で表すと、

Figure 2015114949
となる。 Then, when the two points x i and x j and the corresponding points u i and u j of the respective projective transformations are expressed in a matrix using equation (2),
Figure 2015114949
It becomes.

そして、数式(2)の行列式を求めると、

Figure 2015114949
となる。 And when calculating the determinant of Equation (2),
Figure 2015114949
It becomes.

ここで、行列AとBの行列式の性質において、

Figure 2015114949

Figure 2015114949
であることに注意する。 Here, in the properties of the determinants of the matrices A and B,
Figure 2015114949
And
Figure 2015114949
Note that

Figure 2015114949
とおいて、数式(3)の行列式を計算すると、
Figure 2015114949
である。
Figure 2015114949
When calculating the determinant of Equation (3),
Figure 2015114949
It is.

ここで、1×1行列の行列式| |は距離を表す。そこで、直線上の4点x、x、x,xとそれぞれの射影変換の対応点u、u、u、uについて以下のような比の方程式を考える。 Here, the determinant || of the 1 × 1 matrix represents the distance. Therefore, consider the following ratio equations for the four points x 1 , x 2 , x 3 , x 4 on the straight line and the corresponding points u 1 , u 2 , u 3 , u 4 of the respective projective transformations.

Figure 2015114949
Figure 2015114949

ここで、|H|については分母と分子で明らかに相殺されるので省略している。さらに、h(x)の項も分母と分子で相殺されるので、結果として数式(5)が導かれる。これで距離複比と射影変換法の関係とその違いがはっきりする。つまり、射影変換法の射影行列Hは、距離複比において射影行列式|H|にその姿を変え、数式(5)から消えてしまう。 Here, | H | is omitted because it is clearly offset by the denominator and the numerator. Furthermore, the term of h (x i ) is also canceled by the denominator and the numerator, and as a result, Equation (5) is derived. This clarifies the relationship between the distance cross-ratio and the projective transformation method and the differences. That is, the projection matrix H of the projective transformation method changes its appearance to the projection determinant | H | in the distance cross ratio and disappears from the formula (5).

次に、面積の複比について説明する。2×2行列の数式(1)を、3×3行列の数式6に拡張する。

Figure 2015114949
Next, the area ratio will be described. The formula (1) of the 2 × 2 matrix is expanded to the formula 6 of the 3 × 3 matrix.
Figure 2015114949

そして、3点(x、y)(x、y)(x、y)と、それぞれの射影変換の対応点(u、v)(u、v)(u、v)について、数式(6)を用いて行列で表すと、

Figure 2015114949
となる。 Then, three points (x i , y i ) (x j , y j ) (x k , y k ) and corresponding points (u i , v i ) (u j , v j ) (u) of the respective projective transformations k , v k ), expressed as a matrix using Equation (6),
Figure 2015114949
It becomes.

さらに、数式(3)のように行列式の表現にして、

Figure 2015114949
を得る。 Furthermore, it is expressed as a determinant like Equation (3),
Figure 2015114949
Get.

直線上の数式(5)に習って、図3(B)に示すように、面(正面復元画像の長方形(第1四角形の一例))上の5点P1(x、y)、P2(x、y)、P3(x、y)、P4(x、y)、P5(x、y)、と、図3(A)に示すように、それぞれの射影変換(原画像面の四角形(第2四角形の一例))の対応点Q1(u、v)、Q2(u、v)、Q3(u、v)、Q4(u、v)、Q5(u、v)について数式(8)から以下のような比の方程式を考える。 Following the mathematical formula (5) on the straight line, as shown in FIG. 3B, five points P1 (x 1 , y 1 ), P2 on the surface (rectangle of the front restoration image (an example of the first quadrangle)), P2 (X 2 , y 2 ), P 3 (x 3 , y 3 ), P 4 (x 4 , y 4 ), P 5 (x 5 , y 5 ), and their projections as shown in FIG. Corresponding points Q1 (u 1 , v 1 ), Q2 (u 2 , v 2 ), Q3 (u 3 , v 3 ), Q4 (u 4 , For v 4 ) and Q 5 (u 5 , v 5 ), an equation with the following ratio is considered from Equation (8).

Figure 2015114949
Figure 2015114949

ここで、図5に示すように、行列式に関して三角形の頂点の順番は時計回りに統一する。入れ替えるとその行列式の符号が逆転するからである。   Here, as shown in FIG. 5, the order of the vertices of the triangles is unified in the clockwise direction with respect to the determinant. This is because the sign of the determinant is reversed when it is replaced.

三角形の頂点の行列式は、その三角形の面積の2倍である。それから、点P0(x、y)と、その対応点Q0(u、v)が追加されているが、5点の中からどれかを選ぶことを意味する。数式(9)が面積に関する不変量、つまり面積の複比Cr1の一例である。 The determinant of a triangle vertex is twice the area of the triangle. Then, a point P0 (x 0 , y 0 ) and its corresponding point Q0 (u 0 , v 0 ) are added, which means that one of the five points is selected. Formula (9) is an example of an invariant relating to the area, that is, the area cross ratio C r1 .

図3(A)(B)に示すように、点P1、P2、P3、P4、および、それらに対応する点Q1、Q2、Q3、Q4は、四角形の4頂点とすると、それらの座標値は、計測して知ることができる。   As shown in FIGS. 3A and 3B, if the points P1, P2, P3, and P4 and the corresponding points Q1, Q2, Q3, and Q4 are four vertices of a quadrangle, their coordinate values are You can know by measuring.

次に、被写体の正面復元画像の描画のためのスキャンラインY上の描画点(第1点の一例)である点P5(x、y)を指定する。そうすると、撮像素子上の対応スキャンラインY’上の描画対応点(第2点の一例)である点Q5の座標値(u、v)は、数式(9)の方程式を解くことによって求めることができる。 Next, a point P5 (x 5 , y 5 ) that is a drawing point (an example of a first point) on the scan line Y for drawing a front-reconstructed image of the subject is designated. Then, the coordinate values (u 5 , v 5 ) of the point Q5 that is the drawing corresponding point (an example of the second point) on the corresponding scan line Y ′ on the image sensor are obtained by solving the equation (9). be able to.

つまり、数式(9)を座標値(u、v)に関して展開して整理すると、

Figure 2015114949
の形をした2変数(u、v)に関する1次方程式になる。 That is, when formula (9) is expanded and arranged with respect to the coordinate values (u 5 , v 5 ),
Figure 2015114949
A linear equation with respect to two variables (u 5 , v 5 ) in the form of

そこで、2変数(u、v)の1次方程式を解くためには、もう一つの方程式が必要である。その候補として、(u、v)に関する複比において、数式(9)の複比Cr1とは異なる別の組み合わせが考えられるので、例えば、次の複比Cr2を選び、展開して数式(11)を得る。 Therefore, another equation is necessary to solve a linear equation of two variables (u 5 , v 5 ). As the candidate, another combination different from the multi-ratio C r1 in the formula (9) can be considered in the multi-ratio regarding (u 5 , v 5 ). For example, the next multi-ratio C r2 is selected and expanded. Equation (11) is obtained.

Figure 2015114949
Figure 2015114949

Figure 2015114949
Figure 2015114949

係数(a、b、c)(i=1,2)は、数式(9)と数式(11)について、それぞれの展開から定まる。数式(10)と数式(12)の方程式を連立させて(u、v)を求める。 The coefficients (a i , b i , c i ) (i = 1, 2) are determined from the respective expansions of Equation (9) and Equation (11). Equations (10) and (12) are combined to obtain (u 5 , v 5 ).

