JP2022085643A - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像処理システムにおいて、画像処理装置は、前景となるオブジェクトを含む撮像画像及びオブジェクトを含まない背景画像を取得する取得手段と、背景画像を補正するためのパラメータを設定する補正パラメータ設定部303と、設定されたパラメータに基づいて、背景画像を構成する画素の画素値を補正する補正処理部302と、補正後の背景画像と撮像画像との差分に基づき、前景となるオブジェクトの領域を撮像画像から抽出する抽出手段と、を有する。
【選択図】図3
Description
本実施形態では、背景差分法によって撮像画像から前景領域を抽出して、仮想視点画像の生成に必要な前景シルエット画像を生成する場面を適用例として、説明を行うものとする。
図1(a)は、本実施形態の画像処理システム100の概略構成を説明する図である。競技場101では、例えばサッカーなどの競技が行われ、競技場101の中に前景となる人物102が存在しているものとする。前景となるオブジェクトには、例えば選手、監督、または審判等の特定の人物、或いはボールやゴール等のように画像パターンが予め定められている物体が含まれる。また、前景となるオブジェクトは動体であってもよいし、静止体であってもよい。競技場101の周囲には、複数のカメラ画像処理装置103が配置され、競技場101で行われるサッカーの試合等を複数の視点から同期撮像可能なように構成されている。複数のカメラ画像処理装置103それぞれは、撮像機能と画像処理機能を有している。カメラ画像処理装置103同士は、例えばネットワークケーブル104を使ったリング型のネットワーク接続がされており、ネットワークを介して隣のカメラ画像処理装置103へ画像データを順次伝送するように構成されている。つまり、各カメラ画像処理装置103は、受信した画像データと、自身で撮像・処理して得られた画像データとを併せて隣のカメラ画像処理装置103に伝送するように構成されている。そして、各カメラ画像処理装置103において処理された画像データは、最終的に統合画像処理装置105に送られる。統合画像処理装置105では、受信した画像データを用いて、仮想視点画像を生成する処理が行われる。なお、図1(a)に示すシステム構成は一例であって、例えばリング型のネットワーク接続に限定されず、スター型など他の接続形態でもよい。
図1(b)は、カメラ画像処理装置103と統合画像処理装置105に共通する、基本的なハードウェア構成を示すブロック図である。画像処理装置103/105は、CPU11、ROM12、RAM13、補助記憶装置14、表示部15、操作部16、通信I/F17、及びバス18を有する。CPU11は、ROM12やRAM13に格納されているコンピュータプログラムやデータを用いて装置全体を制御することで、画像処理装置103/105における各機能を実現する。なお、CPU11とは異なる1又は複数の専用のハードウェアを有し、CPU11による処理の少なくとも一部を専用のハードウェアが実行してもよい。専用のハードウェアの例としては、ASIC(特定用途向け集積回路)、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)、およびDSP(デジタルシグナルプロセッサ)などがある。ROM12は、変更を必要としないプログラムなどを格納する。RAM13は、補助記憶装置14から供給されるプログラムやデータ、及び通信I/F17を介して外部から供給されるデータなどを一時記憶する。補助記憶装置14は、例えばハードディスクドライブ等で構成され、画像データや音声データなどの種々のデータを記憶する。表示部15は、例えば液晶ディスプレイやLED等で構成され、ユーザが画像処理装置105を操作するためのGUI(Graphical User Interface)などを表示する。操作部16は、例えばキーボードやマウス、ジョイスティック、タッチパネル等で構成され、ユーザによる操作を受けて各種の指示をCPU11に入力する。CPU11は、表示部15を制御する表示制御部、及び操作部16を制御する操作制御部として動作する。通信I/F17は、画像処理装置103/105の外部の装置との通信に用いられる。例えば、外部装置と有線で接続される場合には、通信用のケーブルが通信I/F17に接続される。また、外部装置と無線通信する機能を有する場合には、通信I/F17はアンテナを備える。バス18は、装置内各部を繋いで情報を伝達する。本実施形態では表示部15と操作部16が装置内部に存在するものとして説明したが、表示部15と操作部16との少なくとも一方が装置外部に別の装置として存在していてもよい。また、カメラ画像処理装置103においては表示部15や操作部16は必須の構成ではなく、例えば外部のコントローラ(不図示)から遠隔操作可能なシステム構成であってもよい。
