JP2888375B2

JP2888375B2 - 画像合成方法及び文字フオント生成方法

Info

Publication number: JP2888375B2
Application number: JP2330712A
Authority: JP
Inventors: 誠加藤; 伸一郎宮岡; 誠能見
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1999-05-10
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: JPH04205275A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、デザインシミユレーシヨン等に用いられる
画像同士の重畳合成を行う画像合成方法と、その特別な
場合として任意の大きさ形状の文字フオントを作る文字
フオント生成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、デイジタル画像の重畳合成処理は、基本的に次
の（１）〜（３）の手順で行われていた。

（１）背景画像と重畳画像（背景画像に重畳されるべき
画像）を準備する。例えば、背景画像は風景であり、重
畳画像は自動車の画像である。

（２）重畳画像中で、ある領域を分離する（この領域を
マスクと称する）。例えば、自動車の部分だけ切り離
す。このためには、色情報などを利用する方法、操作者
が輪郭を１画素ずつ指定する方法などがある。

（３）重畳画像中の切り出された領域を背景画像中に重
ねるため、以下の（ａ）〜（ｃ）の操作を行う。

（ａ）重ねる位置の指定背景画像のｉ行ｊ列成分をＡ（i,j）、重畳画像のｉ
行ｊ列成分をＢ（i,j）、合成結果（合成画像）のｉ行
ｊ列成分をＣ（i,j）とする。これらの成分は、画像が
カラー画像と考え、赤緑青の３成分で表現されているも
のとする（例えば、Ａ（i,j）の３成分はそれぞれAr
（i,j）,Ag（i,j）,Ab（i,j）とする）。重ねる位置を
指定する手法としては、重畳画像のある一つの画素が背
景画像中でどこに位置するかを指定することが一般的で
ある。すなわち、Ｂ（i₁，j₁）が、Ａ（i₀，j₀）に重な
ることとして、i₁，j₁，i₀，j₀を指定する。

（ｂ）拡大縮小率の指定背景画像に重畳画像をそのまま重ねたのでは、大きさ
が合わない場合が殆どである。そこで、重畳画像を拡大
縮小して調整する。具体的には、重畳画像をａ倍にして
重ねるとしたならば次の通りである。

ただし、Ｂ′（x,y）はx,yが整数値でないため、重畳
画像の周辺の画素の値を補間したものである。代表的な
ものは双線形補間であり、次の式で表される。

Ｂ′（x,y）＝（［ｘ］＋１−ｘ）（［ｙ］＋１−ｙ）Ｂ（［ｘ］，
［ｙ］）＋（［ｘ］＋１−ｘ）（ｙ−［ｙ］）Ｂ
（［ｘ］，［ｙ］＋１）＋（ｘ−［ｘ］）（［ｙ］＋１
−ｙ）Ｂ（［ｘ］＋1,［ｙ］）＋（ｘ−［ｘ］）（ｙ−
［ｙ］）（Ｂ（［ｘ］＋1,［ｙ］＋１） …（２）［ｘ］はガウス記号であり、ｘを超えない整数を表す。

（ｃ）切り出された領域の色調の調整背景画像と重畳画像は異なつた日照条件，照明条件の
もと撮影されているので、そのまま合成したのでは、色
調が異なるため違和感が生じる。そこで、重畳画像また
は背景画像を階調変換して色調を調整する。通常、赤緑
青の３成分をそれぞれ０から255の256階調で合計1670万
色で表している。階調変換では、赤緑青の３成分につ
き、０から255を定義域及び値域とする変換関数でそれ
ぞれ変換をする。変換関数をFr,Fg,Fb、変換後の画素を
Ｃ′で表す。

緑，青も同様である。

以上の位置指定，拡大縮小率指定，色調の調整は対話
的に行うのが通常である。

ここで、マスクの表現方法について説明する。従来用
いられているマスクの表現には、ビツトマツプ表現とア
ウトライン表現があり、ビツトマツプ表現にはアルフア
マスクと呼ばれる特別なものもある。これについては、
安斎利洋により、「グラフイツクデザイナーのためのデ
イジタルペインテイング入門（３）」と題し、「PIXEL
No.84」pp.181−184（以下「文献１」という）に述べら
れている。