解(u、v)は、

Figure 2015114949
のかたちである。 The solution (u 5 , v 5 ) is
Figure 2015114949
It is a form.

展開して各係数に代入する前に、

Figure 2015114949
と定義しておくと、数式(9)と数式(11)は、それぞれ、
Figure 2015114949
と表せる。 Before expanding and assigning to each coefficient,
Figure 2015114949
If defined, Equation (9) and Equation (11) are respectively
Figure 2015114949
It can be expressed.

ここで、図5に示すように、三角形の頂点をナンバリングした場合、原画像の四角形側の第2三角形の面積を(i、j、k)、正面復元画像の長方形側の第1三角形の面積を[i、j、k]と表記する。   Here, as shown in FIG. 5, when the triangle vertices are numbered, the area of the second triangle on the square side of the original image is (i, j, k), and the area of the first triangle on the rectangle side of the front restoration image Is represented as [i, j, k].

面積複比については、数式(8)の定義式において5点の中から3点を選ぶことから、組み合わせの数は、公式を用いて計算すると、=5!/{(5−3)!3!}=(5×4)/2=10通りある。 As for the area ratio, since 3 points are selected from 5 points in the definition formula of the formula (8), the number of combinations is calculated using the formula: 5 C 3 = 5! / {(5-3)! 3! } = (5 × 4) / 2 = 10.

符号を無視して列挙すると、次のようになる。
(123)、 (124)、 (125)、 (134)、 (135)、 (145)、 (234)、 (235)、 (245)、 (345)
When enumerating with ignoring the sign, it is as follows.
(123), (124), (125), (134), (135), (145), (234), (235), (245), (345)

数式(9)からわかるように、これらに同じ点は分母と分子で相殺するという条件が加わる。   As can be seen from Equation (9), the same point is added to the denominator and the numerator.

5番目の点(描画対応点の一例)を以下のように固定して、面積複比を考えると、

Figure 2015114949
である。 When the fifth point (an example of a drawing corresponding point) is fixed as follows and the area cross ratio is considered,
Figure 2015114949
It is.

まず、(○○5)の組み合わせについて、残りの4点から2点を選ぶので、=4×3/2=6通りある。残りの(○○○)の組み合わせについては、同じ点が分母と分子で相殺するという条件から制約を受けるので、i、j、k、lは4以下の互いに異なる番号として、

Figure 2015114949
などの組み合わせがある。 First, for the combination (◯◯ 5), 2 points are selected from the remaining 4 points, so there are 4 C 2 = 4 × 3/2 = 6. For the remaining (XXX) combinations, i, j, k, and l are different numbers of 4 or less because the same point is constrained by the condition that the denominator and numerator cancel each other.
Figure 2015114949
There are combinations.

これらは、当該第1四角形の辺と前記第1点とから形成される複数の前記第1三角形、および、前記第2四角形の辺と前記第2点とから形成される複数の前記第2三角形であって、当該形成された各第1三角形および当該各第2三角形の所定の組み合わせの一例である。また、これらは、前記所定の組み合わせにおいて、前記第1四角形が平行四辺形であり、前記第1三角形が当該平行四辺形の平行する2辺を各第1底辺とする三角形であり、前記第2三角形が前記第2四角形の対向する2辺であり当該第1底辺に対応する各第2底辺とする三角形であることの一例である。   These are the plurality of first triangles formed from the sides of the first quadrangle and the first point, and the plurality of second triangles formed from the side of the second quadrangle and the second point. And it is an example of the predetermined combination of each formed said 1st triangle and each said 2nd triangle. Further, in the predetermined combination, the first quadrangle is a parallelogram, the first triangle is a triangle having two parallel sides of the parallelogram as first bases, and the second This is an example in which a triangle is a triangle that is two opposite sides of the second quadrangle and that is each second base corresponding to the first base.

分母と分子でおのおの二度現れる番号をiとしている。5番目の点が分母と分子でおのおの二度現れる場合は、展開すると2次方程式になり解法が難しくなるので、今回は考えないことにするが、考える場合は2次方程式で同じような議論をすればよい。   The number that appears twice in the denominator and numerator is i. If the fifth point appears twice in the denominator and numerator, it will become a quadratic equation and it will be difficult to solve this problem, so we will not consider it this time. do it.

さて、もう一度、数式(15)を見直して、できるだけ計算が簡単になる組み合わせを考える。これまでは0番の点は、1〜4番の点のうちのどれかとしてきたが、図6(A)(B)に示すように、0番の点として改めて対角線の交点P0(第1点の一例、第1規定点の一例)を選ぶと、第1三角形[320]と[140]および[430]と[210]の面積は、互いに等しいことから消去できるので、数式(15)の方程式は次のように簡単になる。   Now, once again, formula (15) is reviewed and a combination that makes calculation as simple as possible is considered. Until now, the 0th point has been set to one of the 1st to 4th points, but as shown in FIGS. 6A and 6B, the diagonal point P0 (the first point) is changed to the 0th point. If an example of a point, an example of a first specified point) is selected, since the areas of the first triangles [320] and [140] and [430] and [210] are equal to each other, they can be deleted. The equation becomes as follows:

Figure 2015114949
Figure 2015114949

このように、Cry、Crxは、当該第1四角形の辺と前記第1点とから形成される複数の前記第1三角形、および、前記第2四角形の辺と前記第2点とから形成される複数の前記第2三角形であって、当該形成された各第1三角形および当該各第2三角形の所定の組み合わせの一例である。また、Cry、Crxは、前記所定の組み合わせにおいて、前記第1四角形が平行四辺形であり、前記第1三角形が当該平行四辺形の平行する2辺を各第1底辺とする三角形であり、前記第2三角形が前記第2四角形の対向する2辺であり当該第1底辺に対応する各第2底辺とする三角形であることの一例である。 Thus, C ry and C rx are formed from the plurality of first triangles formed from the sides of the first square and the first point, and from the sides of the second square and the second point. It is an example of a predetermined combination of the formed first triangles and the second triangles. In the predetermined combination, C ry and C rx are triangles in which the first quadrangle is a parallelogram, and the first triangle is the first base of two parallel sides of the parallelogram. The second triangle is an example in which the second quadrangle is two opposite sides of the second quadrangle and is a second base corresponding to the first base.

そこで、数式(16)を次のように変形して、変数(u、v)の連立方程式として展開する。

Figure 2015114949
Therefore, Equation (16) is modified as follows and developed as simultaneous equations of variables (u 5 , v 5 ).
Figure 2015114949

変数(u、v)に関する行列式を展開して、さらに左右の項を移項してまとめると、

Figure 2015114949
であることから、
Figure 2015114949
である。 Expanding the determinant for variables (u 5 , v 5 ) and moving the left and right terms together,
Figure 2015114949
Because
Figure 2015114949
It is.

描画処理において、三角形が縮退して直線になった場合にどうなるか考えた場合、数式(18)では、分母を乗じて除算を排除しているのでゼロ除算の問題が起こらない。係数式(19)を数式(13)に代入して、計算式をまとめると、計算が簡単になる。   In the drawing process, when considering what happens when the triangle is degenerated into a straight line, in Equation (18), the denominator is multiplied to eliminate division, so the problem of division by zero does not occur. Substituting the coefficient equation (19) into the equation (13) and putting together the calculation equations simplifies the calculation.