図2は、本実施形態の画像処理システム100における主要な機能構成を示すブロック図である。カメラ画像処理装置103は、撮像制御部201、画像前処理部202、背景生成部203、前景シルエット生成部204、前景テクスチャ生成部205からなる。統合画像処理装置105は、形状モデル生成部211、仮想視点画像生成部212からなる。以下、カメラ画像処理装置103と統合画像処理装置105を構成する各部について、順に説明する。
次に、背景生成部203が行う処理について詳しく説明する。図3は、本実施形態に係る背景生成部203の内部構成を示す機能ブロック図である。図3に示す通り、背景生成部203は、背景領域抽出部301、補正処理部302及び補正パラメータ設定部303を有する。以下、各機能部について説明する。
min(R,G,B)=B のとき、
H=(G-R)/S×60+60 式(1)
min(R,G,B)=R のとき、
H=(B-G)/S×60+180 式(2)
min(R,G,B)=G のとき、
H=(R-B)/S×60+300 式(3)
上記式(1)~(3)においてSは彩度を表し、以下の式(4)により求められる。
S=max(R,G,B)-min(R,G,B) 式(4)
そして、背景画像を構成する各画素について、その色相を表す成分値である色相角度に上記所定角度の値を加算(或いは減算)して、新たな色相Hを算出する。こうして、各画素の色相を補正したら、上記変換式の逆算(逆変換)によって今度はRGB色空間の画素値へと戻す。これにより、背景画像に含まれる色の色相が変更された新たな背景画像が得られる。
図4は、本実施形態のカメラ画像処理装置103における、入力画像から前景シルエット画像を生成する一連の処理の流れを示したフローチャートである。以下、図4のフローチャートに沿って詳しく説明する。なお、記号「S」はステップを意味する。
本実施形態では背景画像の生成を毎フレーム行っているが、必ずしも毎フレーム生成する必要はない。例えば屋内で行われるスポーツの試合など、日照による背景変化が起きないような撮像シーンでは、固定された背景画像を用いてもよい。固定された背景画像は、例えば前景のオブジェクトが存在しない状態(例えば試合の開始前)で撮像することで得ることができる。
実施形態1の手法では、背景画像の全体が、予め定めた補正値で一律に補正されることになる。しかしながら、固定された補正値で背景画像全体を補正する手法の場合、実際には背景を構成する画素であるにも関わらず補正によって入力画像との差分値が却って大きくなり、誤って前景領域として抽出されてしまうという可能性がある。また、例えば専用スタジオにていわゆるクロマキー撮像を行うようなケースでは、例えばオブジェクトの一部にグリーンバッグやブルーバッグの色が反射して映り込んでしまうことがある。このような場合、入力画像内の前景領域のうち当該映り込みが生じている部分について誤って背景領域として抽出されないようにするには、背景画像の全体を固定された補正値で一律に補正する手法では対応が困難である。そこで、補正処理の対象となる領域(補正領域)と補正値を適応的に決定して、背景画像内の必要な領域だけを対象として補正を行う態様を、実施形態2として説明する。なお、基本のシステム構成など実施形態1と共通する内容については説明を省略ないしは簡略化し、以下では差異点である、背景画像に対する補正処理を中心に説明を行うこととする。
図8は、本実施形態に係る背景生成部203の内部構成を示す機能ブロック図である。図8に示す通り、背景生成部203の構成要素は実施形態1と基本的には同じであり、背景領域抽出部301、補正処理部302’及び補正パラメータ設定部303’を有する。実施形態1と大きく異なるのは、補正処理部302’において背景画像を限定的に補正するために必要となる、補正領域を特定するための情報が、補正パラメータとして設定される点である。以下、各機能部について、実施形態1と異なるところを中心に説明する。
補正領域は、例えば空間情報を用いて設定する。ここで、空間情報とは、例えばマスク画像やROI(Region of Interest)などを指す。マスク画像の場合は白(又は黒)画素の領域によって、背景画像内の補正領域が表現される。ROIの場合は、座標位置(x,y)、対象とする画像領域の幅(w)や高さ(h)といった要素によって、背景画像内の補正領域が表現される。ここで、マスク画像によって補正領域を表現する場合の補正領域の決定方法について、前述した図5(a)の入力画像と同(b)の背景画像の場合を例に説明する。図5(b)に示す背景画像において補正処理が必要となる領域は、前景(ここでは人物オブジェクト501)と色合いが似ていて誤抽出の虞がある領域である。そこでまず、図5(a)に示す入力画像と図5(b)に示す背景画像との差分diffを、前述の式(1)を用いて求める。図9(a)は、求めた差分diffについてのヒストグラムであり、縦軸が画素数を、横軸が差分値を表している。そして、図9(a)のヒストグラムには、差分値に対する2つの閾値(THlowとTHhigh)が示されている。この2つの閾値は、前景と背景との異同、例えば前景となる人物が背景と似た色の服を着ているといった現状に着目して、ユーザが不図示のUI画面などを介して設定する。