ビツトマツプ表現では、マスクを２値画像として表
す。即ち、典型的にはマスクの内側の画素が１、外側の
画素が０とする。これを多値、あるいは、実数にしたの
がアルフアマスクである。典型的な場合として、０から
１の間の実数αで表現をした場合には、これをα（i,
j）とかくと、Ｃ（i,j）＝（１−α）Ａ（i,j）＋αＢ（i,j） …（４）と合成画素が計算される。例えば、αを0.5にすれば、
背景画像と重畳画像の両方が重なつて見えるわけであ
る。そこで、透明物体を重畳する場合や、重畳するもの
の輪郭付近が透けてみえるようにしておくと、重畳合成
による不自然さを軽減できる場合に使用されている。ア
ウトライン表現では、輪郭を点列で表す。この点列を例
えば曲線で滑らかにつなぐことによりできる領域の内側
をマスクと定めて用いる。

また、重畳するものを背景画像中にあるもののかげに
配置したい場合がある。これは、例えば、背景画像が街
灯の立つている街角の画像であつたとき、重畳画像から
切り出された自動車を街灯の後側においた合成画像を作
成したい場合である。これを行うためには、自動車及び
街灯のマスクがそれぞれ作成されていることが前提とな
る。通常、２通りの方法がある。第１の方法は重畳操作
を２回行うものであり、最初に自動車を背景画像中に重
畳する。この段階では、街灯は自動車のしたにある。次
に街灯を最初からあつた位置に重畳合成する。この段階
で自動車は街灯のかげに来る。第２の方法は、画像中の
各マスク領域に深さ方向の順序関係を定義して順に重ね
ていくというものである。背景画像の街灯以外の部分を
一番下、自動車をその次、街灯が一番上となるように下
から重ねていく。

ここで、背景画像を白一色、重畳画像を黒一色、マス
クが文字パターンを表すようにすると、画像合成は文字
フオントを印字する問題と同一になる。ビツトマツプマ
スクを用いると、ビツトマツプフオントになり、アウト
ラインマスクを用いるとアウトラインフオントになる。
アウトラインフオントは、拡大縮小しても輪郭のぎざぎ
ざ（ジヤギーと言う）が生じないという特徴がある。こ
れについては、前川守編集、丸善刊、「ワークステー
シヨン」、p.143からp.198、（1990）（以下「文献２」
という）に述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記文献１の従来技術では、次のような問題点があ
る。

第１の問題点は背景画像に対する重畳画像の奥行方向
の距離（遠近）に応じた大きさとなるように、重畳画像
の大きさを正確に調整する（正確に距離感を出す）こと
が困難であり、合成後の画像中での重畳した画像の大き
さが不正確でも絵が出来てしまうことである。また、レ
イアウトを変えるたび、位置，拡大縮小率，階調の総て
を指定する手間が大であることである。

第２の問題点は、画像を重畳合成する際に、拡大縮小
をして大きさを調整するが、ビツトマツプマスクを拡大
すると、輪郭にジヤギー（ぎざぎざ）が生じ、縮小する
と髪の毛のような細い部分の太さが不自然になつたり、
消えてしまつりすることである第３の問題点としては、マスクを広げたり、狭めたり
する手間が大であることである。また、マスクを１画素
ずつ外側に膨らませたり削つたりする、膨潤または収縮
処理で、マスクを広げたり、狭めたりすることがある。
例えば、人物の肌の部分は実際よりも内側に輪郭修正
し、衣服の部分は実際より外側に輪郭修正するなど、重
畳画像の場所によつて、輪郭修正量を異なるようにした
方が自然な輪郭が得られる場合がある。しかし、従来技
術では、全ての輪郭部分に対して同じ大きさだけ変化さ
せるので輪郭が不自然になるという問題点があつた。