Figure 2015114949
Figure 2015114949

ここで、

Figure 2015114949
Figure 2015114949
here,
Figure 2015114949
Figure 2015114949

図7(A)(B)および図8(A)(B)に示すように、数式(22)において、y5(垂直方向)、x5(水平方向)が移動しても面積が変わらないために、それぞれ交点(x0、y0)(第1点の一例、第1規定点の一例)で代表させることができる。その結果、図9に示すように、三角形の面積計算は、垂直ラインx0と水平ラインy0のラインのみの計算で済ますことができ、計算量が大幅に削減できる。   As shown in FIGS. 7A and 7B and FIGS. 8A and 8B, in Expression (22), the area does not change even if y5 (vertical direction) and x5 (horizontal direction) move. , Respectively, can be represented by the intersection (x0, y0) (an example of the first point, an example of the first specified point). As a result, as shown in FIG. 9, the area calculation for the triangle can be performed only for the vertical line x0 and the horizontal line y0, and the amount of calculation can be greatly reduced.

ここからは、できるだけ計算式が簡単になるように、式の展開や因数分解、約分などを行う。まず、第1四角形の長方形の対角線の交点は、4頂点の真ん中なので計算するまでもなく、計算するのは第2四角形の2本の対角線の交点Q0(u、v)である。つまり、第2四角形の4頂点Q1(u、v)、Q2(u、v)、Q3(u、v)、Q4(u、v)の対角線から交点(第2点の一例、第2規定点の一例)を求める。それを第2四角形中の以下の第2三角形(320)、(140)、(210)、(430)の面積式に直接代入する。結果を因数分解して、まとめると以下のように簡単な式になる。 From here, formula expansion, factorization, reduction, etc. are performed so that the calculation formula is as simple as possible. First, since the intersection of the diagonals of the rectangle of the first quadrangle is the middle of the four vertices, it is not necessary to calculate it, and what is calculated is the intersection Q0 (u 0 , v 0 ) of the two diagonals of the second quadrangle. That is, the intersection (second) from the diagonal line of the four vertices Q1 (u 1 , v 1 ), Q2 (u 2 , v 2 ), Q3 (u 3 , v 3 ), Q4 (u 4 , v 4 ) of the second square An example of a point, an example of a second specified point). It is directly substituted into the area formulas of the following second triangles (320), (140), (210), and (430) in the second square. Factoring the results together, the following is a simple formula:

Figure 2015114949
Figure 2015114949

数式(23)について以下のように整理する。

Figure 2015114949
The formula (23) is organized as follows.
Figure 2015114949

そうすると、

Figure 2015114949
となる。 Then
Figure 2015114949
It becomes.

数式(20)において、共通積項hが分子と分母に現れるので、これらは相殺できる。 In Equation (20), the common product terms h 1 h 2 h 3 h 4 appear in the numerator and denominator and can be canceled out.

つまり、数式(25)は、以下のように驚くほど簡単になる。

Figure 2015114949
That is, the mathematical formula (25) is surprisingly simple as follows.
Figure 2015114949

そして、数式(20)は、数式(26)によって簡単化されたものに書き換える。変換写像は、

Figure 2015114949
となる。 Then, Equation (20) is rewritten as simplified by Equation (26). The transformation map is
Figure 2015114949
It becomes.

[3.画像処理システムの動作]
次に、本発明の1実施形態に係る画像処理システムの動作について図を用いて説明する。
[3. Operation of image processing system]
Next, the operation of the image processing system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(3.1 画像処理装置の動作)
画像処理装置の動作にすいて、図10および図11を用いて説明する。
図10は、情報処理システムの動作例を示すフローチャートである。図11は、原画像における対象の一例を示す模式図である。
(3.1 Operation of image processing apparatus)
The operation of the image processing apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation example of the information processing system. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of an object in an original image.

まず、カメラ5は、車両等の被写体の平面部における対象T(例えば、ナンバープレート)を斜め方向から撮像する。   First, the camera 5 captures an image of a target T (for example, a license plate) in a plane portion of a subject such as a vehicle from an oblique direction.

図10に示すように、画像処理装置10が、原画像を取得する(ステップS1)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、図11に示すように、被写体の平面部における対象Tの原画像20をカメラ5から取得する。   As shown in FIG. 10, the image processing apparatus 10 acquires an original image (step S1). Specifically, as shown in FIG. 11, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 acquires the original image 20 of the target T on the plane portion of the subject from the camera 5.

このように、画像処理装置10が、被写体の平面部における対象を斜め方向から撮影した原画像を取得する原画像取得手段の一例として機能する。   As described above, the image processing apparatus 10 functions as an example of an original image acquisition unit that acquires an original image obtained by photographing an object on a plane portion of a subject from an oblique direction.

次に、画像処理装置10が、正面復元画像の情報を取得する(ステップS2)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、記憶部12から、対象を正面から撮像した場合の4点以上の特徴点の位置関係を示す座標情報等を取得する。そして、システム制御部16が、面積複比の変換写像に使用する4点を選択する。対象が車両のナンバープレートの場合、図6(B)に示すように、長方形であるナンバープレートの各頂点の座標情報(P1(x、y)、P2(x、y)、P3(x、y)、P4(x、y))が取得される。 Next, the image processing apparatus 10 acquires information on the front restoration image (step S2). Specifically, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 acquires, from the storage unit 12, coordinate information indicating the positional relationship of four or more feature points when the target is imaged from the front. Then, the system control unit 16 selects four points to be used for the area cross ratio conversion mapping. When the object is a license plate of a vehicle, as shown in FIG. 6B, coordinate information (P1 (x 1 , y 1 ), P2 (x 2 , y 2 ), P3 of each vertex of the license plate that is a rectangle (X 3 , y 3 ), P4 (x 4 , y 4 )) is acquired.

このように、画像処理装置10が、前記対象の正面復元画像の情報を取得する正面復元画像情報取得手段の一例として機能する。   In this manner, the image processing apparatus 10 functions as an example of a front restored image information acquisition unit that acquires information on the target front restored image.

次に、画像処理装置10が、原画像から、正面復元画像の4点に対応する特徴点を抽出する(ステップS3)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、取得した原画像20が、微分処理等をして、エッジを抽出し、エッジから、正面復元画像の選択された4点に対応する特徴点を抽出する。図6(A)に示すように、特徴点の各座標Q1(u、v)、Q2(u、v)、Q3(u、v)、Q4(u、v)が算出される。 Next, the image processing apparatus 10 extracts feature points corresponding to the four points of the front restoration image from the original image (step S3). Specifically, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 extracts the edge from the acquired original image 20 by performing differentiation processing or the like, and corresponds to the selected four points of the front restoration image from the edge. Extract feature points. As shown in FIG. 6A, each coordinate Q1 (u 1 , v 1 ), Q2 (u 2 , v 2 ), Q3 (u 3 , v 3 ), Q4 (u 4 , v 4 ) of the feature point. Is calculated.

ここで、正面復元画像の選択された4点により、第1四角形が形成される。正面復元画像の4点に対応する特徴点Q1(u、v)、Q2(u、v)、Q3(u、v)、Q4(u、v)により第2四角形が形成される。 Here, a first quadrangle is formed by the selected four points of the front restoration image. A second quadrangle is obtained by the feature points Q1 (u 1 , v 1 ), Q2 (u 2 , v 2 ), Q3 (u 3 , v 3 ), Q4 (u 4 , v 4 ) corresponding to the four points of the front restoration image. Is formed.

このように、画像処理装置10が、前記原画像から、前記正面復元画像において第1四角形を形成する各頂点に対応する各特徴点を抽出する特徴点抽出手段の一例として機能する。   As described above, the image processing apparatus 10 functions as an example of a feature point extracting unit that extracts each feature point corresponding to each vertex forming the first quadrangle in the front restoration image from the original image.

