JP2015207802A - 画像処理装置および画像処理方法 - Google Patents

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Kazuhiro Shimauchi
和博 嶋内
伸穂 池田
Nobuo Ikeda
伸穂 池田
靖二郎 稲葉
Yasujiro Inaba
靖二郎 稲葉
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Abstract

【課題】演算量を抑制しながら合成性能の高いパノラマ動画生成を可能にする。
【解決手段】位置ずれ量取得部により、カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画像および第2の動画像から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する。フレーム選択部により、複数フレームから上記所定数のフレームを選択する。例えば、フレーム選択部は、センサ出力および/または画像処理結果に基づいて、所定数のフレームを選択する。画像合成部は、所定数のフレームの位置ずれ量に基づいて、第1の動画像および第2の動画像を合成してパノラマ画像を得る。
【選択図】図3

Description

本技術は、画像処理装置および画像処理方法に関し、特に、オーバーラップ領域を含む複数の動画像を処理する画像処理装置および画像処理方法に関する。
複数の動画を用いたパノラマ動画生成を行う場合、全てのフレームに対して位置ずれ量算出処理を行うことは、性能および演算コスト上、現実的でない。例えば、特許文献1には、最初のフレームに対して位置ずれ量算出を行い、それ以降はフレーム間の動き検出結果をもとに位置ずれ量を補正することで解決を試みている。
特許第4577765号公報
特許文献1に記載される技術では、位置合わせに使用する領域を限定していない。そのため、動画同士の重なり部分以外の情報を用いて位置ずれ量算出を行うことにより、位置ずれ量算出の性能が低下し、また、演算も全面処理のため演算コストが高くなる。また、特許文献1に記載される技術では、毎フレーム補正をかける。そのため、ベクトルがフレームごとにばらつくと映像が揺れ、見づらいものとなり、また、演算も毎フレーム処理のため演算コストが高くなる。
本技術の目的は、演算量を抑制しながら合成性能の高いパノラマ動画生成を行い得るようにすることにある。
本技術の概念は、
カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画像および第2の動画像から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得部と、
上記複数フレームから上記所定数のフレームを選択するフレーム選択部を備える
画像処理装置にある。
本技術において、位置ずれ量取得部により、カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画像および第2の動画像から所定数のフレームの位置ずれ量が取得される。フレーム選択部により、複数フレームから所定数のフレームが選択される。例えば、フレーム選択部は、センサ出力および/または画像処理結果に基づいて、所定数のフレームを選択する、ようにされてもよい。この場合、例えば、フレーム位置ずれ量の算出性能の観点などから所定数のフレームが選択される。例えば、動画像のNフレームからなるとき、Mフレーム(N>M)が選択される。
例えば、フレーム選択部は、所定数のフレームとして、近接被写体の少ないフレームを選択する、ようにされてもよい。また、例えば、フレーム選択部は、所定数のフレームとして、カメラ位置が安定化したフレームを選択する、ようにされてもよい。また、例えば、フレーム選択部は、所定数のフレームとして、高周波数成分を多く持つフレームを選択する、ようにされてもよい。
また、例えば、フレーム選択部は、所定数のフレームとして、信頼度の高いフレームを選択する、ようにされてもよい。また、例えば、フレーム選択部は、所定数のフレームとして、位置ずれ量の近いフレームを選択する、ようにされてもよい。また、例えば、フレーム選択部は、所定数のフレームとして、位置ずれ量をクラス分類し、所定のクラスに属する位置ずれ量を持つフレームを選択する、ようにされてもよい。
また、例えば、フレーム選択部は、所定数のフレームとして、任意の連続するフレームを選択する、ようにされてもよい。また、例えば、フレーム選択部は、所定数のフレームとして、任意の間隔のフレームを選択する、ようにされてもよい。また、例えば、フレーム選択部は、所定数のフレームとして、最初および/または最後の一定期間のフレームは選択しない、ようにされてもよい。
このように本技術においては、複数のフレームのうち選択された所定数のフレームの位置ずれ量が取得されるものである。そのため、位置ずれ量を得るための演算コストの低下が可能となる。また、位置ずれ量として高精度の位置ずれ量のみを取得することが可能となる。
なお、本技術において、例えば、所定数のフレームの位置ずれ量に基づいて、第1の動画像および第2の動画像を合成してパノラマ画像を得る画像合成部をさらに備える、ようにされてもよい。この場合、例えば、所定数が複数であるとき、所定数の位置ずれ量から一つまたは複数の位置ずれ量を求め、この一つまたは複数の位置ずれ量を用いる、ようにされてもよい。この場合、演算量を抑制しながら合成性能の高いパノラマ動画生成が可能となる。
また、本技術において、例えば、位置ずれ量取得部は、第1の動画像および第2の動画像の空間周波数を合わせる処理を行ってから位置ずれ量を求める、ようにされてもよい。この場合、位置ずれ量の検出性能を高めることが可能となる。
また、本技術の他の概念は、
カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画像および第2の動画像から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得部と、
上記複数フレームから上記所定数のフレームを選択するフレーム選択部と、
上記所定数のフレームの位置ずれ量に基づいて、上記第1の動画像および上記第2の動画像を合成してパノラマ画像を得る画像合成部を備える
画像処理装置にある。