ユーザによって設定された2つの閾値に基づき、差分値が0から閾値THlowまでの範囲901が、背景である確率が高い領域となる。同様に、差分値がTHlowからTHhighまでの範囲902が、前景であるか背景であるかが曖昧な領域となる。また、差分値がTHhighを超えた範囲903が、前景である確率が高い領域となる。そして、図9(b)は、上記2つの閾値THlowとTHhighによって分離される上記3種類の画像領域を、それぞれ白、グレー、黒の3種類の画素で表した図である。図9(b)において、白画素領域911が前景の範囲903に対応し、人物オブジェクト501の縁部と星形マーク502の2箇所あるグレー画素領域912が曖昧な範囲902に対応し、黒画素領域913が背景の範囲901に対応している。最後に、上記2つの閾値を用いた閾値処理によって得られた2か所のグレー画素領域912を補正領域として決定し、当該決定した補正領域を白画素、それ以外の領域を黒画素で示したマスク画像(以下、「補正領域マスク」と呼ぶ。)を生成すればよい。この補正領域マスクを用いることで、背景画像のうち前景オブジェクトと色合いが似ている画像領域のみを対象とした限定的な補正処理が可能になる。
補正値については、上記2つの閾値THlowとTHhighを用いた演算処理によって得たオフセット値を設定する。RGB色空間のまま補正処理を行う本実施形態では、RGB各成分のオフセット値(Rn,Gn,Bn)を、例えば、以下の式(2)或いは式(3)と、RGBそれぞれの重みWによって求める。
図11は、本実施形態のカメラ画像処理装置103における、入力画像から前景シルエット画像を生成する一連の処理の流れを示したフローチャートである。以下、図11のフローチャートに沿って詳しく説明する。なお、記号「S」はステップを意味する。
次のS1102では、実施形態1の図4のフローにおけるS402と同様、背景生成部203と前景シルエット生成部204が、処理対象の注目フレームの入力画像を取得する。本実施形態の場合、背景生成部203が取得した入力画像のデータは、背景領域抽出部301に加え、補正パラメータ設定部303’にも送られることになる。
上記説明では、補正領域の特定に空間情報を用いたが、色空間情報を用いてもよい。例えば、HSV色空間における色相Hの最小値と最大値を指定したり、RGB色空間におけるRGB各成分値の最小値と最大値を指定したりといった具合である。これにより、指定された範囲の色相やRGB値を持つ画素で構成される画像領域を補正領域として特定することができる。例えば、ラグビーやサッカーの試合を対象に撮像を行う場合において、選手のユニフォームの色と背景である芝生の色とが類似しているようなケースでは、このような手法が有効である。HSV色空間を用いる場合であれば、色相Hの下限をHmin=100度、上限をHmax=140度のように芝生の色周辺の色相範囲を指定すればよい。このように色空間情報を用いることでも、背景画像のうち前景であるか背景であるかが曖昧な画像領域だけを補正領域として設定することができる。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
203 背景生成部
302 補正処理部
303 補正パラメータ設定部
Claims (21)
- 前景となるオブジェクトを含む撮像画像及び前記オブジェクトを含まない背景画像を取得する取得手段と、
前記背景画像を補正するためのパラメータを設定する設定手段と、
前記設定されたパラメータに基づいて、前記背景画像を構成する画素の画素値を補正する補正手段と、
前記補正後の背景画像と前記撮像画像との差分に基づき、前記前景となるオブジェクトの領域を前記撮像画像から抽出する抽出手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記設定手段は、前記画素値をどのように変化させるかを規定する補正値を、前記パラメータとして設定し、
前記補正手段は、前記補正値に基づいて、前記補正処理を行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記補正は、ある色空間に従った成分値にオフセットを掛ける処理であり、
前記設定手段は、前記補正値として、オフセット値を設定する、
ことを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記補正手段は、
前記背景画像における第1の色空間を、当該第1の色空間とは異なる第2の色空間に変換し、
前記第2の色空間に従った成分値に対し、前記オフセットを掛ける処理を行う、
ことを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記第1の色空間は、RGBであり、
前記第2の色空間は、HSVであり、
前記設定手段は、前記HSVの成分値のうち色相を表す成分値についてのオフセット値を設定し、