第４の問題点としては、マスク領域に対し、奥行方向
の順序関係を定義している場合、これは実際の距離に対
応しないので拡大縮小率と順序関係が対応せず、ちぐは
ぐになるという問題点があつた。

第５の問題点としては、重畳画像中の影などの微妙な
濃淡がある場合には、窓を通した半透明合成を行うアル
フアマスクでは不自然な境界が生じてしまうということ
がある。

また、上記文献２の文字フオントに関する従来技術に
おいては、アウトラインフオントは、大きなサイズに拡
大したときには線が細く見えてしまうという問題点があ
つた。単純に文字フオントを太くするボールド指定など
は全ての画を一様に太くしてしまうため、微妙なフオン
ト形状を表現できないのでこの問題点は解決されていな
い。

従つて、本発明の目的は、上記第１ないし第５図の問
題点を解決した画像合成方法を提供することにある。す
なわち、第１に、合成後の画像中で背景画像の大きさが
実際の奥行き（深さ方向距離）に対応した遠近間のある
ものとされ、また、重畳画像の位置の変更等、レイアウ
トを変える際に、位置，拡大縮小率，階調のすべてをい
ちいち指定する手間が省けるようにする。第２に、重畳
合成の場合、重畳画像を拡大縮小して適正な大きさに調
整するときに、ビツトマツプマスク自体の所要の拡大縮
小率（適正な大きさを得るのに必要な拡大縮小率を小さ
く抑えることにより、ビツトマツプマスクの拡大の際に
輪郭にジヤギーが生じるのを防止し、ビツトマツプマス
クの縮小の際に細い部分の太さが不自然になつたり消え
たりすることがなようにする。第３にマスクの膨潤処理
や収縮処理が容易で、その処理によつて輪郭の不自然さ
をなくするようにする。第４に、マスク間の順序関係と
拡大縮小率とを必ず対応させ、その間に矛盾が生じない
ようにする。第５に、重畳画像中に影などの微妙な濃淡
がある場合、合成画像でもその濃淡を不自然でなく表現
できるようにする。

本発明の他の目的は、文字フオントの大きさを拡大ま
たは縮小した場合に、文字の大きさに比べて線の太さが
不自然に細くなつたり線が消えたりせず、文字の大きさ
に適合した太さの文字フオントが容易に得られる文字フ
オントの生成方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するため、本発明の画像合成方
法は、背景画像中に表れている物（地形，物体等）に関
する３次元の位置情報、及び、視点の位置情報を予め設
定しておき、また、重畳画像の大きさも設定し、ここで
背景画像中の（２次元的な）重畳位置が指定されると、
（この重畳位置での背景物体の実際の深さ方向すなわち
奥行方向の位置に適合する大きさの重畳画像が得られる
ように、）この背景画像中の２次元的位置と前記設定さ
れた大きさの重畳画像の拡大縮小率との関係を用いるこ
とにより、拡大縮小率が自動的に計算されるように構成
する。また、逆に、前記拡大縮小率が指定されると、
（それによつて大きさの決まる重畳画像の）重畳可能な
位置を限定するように構成する。

更に、大気の光吸収スペクトル（赤緑青の各色の吸収
率特性）を指定することにより、（及び、前記のよう
に、位置，拡大縮小率が指定され結果的に背景画像中の
重畳の深さが指定されることにより、その深さ位置で
の）大気の吸収による色変化を計算し階調を調整するよ
うに構成する。

上記第２の目的を達成するため、本発明の画像合成方
法は、複数個の大きさの異なるビツトマツプマスク、ま
たは、アウトラインマスクを用い、選択して用いること
にしたものである。ここで、それぞれのビツトマツプマ
スクは拡大縮小した倍率の異なる重畳画像の切り出し対
象を表すものである。

複数のビツトマツプマスクを用いる場合には、例え
ば、合成に際して指定された拡大縮小率に最も近い倍率
の重畳画像から作成されたビツトマツプマスクを指定値
まで拡大縮小して合成処理を行う。