本技術において、位置ずれ量取得部により、カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画像および第2の動画像から所定数のフレームの位置ずれ量が取得される。この所定数のフレームは、フレーム選択部により、複数フレームから、例えば、フレーム位置ずれ量の算出性能の観点などに基づいて選択される。画像合成部により、所定数のフレームの位置ずれ量に基づいて、第1の動画像および上記第2の動画像が合成されてパノラマ画像が得られる。
このように本技術においては、複数のフレームのうち選択された所定数のフレームの位置ずれ量が取得され、その位置ずれ量に基づいて動画像の合成が行われるものである。そのため、演算量を抑制しながら合成性能の高いパノラマ動画生成が可能となる。
なお、本技術において、例えば、位置ずれ量取得部は、第1の動画像および第2の動画像の空間周波数を合わせる処理を行ってから位置ずれ量を求める、ようにされてもよい。また、本技術において、例えば、画像合成部は、所定数が複数であるとき、所定数の位置ずれ量から一つまたは複数の位置ずれ量を求め、この一つまたは複数の位置ずれ量を用いる、ようにされてもよい。
本技術によれば、演算量を抑制しながら合成性能の高いパノラマ動画生成が可能となる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
第1の実施の形態としてのパノラマ動画生成装置の構成例を示すブロック図である。 複数の動画からのパノラマ動画の生成を説明するための図である。 パノラマ動画生成装置の位置ずれ量取得部および画像合成部の具体的な構成の一例を示すブロック図である。 部分領域切り出し部の処理を説明するための図である。 スコア算出部およびフレーム選択部における処理の一例を示すフローチャートである。 2台のカメラA,Bで2つの動画を撮影する際に近接被写体が存在する様子を示す図である。 近接被写体が存在する場合において撮影された動画Va,Vbの一例を示す図である。 フレーム選択部における処理の一例を示すフローチャートである。 パノラマ動画生成装置の位置ずれ量取得部および画像合成部の具体的な構成の他の一例を示すブロック図である。 パノラマ動画生成装置をソフトウェアで構成する場合に使用するコンピュータの一例を示す図である。 コンピュータにおけるパノラマ画像生成処理の一例を示すフローチャートである。 コンピュータにおけるパノラマ画像生成処理の他の一例を示すフローチャートである。 コンピュータにおけるパノラマ画像生成処理の他の一例を示すフローチャートである。 コンピュータにおけるパノラマ画像生成処理の他の一例を示すフローチャートである。 第2の実施の形態としてのパノラマ動画生成装置の構成例を示すブロック図である。 隣接する第1のカメラおよび第2のカメラでそれぞれ撮像された2つの画像Va,Vbの一例を示す図である。 空間周波数特性が合わせられた後の2つの画像Va,Vbの一例を示す図である。
以下、発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」とする)について説明する。なお、説明を以下の順序で行う。
1. 第1の実施の形態
2. 第2の実施の形態
3.変形例
<1.第1の実施の形態>
[パノラマ動画生成装置の構成例]
図1は、第1の実施の形態としてのパノラマ動画生成装置100の構成例を示している。このパノラマ動画生成装置100は、図2(a)に示すように、複数のそれぞれNフレームからなる動画v,v+1,v+2,v+3,・・・に対して位置合わせを行って合成し、図2(b)に示すように、Nフレームからなるパノラマ動画を生成する。
このパノラマ動画生成装置100は、位置ずれ量取得部101と、画像合成部102を有している。位置ずれ量取得部101は、複数の動画 v,v+1,v+2,v+3,・・・のそれぞれ隣接する2つの動画(第1の動画、第2の動画)を対象として、Nフレームから選択された所定数のフレームの位置ずれ量を取得する。画像合成部102は、隣接する2つの動画毎に、位置ずれ量取得部101で取得された所定数のフレームの位置ずれ量を参照して位置合わせを行って合成し、パノラマ動画PVを生成する。
図3は、パノラマ動画生成装置100の位置ずれ量取得部101および画像合成部102の具体的な構成の一例を示している。ここでは、説明を簡単にするため、2つの動画Va,Vbを合成してパノラマ動画PVを生成する例とする。
位置ずれ量取得部101は、部分領域切り出し部111と、歪補正部112と、投影変換部113と、位置ずれ量算出部114と、位置ずれ量安定化部115と、スコア算出部116と、フレーム選択部117を有している。また、画像合成部102は、歪補正部121と、投影変換部122と、パノラマ合成部123を有している。
部分領域切り出し部111は、カメラAで撮影された動画Vaと、カメラBで撮影された動画Vbを入力とし、図4に示すように、互いに重なっていると推察される領域(ハッチング部分)を切り出す。Raは動画Vaの切り出し領域を示し、Rbは動画Vbの切り出し領域を示す。
ここで、切り出し領域として、厳密に重なっている領域を算出する必要はない。例えば、動画Vaと動画Vbを撮影した時の2台のカメラ間の設置角度やカメラ内部パラメータ(レンズ歪やその他カメラ固有の情報)を基に事前におおよその重なる領域を求めておいてもよい。あるいは、全領域に対する任意の割合を切り出し領域としてもよい。この切り出しにより、後述する位置ずれ量算出に不要な領域を減らすことができ、性能の向上、および後続の処理における演算コストの削減が可能となる。
歪補正部112は、部分領域切り出し部111で切り出された切り出し領域Ra,Rbに対して歪補正を行う。ここで、歪には、カメラのレンズ歪やイメージセンサの設置誤差に起因するものなどがある。歪補正部112は、切り出し領域Ra,Rbが、動画Va,Vbのどの領域に位置していたかを考慮して、歪補正を行う。
投影変換部113は、歪補正部112で歪補正された切り出し領域Ra,Rbに投影変換を行う。ここで、投影変換には、例えば、平面から平面、円筒面、球面への処理などがある。生成したいパノラマ動画によって所望の処理おこなう。ユーザが投影変換の種類、方法を選択してもよい。あるいは、各カメラの画角や設置条件から判別して適切な投影変換を自動選択してもよい。投影変換部113は、切り出し領域Ra,Rbが、動画Va,Vbのどの領域に位置していたかを考慮して、投影変換を行う。