次に、画像処理装置10が、正面復元画像の4点と抽出した特徴点とにより、面積複比の変換写像を生成する(ステップS4)。具体的には、システム制御部16が、長方形の対角線の交点P0(第1点の一例、第1規定点の一例)、すなわち、直線P1−P3と、直線P2−P4との交点、P0(x、y)を算出する。そして、システム制御部16が、特徴点の四角形の対角線の交点Q0、すなわち、直線Q1−Q3と、直線Q2−Q4との交点、Q0(u、v)を算出する。 Next, the image processing apparatus 10 generates an area cross ratio conversion map based on the four points of the front restoration image and the extracted feature points (step S4). Specifically, the system control unit 16 determines that the intersection point P0 (an example of the first point, an example of the first specified point) of the rectangular diagonal line, that is, the intersection point of the straight line P1-P3 and the straight line P2-P4, P0 ( x 0 , y 0 ) is calculated. Then, the system control unit 16 calculates the intersection Q0 of the square diagonal of the feature points, that is, the intersection of the straight line Q1-Q3 and the straight line Q2-Q4, Q0 (u 0 , v 0 ).

そして、システム制御部16が、正面復元画像の4つの頂点および交点(第1点の一例、第1規定点の一例)の座標情報、および、抽出した4つの特徴点および交点(第2点の一例、第2規定点の一例)の座標情報とから、数式(27)の係数を算出して、面積複比の変換写像を生成する。なお、面積複比の変換写像の生成の詳細は、面積複比の写像変換のサブルーチンで説明する。   The system control unit 16 then coordinates information of the four vertices and intersections (an example of the first point and an example of the first specified point) of the front restoration image, and the four extracted feature points and intersections (of the second point). The coefficient of Equation (27) is calculated from the coordinate information of an example, an example of the second specified point), and a conversion map of the area cross ratio is generated. The details of the generation of the area cross ratio conversion map will be described in the area cross ratio map conversion subroutine.

このように、画像処理装置10が、前記第1四角形の各頂点と当該第1四角形を含む平面上の第1点とから形成される複数の第1三角形と、前記抽出した各特徴点と当該各特徴点を頂点とする第2四角形を含む平面上にあって前記第1点に対応する第2点から形成される複数の第2三角形と、における面積複比から、前記原画像から前記正面復元画像に変換する変換写像を生成する変換写像生成手段の一例として機能する。   As described above, the image processing apparatus 10 includes a plurality of first triangles formed from the vertices of the first rectangle and the first points on the plane including the first rectangle, the extracted feature points, and the From the original image, the front surface from the area ratio of a plurality of second triangles formed on the plane including the second quadrangle having each feature point as the vertex and corresponding to the first point It functions as an example of a conversion map generation unit that generates a conversion map to be converted into a restored image.

次に、画像処理装置10が、描画点を特定する(ステップS5)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、図6(B)に示すように、正面復元画像における対象の描画点P5(x、y)を特定する。描画点P5(x、y)は、例えば、ラスタスキャンのスキャンラインYを順に走査して描画点を特定していく。なお、原画像においては、スキャンラインY’の軌跡をたどる。 Next, the image processing apparatus 10 specifies a drawing point (step S5). Specifically, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 specifies the target drawing point P5 (x 5 , y 5 ) in the front restoration image, as shown in FIG. 6B. For the drawing point P5 (x 5 , y 5 ), for example, the drawing point is specified by sequentially scanning the scan line Y of the raster scan. In the original image, the trajectory of the scan line Y ′ is followed.

なお、スキャンラインYが、直線P1−P4(直線P2−P3)上である場合、三角形[1、4、5](三角形[3、2、5])は、潰れて直線になるが、数式(16)等において、面積複比を割り算の形式でなく、掛け算の形式にしておければ、ゼロによる割り算になることを防止できる。   When the scan line Y is on the straight line P1-P4 (straight line P2-P3), the triangle [1, 4, 5] (triangle [3, 2, 5]) is collapsed into a straight line. In (16) and the like, if the area cross ratio is not a division format but a multiplication format, division by zero can be prevented.

次に、画像処理装置10が、変換写像より描画点の描画対応点の座標を計算する(ステップS6)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、生成された変換写像(数式(27))を用いて、描画点P5(x、y)に対応する描画対応点Q5(u、v)を計算する。 Next, the image processing apparatus 10 calculates the coordinates of the drawing corresponding point of the drawing point from the converted map (step S6). Specifically, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 uses the generated conversion map (Equation (27)) to use the drawing corresponding point Q5 (u) corresponding to the drawing point P5 (x 5 , y 5 ). 5 , v 5 ).

次に、画像処理装置10が、原画像を補間処理して描画点の画素情報を算出する(ステップS7)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、描画対応点Q5(u、v)の周りの原画像20の画素を求め、求めた画素の画素情報を補間処理して、描画点P5(x、y)の画素情報を算出する。ここで、描画対応点Q5(u、v)の座標値が整数でない場合もあるので、描画対応点Q5(u、v)に近接する画素の画素情報を平均するなどして画素値の補間処理を行う。 Next, the image processing apparatus 10 performs interpolation processing on the original image to calculate pixel information of the drawing point (step S7). Specifically, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 obtains pixels of the original image 20 around the drawing corresponding point Q5 (u 5 , v 5 ), interpolates the pixel information of the obtained pixels, Pixel information of the drawing point P5 (x 5 , y 5 ) is calculated. Here, since the coordinate value of the drawing corresponding point Q5 (u 5 , v 5 ) may not be an integer, the pixel information of the pixels adjacent to the drawing corresponding point Q5 (u 5 , v 5 ) is averaged. Perform value interpolation.

次に、画像処理装置10が、画素情報を表示する(ステップS8)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、表示部13において、算出した画素情報を描画点P5(x、y)の位置に表示する。 Next, the image processing apparatus 10 displays pixel information (step S8). Specifically, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 displays the calculated pixel information at the position of the drawing point P5 (x 5 , y 5 ) on the display unit 13.

次に、画像処理装置10が、最後の描画点である否かを判定する(ステップS9)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、正面復元画像をラスタスキャンにおける最後の描画点であるか否かを判定する。   Next, the image processing apparatus 10 determines whether or not it is the last drawing point (step S9). Specifically, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 determines whether or not the front restoration image is the last drawing point in the raster scan.

最後の描画点でない場合(ステップS9;NO)、ステップS5に戻り、画像処理装置10は、ラスタスキャンにおける次の描画点P5を特定する。   If it is not the last drawing point (step S9; NO), the process returns to step S5, and the image processing apparatus 10 specifies the next drawing point P5 in the raster scan.

最後の描画点である場合(ステップS9;YES)、画像処理装置10は、処理を終了する。   If it is the last drawing point (step S9; YES), the image processing apparatus 10 ends the process.

(3.2 面積複比の写像変換のサブルーチン)
次に、面積複比の写像変換のサブルーチンについて図12から図16を用いてい説明する。
図12は、面積複比の変換写像生成のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。図13(A)(B)から図16(A)(B)は、変換写像における三角形の組み合わせの一例を示す模式図である。(B)変換写像における三角形の組み合わせの一例を示す模式図である。
(3.2 Subroutine of area conversion ratio mapping)
Next, an area cross ratio mapping conversion subroutine will be described with reference to FIGS.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a subroutine for generating an area cross ratio conversion map. FIGS. 13A and 13B to FIGS. 16A and 16B are schematic diagrams showing an example of combinations of triangles in the conversion map. (B) It is a schematic diagram which shows an example of the combination of the triangle in a conversion map.