アウトラインマスクとビツトマツプマスクを用いる場
合には、ビツトマツプマスクは縮小した重畳画像につい
て作つておく。合成処理に際して、指定された縮小率が
大きい場合にはビツトマツプマスクを用い、それ以外の
場合にはアウトラインマスクを用いる。ここで、「縮小
率が大きい」とは、拡大縮小の結果の画像が小さくなる
場合、「拡大率が大きい」とは、拡大縮小の結果の画像
が大きくなる場合、「拡大率または縮小率が大きい」と
は、その両方を含む場合（もとの大きさに比べて拡大ま
たは縮小した後の大きさに大きな変化があつた場合）を
いう。

上記第３の目的を達成するため、本発明の画像合成方
法は、任意の位置を通つてある決まつた方向に平行な平
面で切つた断面（太さ方向で切つた断面）が常に位相幾
何学的に等しいチユーブ状の立体を準備し、重畳画像の
一部の領域を指定するマスクを、所定の位置を通り前記
平面に平行な切断平面により定義することを特徴とす
る。本発明では、このマスクをサーフイスマスクと呼
ぶ。このチユーブ状の立体は、切断する位置を順に変え
て行くにつれて、前記断面の面積（チユーブ状の立体の
太さ）が単調に増加し、または減少するように構成し、
平面を上下に平行移動することにより（切断する位置を
変えることにより）マスクの大きさを変化させ調整する
ようにすることができる。

上記第４の目的を達成するため、本発明の画像合成方
法は、背景画像及び重畳画像を小領域にわけ、それらの
小領域に対するマスク間に、単なる順序関係を示す情報
だけでなく、各々のマスクの深さに相当する情報（奥行
情報）を持たせ、順序関係と拡大縮小率が矛盾しないよ
うにしたことを特徴とする。

上記第５の目的を達成するため、本発明の画像合成方
法は、重畳合成後の画像濃度を、同じ場所（対応する場
所）の重畳画像の画像濃度と背景画像の画像濃度の積を
場所によらない定数（例えば、重畳画面中の比較的明る
い所の画像濃度。基準濃度）で割つた値とすることを特
徴とする。

上記他の目的を達成するため、本発明の文字フオント
生成方法は、切断する位置によつて切断面の大きさ（チ
ユーブ状の立体の太さ）の変わるチユーブ状の立体を準
備し、このチユーブ状の立体をある位置で太さ方向に切
断して生成される切断平面の大きさ（太さ）及び形状に
より、文字フオントを定義することを特徴とする。本発
明では、この文字フオントをサーフイスフオントと呼
ぶ。このチユーブ状の立体は、３次元の点の位置とこれ
らの点間を補間する曲面とにより定義することができ、
例えば、上底及び下底の２つの底面と、両底面間を補間
する曲面とで定義することができる。チユーブ状の立体
の切断平面は、その切断位置が変ると、文字サイズと字
画（各字画の線）の太さが変わるようになつている。す
なわち、その切断位置により、文字サイズが決まると共
に、この文字サイズに適した字画の太さも同時に決まる
文字フオントを生成するように構成されている。チユー
ブ状の立体の典型的な構造として、上底面及び下底面間
の輪郭を、異なるポイントのアウトラインフオントとす
る錐状に構成することができる。