位置ずれ量算出部114は、投影変換部113で投影変換された切り出し領域Ra,Rbのフレーム毎の位置合わせを行って、位置ずれ量および位置ずれ量の信頼度を求める。位置合わせは、例えば、ブロックマッチングによる方法や特徴点マッチングによる方法などがある。位置ずれ量は、位置合わせの結果得られる動画Vaと動画Vbのずれを示すもので、例えば、ベクトルや射影行列などで表される。
位置ずれ量の信頼度は、例えば、ベクトルや射影行列などを算出する際の特徴点の空間的な偏り具合やフレーム内のローカルなベクトルのばらつきの程度を示す値である。この信頼度は、例えば、特徴点を空間的に偏りなく検出できていたり、動画Vaを射影変換して動画Vbと差分を取った結果が小さかったり(動画Vaと動画Vbを入れ替えても良い)、全体的に同じような方向・大きさのローカルベクトルを検出できているほど、高い値を示すようにする。
位置ずれ安定化部115は、所定数のフレームで算出された位置ずれ量、例えば、Mフレーム(M枚のフレーム)の位置ずれ量から、L個(1≦L≦M)の安定化された位置ずれ量を算出する。安定化は、例えば、Mフレームの位置ずれ量の平均(あるいは加重平均)を取る、M個の位置ずれ量のうちばらつきの大きいものを除外した後に平均(あるいは加重平均)を取る、Mフレームの位置ずれ量を任意の基準でクラス分類して任意のクラスを選択してそのクラス内の位置ずれ量の平均(あるいは加重平均)を取る、などの方法が挙げられる。この際に、除外や重みづけには、位置ずれ量の信頼度を用いてもよい。
フレーム選択部117は、上述したように、各動画がそれぞれNフレームからなる場合において、位置ずれ量を算出すべきM枚のフレームを選択する。例えば、フレーム選択部117は、スコア算出部116で算出するスコアに基づいて、位置ずれ量算出性能の観点から適切なMフレームを選択する、つまり得意な順にMフレームを抽出し、苦手なフレームを除外する。 また、例えば、フレーム選択部117は、ユーザの設定操作に基づいて、Mフレームを選択する
フレーム選択部117におけるフレーム選択の判断基準には、例えば、以下のいずれかひとつまたは複数が含まれる。
(1)近接被写体が含まれていないフレーム
(2)イレギュラーなカメラワークをしていないフレーム
(3)ブレ・ボケの小さなフレーム
(4)信頼性の高い位置ずれ量をもつフレーム
(5)位置ずれ量が他のフレームのものから大きく外れていないものをもつフレーム
(6)クラス分類し、任意のクラスに属するものをもつフレーム
(7)任意の連続するM枚のフレーム
(8)任意の間隔(不変、可変)のM枚のフレーム
上述の判断基準のために、スコア算出部116には、例えば、投影変換部113から出力される動画、位置ずれ量算出部114で算出される位置ずれ量や信頼性情報、センサ情報、イレギュラーなカメラワークなどを示す制御情報等が供給される。また、フレーム選択部117には、例えば、スコア算出部116で算出されたスコアの他に、例えば、ユーザにより設定される、選択すべきフレーム数、選択すべきフレームの間隔、除外すべき最初、最後の区間、クラスなどの情報が供給される。
スコア算出部116は、例えば、上述の(1)〜(5)について、それぞれ、フレームごとにスコアを算出し、フレーム選択部117は、例えば、その算出スコアに基づいてM枚のフレームを選択する。
図5のフローチャートは、スコア算出部116およびフレーム選択部117における処理の一例を示している。まず、ステップST1において、処理が開始される。次に、ステップST2において、(1)〜(5)の任意の一つまたは複数のスコアが、フレーム単位で算出される。次に、ステップST3において、複数のスコアが算出される場合には、スコアの線形結合がなされる。ここで、線形結合は、例えば、平均あるいは荷重平均などによる結合を意味する。次に、ステップST4において、スコアの高い順にM枚のフレームが選択される。そして、ステップST5において、処理が終了される。
個々の判断基準についてさらに説明する。
「(1)近接被写体が含まれていないフレーム」
複数のカメラでの撮影時に、カメラ間に近接被写体が存在すると、撮影された動画間に異なる映像が存在し、位置ずれ量の算出が困難になる。図6(a)は、2台のカメラA,Bで2つの動画Va,Vbを撮影する際に近接被写体が存在する様子を示している。被写体bはカメラBの画角に入っているが、カメラAの画角には入っていない。
そのため、撮影された動画Va,Vbは、図7に示すようになる。この場合、被写体bは動画Vbにしか存在しない。さらに、動画Vaと動画Vbに共通に存在している被写体aは、動画Vbにおいて被写体bに大部分が遮られてしまっている。このように、重なり領域の多くの領域を近接被写体が占めてしまうと、動画Vaと動画Vbで位置合わせをすることが困難になる。
したがって、近接被写体が存在するフレームを、位置ずれ量算出の対象から除くことが望ましい。例えば、カメラの前を人が通り過ぎた場合などが典型的な例である。近接被写体の検出は、例えば、撮影時のカメラのセンサ情報を用いたり、左右の動画の差分や相関を用いたり、認識技術を用いたりすることで実現できる。スコア算出部116は、その検出結果を用いて、例えば、近接被写体の占める割合が大きいほどスコアが低くなるようにする。
「(2)イレギュラーなカメラワークをしていないフレーム」
撮影時にカメラは、定点であっても、移動してもよい。ただし、カメラワークが連続的ではなく、突発的な動作をしたり、大きな手振れのようなものが生じたりした場合、カメラの画角に該当フレームの前後とは異なる映像が入り、これによって位置ずれ量も特異なものが発生し、位置ずれ量の安定化が困難になることがある。
そのため、イレギュラーなカメラワークをしているフレームは除外することが望ましい。イレギュラーなカメラワークの検出は、カメラのジャイロ等のセンサ情報を記録しておいてもよいし、画像処理によって、動きベクトルや画像の統計の変化を見ることで実現できる。スコア算出部116は、その検出結果を用いて、例えば、前後または任意の期間の周囲のフレームとの変化が大きいほどスコアが低くなるようにする。
「(3)ブレ・ボケの小さなフレーム」
手振れによるブレ、被写体の動きによるブレ、ピントのズレ、などによって画像にボケが生じると位置ずれ量算出が困難になる場合がある。そのため、このようなフレームは位置ずれ量算出の対象から除外することが望ましい。手振れの検出は、カメラによる撮影時のジャイロ等のセンサの情報などから得ることができる。ピントのズレは、カメラによる撮影時のセンサやフォーカス制御の情報などから得ることができる。