画像処理装置10が、第1方向(例えば、y方向)の三角形面積を算出し保存する(ステップS11)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、図13(A)(B)、図14(A)(B)に示すように、数式(16)のCryの三角形の面積を算出し、RAM16c等に保存する。例えば、第1三角形の三角形[3、2、0]、三角形[1、4、5]、三角形[1、4、0]、三角形[3、2、5]、および、第2三角形の三角形(3、2、0)、三角形(1、4、0)の面積が、P0(x、y)、P1(x、y)、P2(x、y)、P3(x、y)、P4(x、y)、P5(x、y)、Q0(u、v)、Q1(u、v)、Q2(u、v)、Q3(u、v)、Q4(u、v)から算出される。 The image processing apparatus 10 calculates and stores the triangular area in the first direction (for example, the y direction) (step S11). Specifically, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 determines the area of the Cry triangle of Expression (16) as shown in FIGS. 13 (A), 13 (B), 14 (A), and 14 (B). Calculate and save in RAM 16c or the like. For example, the triangle [3, 2, 0] of the first triangle, the triangle [1, 4, 5], the triangle [1, 4, 0], the triangle [3, 2, 5], and the triangle of the second triangle ( 3, 2 , 0 ), the area of the triangle ( 1 , 4, 0 ) is P0 (x 0 , y 0 ), P1 (x 1 , y 1 ), P2 (x 2 , y 2 ), P3 (x 3 , Y 3 ), P 4 (x 4 , y 4 ), P 5 (x 5 , y 5 ), Q 0 (u 0 , v 0 ), Q 1 (u 1 , v 1 ), Q 2 (u 2 , v 2 ), It is calculated from Q3 (u 3 , v 3 ) and Q4 (u 4 , v 4 ).

ここで、図13(A)(B)および図14(A)(B)は、数式(16)のCryの分母分子における第1三角形および第2差角形の組み合わせを示している。 Here, FIGS. 13A and 13B and FIGS. 14A and 14B show combinations of the first triangle and the second difference angle in the Cry denominator of Equation (16).

次に、画像処理装置10が、第2方向(例えば、x方向)の三角形面積を算出し保存する(ステップS12)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、図15(A)(B)、図16(A)(B)に示すように、式(16)のCrxの三角形の面積を算出し、RAM16c等に保存する。例えば、第1三角形の三角形[4、3、0]、三角形[2、1、5]、三角形[2、1、0]、三角形[4、3、5]、および、第2三角形の三角形(4、3、0)、三角形(2、1、0)の面積が、P0(x、y)、P1(x、y)、P2(x、y)、P3(x、y)、P4(x、y)、P5(x、y)、Q0(u、v)、Q1(u、v)、Q2(u、v)、Q3(u、v)、Q4(u、v)から算出される。 Next, the image processing apparatus 10 calculates and stores a triangular area in the second direction (for example, the x direction) (step S12). Specifically, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 determines the area of the triangle of Crx in Expression (16) as shown in FIGS. 15 (A), 15 (B), 16 (A), and 16 (B). Calculate and save in RAM 16c or the like. For example, the triangle [4, 3, 0] of the first triangle, the triangle [2, 1, 5], the triangle [2, 1, 0], the triangle [4, 3, 5], and the triangle of the second triangle ( 4, 3 , 0 ), the area of the triangle ( 2 , 1 , 0 ) is P0 (x 0 , y 0 ), P 1 (x 1 , y 1 ), P 2 (x 2 , y 2 ), P 3 (x 3 , Y 3 ), P 4 (x 4 , y 4 ), P 5 (x 5 , y 5 ), Q 0 (u 0 , v 0 ), Q 1 (u 1 , v 1 ), Q 2 (u 2 , v 2 ), It is calculated from Q3 (u 3 , v 3 ) and Q4 (u 4 , v 4 ).

ここで、図15(A)(B)および図16(A)(B)は、数式(16)のCrxの分母分子における第1三角形および第2三角形の組み合わせを示している。 Here, FIGS. 15A and 15B and FIGS. 16A and 16B show combinations of the first triangle and the second triangle in the denominator of C rx in Expression (16).

なお、正面復元画像が、平行四辺形の場合、第1方向および第2方向は、平行四辺形の各辺に平行な方向である。   When the front restoration image is a parallelogram, the first direction and the second direction are directions parallel to the sides of the parallelogram.

次に、画像処理装置10が、平行四辺形領域の変換写像を生成する(ステップS13)。具体的には、画像処理装置10のシステム制御部16が、数式(27)(数式(24)、数式(26))における各係数を、第1方向の三角形の面積、第2方向の三角形の面積、および、Q1(u、v)、Q2(u、v)、Q3(u、v)、Q4(u、v)から算出して、平行四辺形領域の変換写像を生成する。 Next, the image processing apparatus 10 generates a conversion map of the parallelogram area (step S13). Specifically, the system control unit 16 of the image processing apparatus 10 calculates the coefficients in Equation (27) (Equation (24) and Equation (26)) as the triangle area in the first direction and the triangle in the second direction. Conversion of the parallelogram region by calculating from the area and Q1 (u 1 , v 1 ), Q2 (u 2 , v 2 ), Q3 (u 3 , v 3 ), Q4 (u 4 , v 4 ) Generate a map.

以上、本実施形態によれば、正面復元画像の第1四角形の各頂点(P1、P2、P3、P4)と第1点P0とから形成される複数の第1三角形と、原画像20において対応する第2四角形の各頂点(Q1、Q2、Q3、Q4)と第1点と対応する第2点Q0から形成される複数の第2三角形と、における面積複比から、原画像20から正面復元画像に変換する変換写像を生成し、生成した変換写像に基づき、正面復元画像の各画素P5に対応する原画像20の画素情報(Q5)を算出しているので、斜めから撮像された原画像20に対して歪みを補正した正面復元画像を簡便に得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the original image 20 corresponds to the plurality of first triangles formed from the vertices (P1, P2, P3, P4) of the first square of the front restoration image and the first point P0. Frontal reconstruction from the original image 20 from the area ratio of each vertex (Q1, Q2, Q3, Q4) of the second square to be formed and a plurality of second triangles formed from the second point Q0 corresponding to the first point Since a conversion map to be converted into an image is generated, and pixel information (Q5) of the original image 20 corresponding to each pixel P5 of the front restoration image is calculated based on the generated conversion map, the original image captured from an oblique direction A front-reconstructed image in which distortion is corrected with respect to 20 can be easily obtained.

数式(20)または数式(27)に示すように、射影行列成分の方程式の求解が不要で、計算量が少なくなる。また、計算の対象となる点が描画点P5以外は固定されているため描画制御が容易である。数式(20)または数式(27)に示すように、数式計算式が簡単なことにより、本願は従来法よりも計算簡単と制御容易である。そのため、本願は組み込み機器での応用に向いている。   As shown in Equation (20) or Equation (27), it is not necessary to solve the projection matrix component equation, and the amount of calculation is reduced. Further, since the calculation target points are fixed except for the drawing point P5, the drawing control is easy. As shown in the mathematical formula (20) or the mathematical formula (27), since the mathematical formula calculation formula is simple, the present application is easier to calculate and control than the conventional method. Therefore, the present application is suitable for application in an embedded device.

また、プログラミングにおいて、簡便な変換写像になるのでコーディングが容易になり、バグが少なくなる。また、対象が車両のナンバープレートの場合、歪みが補正されて、認識率を高くすることができる。   Moreover, since it becomes a simple conversion map in programming, coding becomes easy and bugs are reduced. Further, when the target is a vehicle license plate, the distortion is corrected and the recognition rate can be increased.