〔作用〕

上記構成に基づく作用を説明する。

上記第１の目的を達成するための手段によれば、画像
に３次元位置情報（３次元構造）及び視点情報を設定
し、画像中の各画素の位置において、画面に直交する方
向の深さを計算することができる。即ち、画面中に水平
方向にｘ軸、鉛直方向にｙ軸、画面に直交する奥行方向
（深さ方向）にｚ軸を設定する。長さの単位は、ｘ−ｙ
平面上の画像の画素のピツチをもつて単位長さとなるよ
うに定義する。視点をVp（x₀，y₀，z₀）、画像の表示面
（ｘ−ｙ平面）上のある画素をＰ（x₁，y₁,O）、画像中
にある表面Ｓを表す式をｙ＝ｆ（x,z）とする。ここで
は、視点Vpはｘ−ｙ平面（Ｐによる面）よりも手前にあ
り、表面Ｓはｘ−ｙ平面よりも後方にあるとする。P,Vp
を通る直線ｌがＳと交わる点をＱ（x₂，y₂，z₂）とする
と、となる。ただし、ｔは、次の方程式の解である。

y₁＋ｔ（y₁−y₀）＝ｆ（x₁＋ｔ（x₁−x₀），−tz₀） …（６）これは一般には数値的に解かれるが、特に、表面Ｓが
平面であり、ｆ（x,z）＝ax＋b₂＋ｃで表されるときは
ｔは次のようになる。

ｔ＝（ax₁＋ｃ−y₁）／｛y₁−y₀−ａ（x₁−x₀）＋bz₀｝ …（７）画像の面（ｘ−ｙ平面）から画像中の表面までの深さ
はPQであらわされるが、それをｄ（x,y）と書くと次の
通りである。

視点からの距離はVpSであるが、これをｅ（x,y）と書
くと、次のようになる。

これらの計算により、重畳合成する対象物が画像中の
表面上にあると仮定すれば、画像上の場所に対して深さ
ｄが決まる。また、これを逆に解くことにより、深さｄ
を決めれば画像上の位置Ｐ（x₁，y₁,O）を限定すること
ができる。具体的には、d,x₀，y₀,f（x,y）が与えられ
たものとして、式（６）と式（８）を用いてx₁とy₁の方
程式を得る。このようにして、表面Ｓは、視点Vpから見
た画像としてｘ−ｙ平面（表示面）上に投影されること
になる。表面Ｓが平面の場合にはその方程式は次のよう
になる。

d²｛y₁−y₀−ａ（x₁−x₀）＋bz₀｝² ＝(ax₁+c-y₁)²｛（x₁−x₀）² ＋(y₁-y₀)²＋z₀ ²｝ ……（10）また、同じ長さのものであつても、遠くなれば小さく
見えるわけで、ｘ−ｙ平面上でｐの長さをもつたもの
は、深さｄの場所では、次のように縮んで見える。

ｐ′＝ｐ・ｅ（x,y）／｛ｄ（x,y）＋ｅ（x,y）｝ …（11）即ち、重畳合成するものの画像上の場所が指定されれ
ば、それをどれだけ拡大縮小したらいいかという拡大縮
小率が決まる。逆に、重畳合成する物体の大きさが指定
されれば、画像上に重畳合成できる場所が限定される。

さらに、大気の色の吸収率が指定されている場合に
は、深さに対応してどれだけ色が変化するかが決まる。
即ち、単純に光の赤緑青の成分が単位長さ進んだとき透
過する割合をγr,γg,γｂとすると、最初、Ar（x,y）,
Ag（x,y）,Ab（x,y）であつた各色成分は、深さｄだけ
透過後、それぞれ次のAr′（x,y）,Ag′（x,y）,Ab′
（x,y）のようになる。

逆に、この吸収後の色Ar′,Ag′,Ab′を指定すると、
深さｄが決まる。また、重畳位置と深さの関係も用いる
と、重畳位置と吸収後の色も関係づけられる。また、こ
のγr,γg,γｂは、雨の日、晴れの日などの天候により
典型的なものを指定することができる。これを予め記憶
させておけば、色吸収率の数値を指定せず、天候だけ指
定すれば同様に色調を変化させることが出来る。

上記第２の目的を達成するための手段によれば、大き
さの異なる複数のビツトマツプマスクを用いる場合に
は、マスクを拡大または縮小する拡大率または縮小率が
小さくなるので、ジヤギーの度合いが小さくなる。ま
た、アウトラインマスクとビツトマツプマスクを用いる
場合には、細い輪郭パターンを縮小したりする場合以外
にはアウトラインマスクは概ね良好な結果を与え、縮小
率が大きい場合にはビツトマツプマスクを用いる。この
使い分けにより、ジヤギーが少なくなる。