前記補正手段は、色空間がHSVに変換された前記背景画像を構成する画素の成分値のうち前記色相を表す成分値に対し前記オフセット値を加算又は減算する処理を行う、
ことを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記第1の色空間は、RGBであり、
前記第2の色空間は、YUVであり、
前記設定手段は、前記YUVの成分値のうち輝度を表す成分値についてのオフセット値を設定し、
前記補正手段は、色空間がYUVに変換された前記背景画像を構成する画素の成分値のうち前記輝度を表す成分値に対し前記オフセット値を加算又は減算する処理を行う、
ことを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 - ユーザが、前記補正値を指定するためのユーザインタフェースをさらに備え、
前記設定手段は、前記ユーザインタフェースを介したユーザ入力に基づいて、前記補正値を設定する、
ことを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記補正手段は、前記背景画像のうち特定の画像領域に属する画素の画素値に対して前記補正を行なう、
ことを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記設定手段は、前記特定の画像領域を規定する空間情報を前記パラメータとして設定することを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
- 前記空間情報は、前記特定の画像領域とそれ以外の画像領域を2値で表現したマスク画像であることを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。
- 前記設定手段は、
前記背景画像のうち、前記撮像画像と前記背景画像との差分に基づき、2つの閾値を用いた閾値処理を行って前景であるか背景であるかが曖昧な画像領域を決定し、
前記決定された画像領域を前記特定の画像領域として前記マスク画像を生成する、
ことを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。 - 前記設定手段は、前記特定の画像領域を規定する色空間情報を前記パラメータとして設定することを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
- 前記色空間情報は、所定の色空間に従った成分値についての最小値と最大値の情報であり、
前記特定の画像領域は、前記最小値と前記最大値とで挟まれた範囲の成分値を持つ画素で構成される、
ことを特徴とする請求項12に記載の画像処理装置。 - 前記所定の色空間に従った成分値は、HSV色空間における色相を表す成分値、またはRGB色空間におけるRGB値であることを特徴とする請求項13に記載の画像処理装置。
- 前記設定手段は、前記2つの閾値を用いた演算処理によって得た値を、前記補正値として設定することを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。
- 前記補正は、前記特定の画像領域に属する各画素の画素値を、別の色を表す画素値に置き換える処理であり、
前記設定手段は、前記別の色を規定する色情報を、前記パラメータとして設定する、
ことを特徴とする請求項8乃至14のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - ユーザが、前記別の色を指定するためのユーザインタフェースをさらに備え、
前記設定手段は、前記ユーザインタフェースを介したユーザ入力に基づいて、前記色情報を設定する、
ことを特徴とする請求項16に記載の画像処理装置。 - 前記補正は、前記特定の画像領域に属する各画素の画素値を、当該特定の画像領域の周辺領域に属する画素の画素値に合わせる処理である、ことを特徴とする請求項8乃至14のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記抽出手段で抽出された前景領域に基づき、前記オブジェクトの形状を表す前景シルエット画像を生成する生成手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前景となるオブジェクトを含む撮像画像及び前記オブジェクトを含まない背景画像を取得する取得ステップと、
前記背景画像を補正するためのパラメータを設定する設定ステップと、
前記設定されたパラメータに基づいて、前記背景画像を構成する画素の画素値を補正する補正ステップと、
前記補正後の背景画像と前記撮像画像との差分に基づき、前記前景となるオブジェクトの領域を前記撮像画像から抽出する抽出ステップと、
を有することを特徴とする画像処理方法。 - コンピュータを、請求項1乃至19のいずれか1項に記載の画像処理装置として機能させるためのプログラム。
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