また、変換写像が、当該第1四角形の辺(例えば、辺P1P4等)と第1点(例えば、交点P0、描画点P5)とから形成される複数の第1三角形(例えば、三角形P1P4P0等)、および、第2四角形の辺(例えば、辺Q1Q4等)と第2点(例えば、交点Q0、描画対応点Q5)とから形成される複数の第2三角形(例えば、三角形Q1Q4Q0等)であって、当該形成された各第1三角形および当該各第2三角形の所定の組み合わせの結果における写像である場合、各第1三角形と各第2三角形とを組み合わせることにより、変換写像が簡略化される。   In addition, the transformation map includes a plurality of first triangles (for example, triangles P1P4P0 and the like) formed by the sides of the first square (for example, sides P1P4 and the like) and the first points (for example, intersection point P0 and drawing point P5). And a plurality of second triangles (for example, triangle Q1Q4Q0, etc.) formed from the sides of the second quadrangle (for example, side Q1Q4, etc.) and the second point (for example, intersection point Q0, drawing corresponding point Q5). In the case of a mapping as a result of a predetermined combination of each formed first triangle and each second triangle, the conversion mapping is simplified by combining each first triangle and each second triangle.

また、所定の組み合わせが、第1四角形が平行四辺形(例えば、長方形P1P2P3P4)であり、第1三角形が当該平行四辺形の平行する2辺を各第1底辺(例えば、辺P1P4、辺P2P3)とする三角形(例えば、三角形P1P4P5)であり、第2三角形が第2四角形(例えば、四角形Q1Q2Q3Q4)の対向する2辺であり当該第1底辺に対応する各第2底辺(例えば、辺Q1Q4、辺Q2Q3)とする三角形(例えば、三角形Q1Q4Q5)である場合(例えば、数式(15)数式(16)等に示される三角形の組み合わせの場合)、第1四角形が平行四辺形であるので、各辺に平行なスキャンラインYを設定することにより、スキャンラインにおける第1三角形の面積は等しいことから、面積複比における式が簡単化される。そして、各辺に平行な任意点において、これらの任意点と平行四辺形の横辺または縦辺の2頂点とから作られる三角形の面積は、三角形の面積は底辺と高さが変わらなければ同じであるということから、スキャンライン上の移動においても不変である。   In addition, in the predetermined combination, the first quadrangle is a parallelogram (for example, a rectangle P1P2P3P4), and the first triangle has two parallel sides of the parallelogram as the first bases (for example, the side P1P4 and the side P2P3). And the second triangle is the two opposite sides of the second quadrangle (eg, quadrangle Q1Q2Q3Q4) and each second base (eg, side Q1Q4, side) corresponding to the first base Q2Q3) is a triangle (for example, triangle Q1Q4Q5) (for example, in the case of a combination of triangles shown in Equation (15), Equation (16), etc.), the first rectangle is a parallelogram. By setting parallel scan lines Y, the area of the first triangle in the scan lines is equal, so the formula in area cross ratio is simplified.And at arbitrary points parallel to each side, the area of the triangle formed from these arbitrary points and the two vertices of the horizontal or vertical sides of the parallelogram is the same as long as the area of the triangle does not change from the base Therefore, the movement on the scan line is unchanged.

また、第1点が、正面復元画像おいて描画のための画素情報を求める描画点P5と、第1四角形の各頂点から規定される第1規定点(例えば、交点P0)とを含み、第2点が、原画像において描画点に対応する描画対応点Q5と、第1規定点に対応し、第2四角形の各頂点から規定される第2規定点(例えば、交点Q0)とを含む場合、第1規定点から形成される第1三角形と第2規定点から形成される第2三角形との面積複比をベースにして、与えられた描画点から形成される第1三角形と、求める描画対応点から形成される第2三角形との面積複比から、描画対応点を求める代数的な数式が決定し、描画対応点の画素情報から描画点の画素情報を容易に求めることができる。   In addition, the first point includes a drawing point P5 for obtaining pixel information for drawing in the front restoration image, and a first specified point (for example, the intersection point P0) defined from each vertex of the first square, When the two points include the drawing corresponding point Q5 corresponding to the drawing point in the original image and the second specified point (for example, the intersection point Q0) corresponding to the first specified point and defined from each vertex of the second quadrangle. A first triangle formed from a given drawing point based on an area ratio of a first triangle formed from the first specified point and a second triangle formed from the second specified point, and a desired drawing An algebraic formula for obtaining the drawing corresponding point is determined from the area ratio with the second triangle formed from the corresponding point, and the pixel information of the drawing point can be easily obtained from the pixel information of the drawing corresponding point.

また、第1規定点が、第1四角形の対角線の交点P0であり、第2規定点が、第2四角形の対角線の交点Q0である場合、復元する平行四辺形(長方形を含む)の対角線の交点位置は、その中点でもあることから、平行四辺形の上辺2頂点と交点からできる三角形と底辺2頂点と交点からできる三角形の面積は等しいことから、また、左辺2頂点と交点からできる三角形と右辺2頂点と交点からできる三角形の面積は等しいことから、面積複比における分子と分母の項で相殺され式が簡単化される。   Further, when the first specified point is the intersection point P0 of the diagonal lines of the first quadrangle and the second specified point is the intersection point Q0 of the diagonal lines of the second quadrangle, the parallelogram (including the rectangle) to be restored is restored. Since the intersection point is also the middle point, the area of the triangle formed by the top two vertices and the intersection of the parallelogram is equal to the area of the triangle formed by the bottom two vertices and the intersection, and the triangle formed by the left two vertices and the intersection Since the area of the triangle formed by the two vertices of the right side and the intersection is equal, the expression is simplified by canceling out the terms of the numerator and denominator in the area cross ratio.

また、変換写像が数式(27)の場合、射影行列成分の方程式の求解が不要となり、簡便な変換写像となる。   Further, when the conversion map is Equation (27), it is not necessary to find the equation of the projection matrix component, and a simple conversion map is obtained.

平行四辺形が長方形の例で説明すると、長方形内の任意の水平または垂直ライン(平行四辺形の各辺に平行なライン)上の任意点において、横辺または縦辺の2頂点と、この点とから作られる三角形の面積は、底辺と高さが変わらなければ同じであるということから、ライン上の移動においても不変である。つまり、必要な面積計算は、4頂点と交点との関係で作られる三角形の面積計算のみで済ますことができる。   In the case where the parallelogram is a rectangle, for example, at any point on any horizontal or vertical line in the rectangle (a line parallel to each side of the parallelogram) Since the area of the triangle formed from the same is the same as long as the base and the height do not change, the area on the line does not change. In other words, the necessary area calculation can be performed only by calculating the area of the triangle formed by the relationship between the four vertices and the intersection.

[4.変形例]
次に、被写体の対象が、非平行四辺形の場合について、図17および図18を用いて説明する。
[4. Modified example]
Next, a case where the subject is a non-parallelogram will be described with reference to FIGS. 17 and 18.

まず、図17(B)に示すように、正面復元画像における特徴となる4点(P1、P2、P3、P4)を対象に考える。   First, as shown in FIG. 17B, four points (P1, P2, P3, P4) that are features in the front restoration image are considered.

特徴点4点によって作られる対象の四辺形に対して、その対角線P1−P3と、P2―P4およびそれらの交点P0を設定する。   The diagonal lines P1-P3, P2-P4, and their intersection point P0 are set for the target quadrilateral created by the four feature points.