また、手振れによるブレ、被写体の動きによるブレ、ピントのズレ、などに共通して、撮影された映像から結果としてどの程度ボケが生じたかを算出できる。例えば、信号の高域成分の有無で確認できる。スコア算出部116は、これらの情報から、ブレ・ボケを検知し、ブレ・ボケが大きいほど、スコアが低くなるようにする。
「(4)信頼性の高い位置ずれ量をもつフレーム」
位置ずれ量の信頼性とは、位置ずれ量算出部114で算出される値である。スコア算出部116は、この値が高いほどスコアを高くするようにする。例えば、位置ずれ量算出部114は、2画像間の絵柄のフィッティングを行うための射影行列を計算し、さらに、この射影行列を解析して位置ずれ量を求めるが、このフィッティングの誤差を重みに変換して信頼性とする。
「(5)位置ずれ量が他のフレームのものから大きく外れていないものをもつフレーム」
位置ずれ量算出部114が出力する、注目のフレームの位置ずれ量が他のフレームのものから大きく外れている場合、そのフレームにおける位置ずれ量算出が正しく行われていない可能性がある。そのため、除外することが望ましい。位置ずれ量の他のフレームからの外れ度合いは、フレーム間で微分を取ってもよいし、全体または局所的な平均からの差分絶対値あるいは差分の二乗などで定量化することが可能である。スコア算出部116は、この外れ度合いが大きいほどスコアを小さくするようにする。
「(6)クラス分類し、任意のクラスに属するものをもつフレーム
フレーム選択部117は、任意の基準でクラス分類し、分類された複数のクラスから任意のクラスを選択し、その中からM枚のフレームを選択する。この場合、最終的に選択すべきクラスの情報は、例えば、ユーザにより与えられる。
クラス分類の基準には、例えば、フレーム間で類似の位置ずれ量をもつフレーム同士を同じクラスとして分類することが挙げられる。任意のクラスの選択は、例えば、最も多い数のフレームを持つクラスを選択することが挙げられる。なお、選択したクラスからM枚のフレームを選択する方法は、例えば、前述のスコアを用いる方法が挙げられる。
図8のフローチャートは、フレーム選択部117における処理の一例を示している。まず、ステップST11において、処理が開始される。次に、ステップST12において、クラス分類が行われる。次に、ステップST13において、任意のクラスが選択される。次に、ステップST14において、選択されたクラスの中からM枚のフレームが選択される。そして、ステップST15において、処理が終了される。
「(7)任意の連続するM枚のフレーム」
フレーム選択部117は、任意の連続するM枚のフレームを選択する。フレーム選択部117は、例えば、(1)〜(5)の任意のスコアをフレームごとに算出して連続するM枚のフレームで合算し、最もスコアが高くなる区間(M枚のフレーム)を選択する。あるいは、フレーム選択部117は、ユーザが指定する連続するM枚のフレームの区間を選択する。
「(8)任意の間隔(不変、可変)のM枚のフレーム」
フレーム選択部117は、任意の間隔(不変、可変)のM枚のフレームを選択する。フレーム選択部117は、例えば、(1)〜(5)の任意のスコアを任意の間隔でフレームごとに算出してM枚のフレームで合算し、最もスコアが高くなる間隔を選択する。一定間隔でもよいし、間隔に変化を持たせてもよい。もしくは、ユーザが間隔を指定してもよい。
なお、図3の構成例では、部分切り出し、歪補正、投影変換、位置ずれ量算出の順に処理を行うようになっているが、必ずしもこの順番に処理が行われなくてもよい。例えば、歪補正、投影変換がされた後に、部分切り出しが行われる構成も考えられる。また、M枚のフレームが選択されてからそのM枚のフレームの位置ずれ量が算出される場合、全てのフレームで位置ずれ量が算出されてからM枚のフレームが選択される場合もある。
歪補正部121は、動画Va,Vbに対して、上述の歪補正部112と同様の歪補正を行う。投影変換部122は、歪補正された動画Va,Vbに対して、上述の投影変換部113と同様の歪補正を行う。パノラマ合成部123は、位置ずれ量安定化部115で得られるL個(1≦L≦M)の安定化された位置ずれ量に基づいて、動画Vaと動画Vbを合成し、パノラマ動画PVの生成を行う。
例えば、L=1の場合は、一つの位置ずれ量を全フレームの合成に適用する。また、例えば、L>1の場合は、位置ずれ量のないフレームに関しては補間し、位置ずれ量が緩やかに変化するようにする(シーンチェンジ除く)。画像のスティッチ処理(重なり領域の合成処理)は、例えば、動画Vaと動画Vbをブレンドする、または、いずれか片方の動画を使用する。
図9は、パノラマ動画生成装置100の位置ずれ量取得部101および画像合成部102の具体的な構成の他の一例を示している。この図9において、図3と対応する部分には同一符号を付し、詳細説明は省略する。位置ずれ量取得部101が、スコア算出部116を有しない例である。この例の場合、フレーム選択部117におけるフレーム選択の判断基準は、例えば、上述の(6)〜(8)となる。その他の構成は、図3の構成と同じである。
なお、パノラマ動画生成装置100(図3、図9参照)は、ハードウェアで構成できる他、ソフトウェアで構成することもできる。例えば、図10に示すような、一般的なコンピュータ(モバイル機器、ネットワークで接続された機器、クラウドも含む)300上で、プログラムを実行することによって実現可能である。
コンピュータ300は、CPU(Central Processing Unit)311と、GPU(Graphics Processing Unit)312と、記憶装置313と、入力装置314と、出力装置315と、通信装置316が、バス317に接続されて構成されている。入力装置314は、キーボード、マウス、マイクロホン等により構成されている。出力装置315は、ディスプレイ、スピーカ等により構成されている。
記憶装置313は、HDD(Hard Disk Drive)、不揮発性メモリ等により構成されている。この記憶装置313に、部分領域切り出しプログラム、歪補正プログラム、投影変換プログラム、位置ずれ量算出プログラム、位置ずれ量安定化プログラム、フレーム選択プログラム、パノラマ合成プログラムなどが格納されている。コンピュータ300は、任意のプログラムの組み合わせで実施することが可能である。
図11のフローチャートは、コンピュータ300におけるパノラマ画像生成処理の一例を示している。この処理例では、先頭からM枚のフレームを使用して位置ずれ量を算出し、安定化してパノラマ動画生成を行うものであって、フレーム選択の判断基準として、上述の(7)を利用したケースである。なお、歪補正および投影変換は必要に応じて実施する(不要な場合は実施しなくてもよい)。
コンピュータ300は、ステップST21において、処理を開始する。その後、コンピュータ300は、ステップST22において、動画Vaと動画Vbのそれぞれ先頭のM枚のフレームを選択する。ただし、この場合、最初の一定区間は不安定な区間であるとして、除くようにされてもよい。
次に、コンピュータ300は、ステップST23において、動画Vaと動画VbのそれぞれM枚のフレームに対して部分領域Ra,Rbを切り出す(図4参照)。次に、コンピュータ300は、ステップST24において、部分領域Ra,Rbに対して歪補正を行う。そして、コンピュータ300は、ステップST25において、歪補正された部分領域Ra,Rbに対して投影変換を行う。
次に、コンピュータ300は、ステップST26において、ステップST22で選択されたM枚のフレームの位置ずれ量を算出する。ここで、コンピュータ300は、例えば、SIFT,SURF,BRISK,HOG,LBPなどの、領域で特徴量を得るアルゴリズムを用いて、特徴量を検出する。そして、コンピュータ300は、この検出された特徴量を利用したマッチング処理を行って、部分領域Ra,Rbの位置ずれ量を算出する。そして、コンピュータ300は、ステップST27において、位置ずれ量の安定化を行い、安定化したL個(1≦L≦M)の位置ずれ量を得る。
また、コンピュータ300は、ステップST21で処理を開始した後に、ステップST28において、動画Vaと動画VbのそれぞれN枚のフレーム全体に対して歪補正を行い。次に、コンピュータ300は、ステップST29において、歪補正されたN枚のフレーム全体に対して、投影変換を行う。
そして、コンピュータ300は、ステップST30において、安定化した位置ずれ量を参照して、ステップST29で得られた動画Vaと動画VbのそれぞれN枚のフレームをフレーム毎に合成して、N枚のフレームのパノラマ動画PVを生成する。コンピュータ300は、このステップST30の後に、ステップST31において、処理を終了する。
図12のフローチャートは、コンピュータ300におけるパノラマ画像生成処理の他の一例を示している。この処理例では、近接被写体の有無、イレギュラーなカメラワークの有無、ブレ・ボケの有無よりM枚のフレームを選択して、それを使用して位置ずれ量を算出し、安定化してパノラマ動画生成を行うものであって、フレーム選択の判断基準として、上述の(1)〜(3)を利用したケースである。なお、(1)〜(3)のスコアの算出は並列に行ってもよい。また、歪補正および投影変換は必要に応じて実施する(不要な場合は実施しなくてもよい)。
コンピュータ300は、ステップST41において、処理を開始する。その後、コンピュータ300は、ステップST42において、近接被写体の有無に関するスコアを算出する。次に、コンピュータ300は、ステップST43において、イレギュラーなカメラワークの有無に関するスコアを算出する。次に、コンピュータ300は、ステップST44において、ブレ・ボケの有無に関するスコアを算出する。そして、コンピュータ300は、ステップST45において、スコアを線形結合する。
次に、コンピュータ300は、ステップST46において、ステップST45で得られたスコアを用いて、動画Vaと動画VbのそれぞれM枚のフレームを選択する。次に、コンピュータ300は、ステップST47において、選択されたM枚のフレームに対して部分領域Ra,Rbを切り出す(図4参照)。次に、コンピュータ300は、ステップST48において、部分領域Ra,Rbに対して歪補正を行う。そして、コンピュータ300は、ステップST49において、歪補正された部分領域Ra,Rbに対して投影変換を行う。
次に、コンピュータ300は、ステップST50において、M個の位置ずれ量を算出する。ここで、コンピュータ300は、例えば、SIFT,SURF,BRISK,HOG,LBPなどの、領域で特徴量を得るアルゴリズムを用いて、特徴量を検出する。そして、コンピュータ300は、この検出された特徴量を利用したマッチング処理を行って、部分領域Ra,Rbの位置ずれ量を算出する。そして、コンピュータ300は、ステップST51において、位置ずれ量の安定化を行い、安定化したL個(1≦L≦M)の位置ずれ量を得る。
また、コンピュータ300は、ステップST41で処理を開始した後に、ステップST52において、動画Vaと動画VbのそれぞれN枚のフレーム全体に対して歪補正を行い。次に、コンピュータ300は、ステップST53において、歪補正されたN枚のフレーム全体に対して、投影変換を行う。
そして、コンピュータ300は、ステップST54において、安定化した位置ずれ量を参照して、ステップST53で得られた動画Vaと動画VbのそれぞれN枚のフレームをフレーム毎に合成して、N枚のフレームのパノラマ動画PVを生成する。コンピュータ300は、このステップST54の後に、ステップST55において、処理を終了する。
図13のフローチャートは、コンピュータ300におけるパノラマ画像生成処理の他の一例を示している。この処理例では、位置ずれ量を算出して、位置ずれ量の信頼性と外れ度合いを基にM枚のフレームを選択して、位置ずれ量の安定化を行い、パノラマ動画生成を行うものであって、フレーム選択の判断基準として、上述の(4)、(5)を利用したケースである。なお、(4)、(5)のスコアの算出は並列に行ってもよい。また、歪補正および投影変換は必要に応じて実施する(不要な場合は実施しなくてもよい)。
コンピュータ300は、ステップST61において、処理を開始する。その後、コンピュータ300は、ステップST62において、動画Vaと動画VbのそれぞれN枚のフレーム全体に対して歪補正を行う。そして、コンピュータ300は、ステップST63において、歪補正されたN枚のフレーム全体に対して投影変換を行う。
次に、コンピュータ300は、ステップST64において、N枚のフレームに対して部分領域Ra,Rbを切り出す(図4参照)。次に、コンピュータ300は、ステップST65において、N個のフレームの位置ずれ量を算出する。ここで、コンピュータ300は、例えば、SIFT,SURF,BRISK,HOG,LBPなどの、領域で特徴量を得るアルゴリズムを用いて、特徴量を検出する。そして、コンピュータ300は、この検出された特徴量を利用したマッチング処理を行って、部分領域Ra,Rbの位置ずれ量を算出する。