図17(B)に示すように、被写体の対角線について交点P0を中心として片側延長(P4→P’4、P3→P’3)して、交点P0までの距離P2P0とP’4P0が等しくなるようにする。距離P1P0とP’3P0も同様に等しくとる。そのようにして作られる四辺形P1P2P’3P’4は、平行四辺形である。   As shown in FIG. 17B, the distance P2P0 and P′4P0 to the intersection point P0 are equal by extending one side of the subject diagonal line from the intersection point P0 (P4 → P′4, P3 → P′3). Like that. Similarly, the distances P1P0 and P'3P0 are set equal. The quadrilaterals P1P2P'3P'4 thus produced are parallelograms.

そして、図17(A)に示すように、対応する斜め方向から撮影されて歪んだ四辺形(Q1Q2Q3Q4)に対して、その対角線Q1−Q3とQ2−Q4およびそれらの交点Q0を設定する。   Then, as shown in FIG. 17A, the diagonal lines Q1-Q3 and Q2-Q4 and their intersections Q0 are set for the quadrangle (Q1Q2Q3Q4) which is taken and distorted from the corresponding oblique direction.

一方、原画像側の対角線Q1Q3とQ2Q4の延長については、距離複比の原理を使う。つまり、正面復元画像側の4点(P1、P0、P4、P’4)と原画像側の3点(Q2、Q0、Q4)が確定していることから(数式(5))、拡張点Q’4の座標が求まる。同様に、拡張点Q’3の座標が求まる。   On the other hand, for the extension of the diagonal lines Q1Q3 and Q2Q4 on the original image side, the principle of distance cross ratio is used. That is, since four points (P1, P0, P4, P′4) on the front restoration image side and three points (Q2, Q0, Q4) on the original image side are determined (Formula (5)), the extension point The coordinates of Q′4 are obtained. Similarly, the coordinates of the extension point Q′3 are obtained.

そうすると、平行四辺形P1P2P’3P’4の辺P1P’4に平行(第1方向の一例)にスキャンラインYを設けることによって、垂直方向(第2方向の一例)の移動に対しては、辺P1P2に平行(第2方向の一例)にすることによって、三角形P5P’4P1について底辺×高さが変わらないなどのために、平行四辺形(長方形)と同様な方法が使える。   Then, by providing the scan line Y in parallel to the side P1P′4 of the parallelogram P1P2P′3P′4 (an example of the first direction), By making it parallel to P1P2 (an example of the second direction), the same method as that of the parallelogram (rectangle) can be used for the triangle P5P′4P1 so that the base × height does not change.

次に、図18(A)(B)に示すように、交点P0、交点Q0が、四角形の内部に存在しない場合でも、同様に、拡張点P’3、P’4と、これらに対応する拡張点Q’3、Q’4と平行四辺形P1P2P’3P’4とが求まる。   Next, as shown in FIGS. 18A and 18B, even when the intersection point P0 and the intersection point Q0 do not exist inside the quadrangle, similarly, the expansion points P′3 and P′4 correspond to these. Expansion points Q′3 and Q′4 and parallelograms P1P2P′3P′4 are obtained.

このように、正面復元画像から少なくとも4つの復元画像特徴点を抽出し、抽出された復元画像特徴点から、平行四辺形である前記第1四角形を生成する場合、対象が非平行四辺形でも適用できる。   In this way, when at least four restored image feature points are extracted from the front restored image, and the first quadrilateral that is a parallelogram is generated from the extracted restored image feature points, the target is also applied to a non-parallelogram. it can.

なお、ナンバープレート以外にも、縦横比がわかっている名刺、標識、メニュー、看板、免許証などの内容の機械認識、プロジェクターの台形歪み補正等にも適用できる。   In addition to the license plate, it can also be applied to machine recognition of contents such as business cards, signs, menus, signboards, licenses, etc. whose aspect ratio is known, and correction of keystone distortion of the projector.

さらに、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   Furthermore, the present invention is not limited to the above embodiments. Each of the embodiments described above is an exemplification, and any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and has the same operational effects can be used. It is included in the technical scope of the present invention.

1:画像処理システム
5:カメラ
10:画像処理装置
20:原画像
T:対象
P0:第1点、第1規定点
P5:第1点、描画点
Q0:第2点、第2規定点
Q5:第2点、描画対応点
1: Image processing system 5: Camera 10: Image processing device 20: Original image T: Object P0: First point, first specified point P5: First point, drawing point Q0: Second point, second specified point Q5: Second point, drawing correspondence point

Claims (10)