次に、コンピュータ300は、ステップST66において、位置ずれ量の信頼性を基に、スコアを算出する。次に、コンピュータ300は、ステップST67において、位置ずれ量の外れ度外を基にスコアを算出する。そして、コンピュータ300は、ステップST68において、スコアを線形結合する。
次に、コンピュータ300は、ステップST69において、ステップST68で得られたスコアを用いて、M枚のフレームを選択する。次に、コンピュータ300は、ステップST70において、選択されたM枚のフレームにおけるM個の位置ずれ量の安定化を行い、安定化したL個(1≦L≦M)の位置ずれ量を得る。
そして、コンピュータ300は、ステップST71において、安定化した位置ずれ量を参照して、ステップST63で得られた動画Vaと動画VbのそれぞれN枚のフレームをフレーム毎に合成して、N枚のフレームのパノラマ動画PVを生成する。コンピュータ300は、このステップST71の後に、ステップST72において、処理を終了する。
図14のフローチャートは、コンピュータ300におけるパノラマ画像生成処理の他の一例を示している。この処理例では、位置ずれ量を算出して、位置ずれ量を基にフレームをクラス分類、クラス選択を行って、M枚のフレームを選択し、位置ずれ量の安定化を行うものであって、フレーム選択の判断基準として、上述の(6)を利用したケースである。なお、(6)の中で算出する(1)〜(5)の任意のスコアの算出は並列に行ってもよい。また、歪補正および投影変換は必要に応じて実施する(不要な場合は実施しなくてもよい)。
コンピュータ300は、ステップST81において、処理を開始する。その後、コンピュータ300は、ステップST82において、動画Vaと動画VbのそれぞれN枚のフレーム全体に対して歪補正を行う。そして、コンピュータ300は、ステップST83において、歪補正されたN枚のフレーム全体に対して投影変換を行う。
次に、コンピュータ300は、ステップST84において、N枚のフレームに対して部分領域Ra,Rbを切り出す(図4参照)。次に、コンピュータ300は、ステップST85において、N個のフレームの位置ずれ量を算出する。ここで、コンピュータ300は、例えば、SIFT,SURF,BRISK,HOG,LBPなどの、領域で特徴量を得るアルゴリズムを用いて、特徴量を検出する。そして、コンピュータ300は、この検出された特徴量を利用したマッチング処理を行って、部分領域Ra,Rbの位置ずれ量を算出する。
次に、コンピュータ300は、ステップST86において、位置ずれ量を基に、フレームをクラス分類する。次に、コンピュータ300は、ステップST87において、最も多いフレーム数を持つクラスを選択する。次に、コンピュータ300は、ステップST88において、選択したクラスの中のフレームについて、(1)〜(5)の任意のスコアを算出する。そして、コンピュータ300は、ステップST89において、スコアを線形結合する。
次に、コンピュータ300は、ステップST90において、ステップST89で得られたスコアを用いて、M枚のフレームを選択する。次に、コンピュータ300は、ステップST91において、選択されたM枚のフレームにおけるM個の位置ずれ量の安定化を行い、安定化したL個(1≦L≦M)の位置ずれ量を得る。
そして、コンピュータ300は、ステップST92において、安定化した位置ずれ量を参照して、ステップST83で得られた動画Vaと動画VbのそれぞれN枚のフレームをフレーム毎に合成して、N枚のフレームのパノラマ動画PVを生成する。コンピュータ300は、このステップST92の後に、ステップST93において、処理を終了する。
上述の図11〜図14のフローチャートで示すコンピュータ300におけるパノラマ画像生成処理はあくまでも一例であって、これに限定されるものではない。なお、全体に共通して、スコアの算出が前段にあるほど、以下のことがいえる。
(1)早期にN→Mフレームに絞ることができる(演算量の削減)
(2)使用できる情報の精度は低い(歪補正なし、投影変換なし、位置ずれ量なし、信頼度なし、など)
上述したように、図1に示すパノラマ動画生成装置100においては、N枚のフレームから選択されたM枚のフレームの位置ずれ量を取得し、M個のフレームの位置ずれ量に基づいて、N枚のフレームのパノラマ動画PVを生成するものである。そのため、例えば、位置ずれ量として高精度の位置ずれ量のみを取得し、高品質なパノラマ動画生成が可能となる。また、例えば、位置ずれ量を得るための演算コストの低下が可能となる。
<2.第2の実施の形態>
[パノラマ動画生成装置の構成例]
図15は、第2の実施の形態としてのパノラマ動画生成装置100Aの構成例を示している。この図15において、図1と対応する部分には同一符号を付し、適宜、その詳細説明を省略する。このパノラマ動画生成装置100Aは、位置ずれ量取得部101と、画像合成部102と、MTF調整部103を有している。
MTF調整部103は、動画v,v+1,v+2,v+3,・・・の空間周波数特性を合わせるための調整を行う。MTF調整部103は、ローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタを用いたフィルタリングを行うことで、各動画の空間周波数特性を合わせる。この場合、フィルタ特性は固定でもよいが、各動画の空間周波数特性に応じて、適応的に、フィルタ特性が変更されるようにされてもよい。
この場合、MTF調整部103は、例えばフーリエ変換処理を行うことで、各動画の空間周波数特性を検出する。そして、MTF調整部103は、各動画の空間周波数特性の検出結果に基づいて得られた空間周波数特性、例えば全ての動画が共通に持つ最も高い空間周波数を含む空間周波数特性に、各動画の空間周波数特性を制限するように、フィルタ特性を変更する。
位置ずれ量取得部101は、MTF調整部103で空間周波数特性が調整された後の動画v´,v+1´,v+2´,v+3´,・・・を用いて、位置ずれ量を取得する。画像合成部102は、隣接する2つの動画毎に、位置ずれ量取得部101で取得された所定数のフレームの位置ずれ量を参照して位置合わせを行って合成し、パノラマ動画PVを生成する。詳細説明は省略するが、位置ずれ量取得部101、画像合成部102における処理は、図1に示すパノラマ動画生成装置100と同様である。
上述したように、図15に示すパノラマ動画生成装置100Aにおいては、位置ずれ量取得部101に動画v,v+1,v+2,v+3,・・・が直接供給されるものではなく、空間周波数特性が合わせられた後の動画v´,v+1´,v+2´,v+3´,・・・が供給される。そのため、位置ずれ量取得における、特徴量検出による隣接する2つの画像のオーバーラップ領域の位置ずれ量の取得性能を高めることができる。
図16(a),(b)は、隣接する第1のカメラおよび第2のカメラでそれぞれ撮像された2つの画像Va,Vbの一例を示している。この例では、第1のカメラおよび第2のカメラのレンズやフォーカスのばらつきなどにより、2つの画像の空間周波数特性(MTF)が異なっている。この場合、空間周波数特性の違いから、同じ位置P1に特徴量が検出されなくなる確率が高くなる。これに対して、図17(a),(b)は、空間周波数特性が合わせられた後の2つの画像Va´,Vb´の一例を示している。この場合には、同じ位置P1に特徴量が検出される確率が高くなる。
したがって、図15に示すパノラマ動画生成装置100Aにおいては、カメラのレンズやフォーカスのばらつきなどがあっても、位置ずれ量算出部101における位置ずれ量の取得性能を高めることができ、従って、パノラマ動画生成装置100Aでは、動画v,v+1,v+2,v+3,・・・の合成を良好に行うことができ、高品質のパノラマ動画PVを得ることができる。
<3.変形例>
なお、上述では記載していないが、図1あるいは図15に示すパノラマ動画生成装置100,100Aは、カメラやカメラ機能を持つ携帯端末などに搭載することも考えられるが、ネットワーク上あるいはクラウド上のコンピュータ(サーバ)に搭載することも可能である。この場合、カメラやカメラ機能を持つ携帯端末は、撮影した動画をネットワーク上あるいはクラウド上のコンピュータ(サーバ)に送信し、その結果であるパノラマ動画を受信するという構成となり、カメラやカメラ機能を持つ携帯端末の処理負荷を軽減できる。
また、本技術は、以下のような構成を取ることもできる。
(1)カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画および第2の動画から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得部と、
上記複数フレームから上記所定数のフレームを選択するフレーム選択部を備える
画像処理装置。
(2)上記フレーム選択部は、
センサ出力および/または画像処理結果に基づいて、上記所定数のフレームを選択する
前記(1)に記載の画像処理装置。
(3)上記フレーム選択部は、
上記所定数のフレームとして、近接被写体の少ないフレームを選択する
前記(1)または(2)に記載の画像処理装置。
(4)上記フレーム選択部は、
上記所定数のフレームとして、カメラ位置が安定化したフレームを選択する
前記(1)から(3)のいずれかに記載の画像処理装置。
(5)上記フレーム選択部は、
上記所定数のフレームとして、高周波数成分を多く持つフレームを選択する
前記(1)から(4)のいずれかに記載の画像処理装置。
(6)上記フレーム選択部は、
上記所定数のフレームとして、信頼度の高いフレームを選択する
前記(1)から(5)のいずれかに記載の画像処理装置。
(7)上記フレーム選択部は、
上記所定数のフレームとして、位置ずれ量の近いフレームを選択する
前記(1)から(6)のいずれかに記載の画像処理装置。
(8)上記フレーム選択部は、
上記所定数のフレームとして、位置ずれ量をクラス分類し、所定のクラスに属する位置ずれ量を持つフレームを選択する
前記(1)から(7)のいずれかに記載の画像処理装置。
(9)上記フレーム選択部は、
上記所定数のフレームとして、任意の連続するフレームを選択する
前記(1)から(8)のいずれかに記載の画像処理装置。
(10)上記フレーム選択部は、
上記所定数のフレームとして、任意の間隔のフレームを選択する
前記(1)から(8)のいずれか請求項1に記載の画像処理装置。
(11)上記フレーム選択部は、
上記所定数のフレームとして、最初および/または最後の一定期間のフレームは選択しない
前記(1)から(10)のいずれかに記載の画像処理装置。
(12)上記所定数のフレームの位置ずれ量に基づいて、上記第1の動画および上記第2の動画を合成してパノラマ動画を得る画像合成部をさらに備える
前記(1)から(11)のいずれかに記載の画像処理装置。
(13)上記画像合成部は、
上記所定数が複数であるとき、上記所定数の位置ずれ量から一つまたは複数の位置ずれ量を求め、該一つまたは複数の位置ずれ量を用いる
前記(12)に記載の画像処理装置。
(14)上記位置ずれ量取得部は、
上記第1の動画および上記第2の動画の空間周波数を合わせる処理を行ってから位置ずれ量を求める
前記(1)から(15)のいずれかに記載の画像処理装置。
(15)カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画および第2の動画から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得ステップと、
上記複数フレームから上記所定数のフレームを選択するフレーム選択ステップを有する
画像処理方法。
(16)カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画および第2の動画から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得部と、
上記複数フレームから上記所定数のフレームを選択するフレーム選択部と、
上記所定数のフレームの位置ずれ量に基づいて、上記第1の動画および上記第2の動画を合成してパノラマ動画を得る画像合成部を備える
画像処理装置。
(17)上記位置ずれ量取得部は、
上記第1の動画および上記第2の動画の空間周波数を合わせる処理を行ってから位置ずれ量を求める
前記(16)に記載の画像処理装置。
(18)上記画像合成部は、
上記所定数が複数であるとき、上記所定数の位置ずれ量から一つまたは複数の位置ずれ量を求め、該一つまたは複数の位置ずれ量を用いる
前記(16)または(17)に記載の画像処理装置。
(19)カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画および第2の動画から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得ステップと、