被写体の平面部における対象を斜め方向から撮影した原画像を取得する原画像取得手段と、
前記対象の正面復元画像の情報を取得する正面復元画像情報取得手段と、
前記原画像から、前記正面復元画像において第1四角形を形成する各頂点に対応する各特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、
前記第1四角形の各頂点と当該第1四角形を含む平面上の第1点とから形成される複数の第1三角形と、前記抽出した各特徴点と当該各特徴点を頂点とする第2四角形を含む平面上にあって前記第1点に対応する第2点から形成される複数の第2三角形と、における面積複比から、前記原画像から前記正面復元画像に変換する変換写像を生成する変換写像生成手段と、
前記変換写像に基づき、前記正面復元画像の各画素に対応する前記原画像の画素情報を算出する画素情報算出手段と、
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
Original image acquisition means for acquiring an original image obtained by photographing an object in a plane portion of a subject from an oblique direction;
Front restoration image information acquisition means for acquiring information of the target front restoration image;
Feature point extraction means for extracting each feature point corresponding to each vertex forming the first square in the front restoration image from the original image;
A plurality of first triangles formed from the vertices of the first quadrangle and a first point on a plane including the first quadrangle; a second quadrangle having the extracted feature points and the feature points as vertices; A conversion map for converting the original image into the front-reconstructed image is generated from the area ratio of the plurality of second triangles formed from the second points corresponding to the first points. Conversion map generation means;
Pixel information calculation means for calculating pixel information of the original image corresponding to each pixel of the front restoration image based on the converted map;
An image processing apparatus comprising:
請求項1に記載の画像処理装置において、
前記変換写像は、当該第1四角形の辺と前記第1点とから形成される複数の前記第1三角形、および、前記第2四角形の辺と前記第2点とから形成される複数の前記第2三角形であって、当該形成された各第1三角形および当該各第2三角形の所定の組み合わせの結果における写像であることを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 1.
The transformation map includes a plurality of the first triangles formed from the sides of the first quadrangle and the first point, and a plurality of the first triangles formed from the side of the second quadrangle and the second point. An image processing apparatus comprising two triangles, which is a mapping of a result of a predetermined combination of each of the formed first triangles and each of the second triangles.
請求項2に記載の画像処理装置において、
前記所定の組み合わせにおいて、前記第1四角形が平行四辺形であり、前記第1三角形が当該平行四辺形の平行する2辺を各第1底辺とする三角形であり、前記第2三角形が前記第2四角形の対向する2辺であり当該第1底辺に対応する各第2底辺とする三角形であることを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 2,
In the predetermined combination, the first quadrangle is a parallelogram, the first triangle is a triangle having two parallel sides of the parallelogram as first bases, and the second triangle is the second An image processing apparatus, wherein the image processing apparatus is a triangle having two opposite sides of a quadrangle and each second base corresponding to the first base.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記第1点が、前記正面復元画像おいて描画のための画素情報を求める描画点と、前記第1四角形の各頂点から規定される第1規定点とを含み、
前記第2点が、前記原画像において前記描画点に対応する描画対応点と、前記第1規定点に対応し、前記第2四角形の各頂点から規定される第2規定点とを含むことを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The first point includes a drawing point for obtaining pixel information for drawing in the front restoration image, and a first prescribed point defined from each vertex of the first quadrangle,
The second point includes a drawing correspondence point corresponding to the drawing point in the original image and a second prescribed point corresponding to the first prescribed point and defined from each vertex of the second rectangle. A featured image processing apparatus.
請求項4に記載の画像処理装置において、
前記第1規定点が、前記第1四角形の対角線の交点であり、
前記第2規定点が、前記第2四角形の対角線の交点であることを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 4.
The first prescribed point is an intersection of diagonal lines of the first quadrangle;
The image processing apparatus, wherein the second specified point is an intersection of diagonal lines of the second quadrangle.
請求項5に記載の画像処理装置において、
前記描画対応点の座標を座標(u、v)と表記し、
前記第2四角形の各頂点の座標を、前記第2四角形において所定の周り方向に番号付けした座標(u、v)(u、v)(u、v)、(u、v)と表記し、
当該各座標(u、v)(u、v)(u、v)、(u、v)に対応する前記第1四角形の各頂点により形成される前記第1三角形の各面積を[ijk](i=1、2、3、j=1、2、3、k=1、2、3)と表記した場合、
前記変換写像は、
Figure 2015114949
であることを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 5.
The coordinates of the drawing corresponding point are expressed as coordinates (u 5 , v 5 ),
Coordinates (u 1 , v 1 ) (u 2 , v 2 ) (u 3 , v 3 ), (u 4 ), which are the numbers of the vertices of the second square numbered in a predetermined circumferential direction in the second square. , V 4 )
The first triangle formed by the vertices of the first rectangle corresponding to the coordinates (u 1 , v 1 ) (u 2 , v 2 ) (u 3 , v 3 ), (u 4 , v 4 ) Is expressed as [ijk] (i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3, k = 1, 2, 3),
The transformation map is
Figure 2015114949
An image processing apparatus characterized by the above.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記正面復元画像から少なくとも4つの復元画像特徴点を抽出する復元画像特徴点抽出手段と、
前記復元画像特徴点から、平行四辺形である前記第1四角形を生成する平行四辺形生成手段と、
を更に備えたことを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
Restored image feature point extracting means for extracting at least four restored image feature points from the front restored image;
Parallelogram generating means for generating the first quadrangle that is a parallelogram from the restored image feature points;
An image processing apparatus further comprising:
画像処理装置が画像を処理する画像処理方法であって、
被写体の平面部における対象を斜め方向から撮影した原画像を取得する原画像取得ステップと、
前記対象の正面復元画像の情報を取得する正面復元画像情報取得ステップと、
前記原画像から、前記正面復元画像において第1四角形を形成する各頂点に対応する各特徴点を抽出する特徴点抽出ステップと、
前記第1四角形の各頂点と当該第1四角形を含む平面上の第1点とから形成される複数の第1三角形と、前記抽出した各特徴点と当該各特徴点を頂点とする第2四角形を含む平面上にあって前記第1点に対応する第2点から形成される複数の第2三角形と、における面積複比から、前記原画像から前記正面復元画像に変換する変換写像を生成する変換写像生成ステップと、
前記変換写像に基づき、前記正面復元画像の各画素に対応する前記原画像の画素情報を算出する画素情報算出ステップと、
を含むことを特徴とする画像処理方法。
An image processing method in which an image processing apparatus processes an image,
An original image acquisition step of acquiring an original image obtained by photographing an object in a plane portion of a subject from an oblique direction;
A front restoration image information acquisition step of acquiring information of the target front restoration image;
A feature point extracting step of extracting each feature point corresponding to each vertex forming the first square in the front restoration image from the original image;
A plurality of first triangles formed from the vertices of the first quadrangle and a first point on a plane including the first quadrangle; a second quadrangle having the extracted feature points and the feature points as vertices; A conversion map for converting the original image into the front-reconstructed image is generated from the area ratio of the plurality of second triangles formed from the second points corresponding to the first points. A conversion map generation step;
A pixel information calculation step for calculating pixel information of the original image corresponding to each pixel of the front restoration image based on the conversion map;
An image processing method comprising:
コンピュータを、
被写体の平面部における対象を斜め方向から撮影した原画像を取得する原画像取得手段、
前記対象の正面復元画像の情報を取得する正面復元画像情報取得手段、
前記原画像から、前記正面復元画像において第1四角形を形成する各頂点に対応する各特徴点を抽出する特徴点抽出手段、
前記第1四角形の各頂点と当該第1四角形を含む平面上の第1点とから形成される複数の第1三角形と、前記抽出した各特徴点と当該各特徴点を頂点とする第2四角形を含む平面上にあって前記第1点に対応する第2点から形成される複数の第2三角形と、における面積複比から、前記原画像から前記正面復元画像に変換する変換写像を生成する変換写像生成手段、および、
前記変換写像に基づき、前記正面復元画像の各画素に対応する前記原画像の画素情報を算出する画素情報算出手段として機能させる画像処理装置用プログラム。
Computer
Original image acquisition means for acquiring an original image obtained by photographing an object in a plane portion of a subject from an oblique direction;
Front restoration image information acquisition means for acquiring information of the target front restoration image;
Feature point extracting means for extracting each feature point corresponding to each vertex forming the first square in the front restoration image from the original image;
A plurality of first triangles formed from the vertices of the first quadrangle and a first point on a plane including the first quadrangle; a second quadrangle having the extracted feature points and the feature points as vertices; A conversion map for converting the original image into the front-reconstructed image is generated from the area ratio of the plurality of second triangles formed from the second points corresponding to the first points. Conversion map generation means, and
A program for an image processing apparatus that functions as pixel information calculation means for calculating pixel information of the original image corresponding to each pixel of the front restoration image based on the conversion map.
コンピュータを、
被写体の平面部における対象を斜め方向から撮影した原画像を取得する原画像取得手段、
前記対象の正面復元画像の情報を取得する正面復元画像情報取得手段、
前記原画像から、前記正面復元画像において第1四角形を形成する各頂点に対応する各特徴点を抽出する特徴点抽出手段、
前記第1四角形の各頂点と当該第1四角形を含む平面上の第1点とから形成される複数の第1三角形と、前記抽出した各特徴点と当該各特徴点を頂点とする第2四角形を含む平面上にあって前記第1点に対応する第2点から形成される複数の第2三角形と、における面積複比から、前記原画像から前記正面復元画像に変換する変換写像を生成する変換写像生成手段、および、
前記変換写像に基づき、前記正面復元画像の各画素に対応する前記原画像の画素情報を算出する画素情報算出手段として機能させる画像処理装置用プログラムがコンピュータ読み取り可能に記録された記録媒体。
Computer
Original image acquisition means for acquiring an original image obtained by photographing an object in a plane portion of a subject from an oblique direction;
Front restoration image information acquisition means for acquiring information of the target front restoration image;
Feature point extracting means for extracting each feature point corresponding to each vertex forming the first square in the front restoration image from the original image;
A plurality of first triangles formed from the vertices of the first quadrangle and a first point on a plane including the first quadrangle; a second quadrangle having the extracted feature points and the feature points as vertices; A conversion map for converting the original image into the front-reconstructed image is generated from the area ratio of the plurality of second triangles formed from the second points corresponding to the first points. Conversion map generation means, and
A recording medium on which is recorded a computer-readable program for an image processing device that functions as pixel information calculation means for calculating pixel information of the original image corresponding to each pixel of the front restoration image based on the converted map.
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