上記複数フレームから上記所定数のフレームを選択するフレーム選択ステップと、
上記所定数のフレームの位置ずれ量に基づいて、上記第1の動画および上記第2の動画を合成してパノラマ動画を得る画像合成ステップを有する
画像処理方法。
100,100A・・・パノラマ動画生成装置
101・・・位置ずれ量取得部
102・・・画像合成部
103・・・MTF調整部
111・・・部分領域切り出し部
112・・・歪補正部
113・・・投影変換部
114・・・位置ずれ量算出部
115・・・位置ずれ量安定化部
116・・・スコア算出部
117・・・フレーム選択部
121・・・歪補正部
122・・・投影変換部
123・・・パノラマ合成部
300・・・コンピュータ
311・・・CPU
312・・・GPU
313・・・記憶装置
314・・・入力装置
315・・・出力装置
316・・・通信装置

Claims (19)

  1. カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画および第2の動画から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得部と、
    上記複数フレームから上記所定数のフレームを選択するフレーム選択部を備える
    画像処理装置。
  2. 上記フレーム選択部は、
    センサ出力および/または画像処理結果に基づいて、上記所定数のフレームを選択する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 上記フレーム選択部は、
    上記所定数のフレームとして、近接被写体の少ないフレームを選択する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  4. 上記フレーム選択部は、
    上記所定数のフレームとして、カメラ位置が安定化したフレームを選択する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  5. 上記フレーム選択部は、
    上記所定数のフレームとして、高周波数成分を多く持つフレームを選択する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  6. 上記フレーム選択部は、
    上記所定数のフレームとして、信頼度の高いフレームを選択する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  7. 上記フレーム選択部は、
    上記所定数のフレームとして、位置ずれ量の近いフレームを選択する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  8. 上記フレーム選択部は、
    上記所定数のフレームとして、位置ずれ量をクラス分類し、所定のクラスに属する位置ずれ量を持つフレームを選択する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  9. 上記フレーム選択部は、
    上記所定数のフレームとして、任意の連続するフレームを選択する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  10. 上記フレーム選択部は、
    上記所定数のフレームとして、任意の間隔のフレームを選択する
    請求項1に記載の画像処理装置。
  11. 上記フレーム選択部は、
    上記所定数のフレームとして、最初および/または最後の一定期間のフレームは選択しない
    請求項1に記載の画像処理装置。
  12. 上記所定数のフレームの位置ずれ量に基づいて、上記第1の動画および上記第2の動画を合成してパノラマ動画を得る画像合成部をさらに備える
    請求項1に記載の画像処理装置。
  13. 上記画像合成部は、
    上記所定数が複数であるとき、上記所定数の位置ずれ量から一つまたは複数の位置ずれ量を求め、該一つまたは複数の位置ずれ量を用いる
    請求項12に記載の画像処理装置。
  14. 上記位置ずれ量取得部は、
    上記第1の動画および上記第2の動画の空間周波数を合わせる処理を行ってから位置ずれ量を求める
    請求項1に記載の画像処理装置。
  15. カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画および第2の動画から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得ステップと、
    上記複数フレームから上記所定数のフレームを選択するフレーム選択ステップを有する
    画像処理方法。
  16. カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画および第2の動画から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得部と、
    上記複数フレームから上記所定数のフレームを選択するフレーム選択部と、
    上記所定数のフレームの位置ずれ量に基づいて、上記第1の動画および上記第2の動画を合成してパノラマ動画を得る画像合成部を備える
    画像処理装置。
  17. 上記位置ずれ量取得部は、
    上記第1の動画および上記第2の動画の空間周波数を合わせる処理を行ってから位置ずれ量を求める
    請求項16に記載の画像処理装置。
  18. 上記画像合成部は、
    上記所定数が複数であるとき、上記所定数の位置ずれ量から一つまたは複数の位置ずれ量を求め、該一つまたは複数の位置ずれ量を用いる
    請求項16に記載の画像処理装置。
  19. カメラで撮像して得られたそれぞれ複数フレームの第1の動画および第2の動画から所定数のフレームの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得ステップと、
    上記複数フレームから上記所定数のフレームを選択するフレーム選択ステップと、
    上記所定数のフレームの位置ずれ量に基づいて、上記第1の動画および上記第2の動画を合成してパノラマ動画を得る画像合成ステップを有する
    画像処理方法。
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