上記第３の目的を達成するための手段であるサーフイ
スマスクによれば、チユーブの各断面の大きさを任意に
定義できるので、例えば、輪郭のうち非常に明確なとこ
ろは膨らませたり削つたりせず、かつ、輪郭が不明確な
場所は膨らませたり削るというようなマスクの変形を、
チユーブを切断する平面を上下させる、という簡単な指
定だけできることになる。

上記第４の目的を達成するための手段によれば、マス
ク間の順序関係と拡大縮小率を同じ深さ情報で計算する
ので、これらが矛盾することはない。

上記第５の目的を達成するための手段によれば、影と
いうものは光源と物体の間に遮るものがあり入射光量が
減少したということにより生成するという事実を忠実に
模倣し、影の部分の画像濃度に比例した量を背景画像に
乗ずるので自然な合成画像が得られる。

また、文字フオントに関する問題点を解決するための
手段であるサーフイスフオントによれば、チユーブの各
断面により実現されるアウトラインフオントの各字画の
太さを変えておく。この結果、チユーブを切断する平面
を上下させるだけで、字画の太さを変えることができる
ので、大きいポイントのフオントでも適切なフオントに
することができる。このフオントを基準にしてボールド
やイタリックなどの指定も可能である。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を図面によつて説明する。

本発明の各実施例に用いるハードウエア構成は共通で
あるので、まず、第６図のハードウエア構成図によりそ
の構成を説明する。

第６図において、ハードウエア構成は、コンピユータ
601、デイジタル化された画像を蓄えるメモリ603、カラ
ー画像あるいは、文字表示を行うCRT602、写真，自然
画，人工画などをデイジタル画像として画像入力し及び
画像印刷する画像入出力装置605、キーボード604,ボタ
ン607のついたマウス606より構成されている。

ここで、マウス606の機能について説明すると、コン
ピユータ601上の制御プログラムにより、マウス606で指
示された平面位置に従い、CRT602上に小さな矢印が表示
され、マウス606を動かすことにより、操作者はこの矢
印をCRT602の画面上で自由に動かすことができる。ま
た、マウス606上のボタン607を押すと、CRT602上の画面
中の矢印の先の位置情報がコンピユータ601に送られ、
その上で動作するソフトウエアで用いることができる。
以下、この操作を「ピツクする」という用語を用いるこ
とにする。また、CRT602上に表示される画像の質につい
ては、縦横1000×1000すなわち１画面100万画素程度
で、赤緑青それぞれ256階調で合計1670万色程度のもの
が一般的であるので、本発明でもこの程度の画質のもの
を用いる。しかし、これに限定されるものではない。画
像入出力装置605もこれに対応できるものを用いる。

次に、本発明の第１の実施例による画像合成方法を、
第１図，第２図，第３図，第７図，第８図，第９図及び
第10図により説明する。

第７図（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、第１の実施例に
適用される背景画像と重畳画像を示す。

第１の実施例の画像合成方法は、第７図（ａ）の背景
画像で、手前から左上に向かつて伸びる道路702の上に
第７図（ｂ）の重畳画像における自動車703を重畳合成
する際、場所を指定したら自動的に拡大縮小率と大気の
吸収による色吸収を計算し合成画像を作成表示するもの
である。第１の実施例における処理の手順を第１図，第
２図，第３図に示す。第１図〜第３図は、各実施例に共
通する処理フロー図である。第１図において、ステツプ
101では背景画像を入力し表示する。この例では、背景
画像は第７図（ａ）の道のある風景である。ステツプ10
2では重畳画像を入力表示する。この例では、重畳画像
は第７図（ｂ）の自動車703の画像である。背景画像，
重畳画像とも従来技術で述べた一般的処理手順（２）の
マスクの切り出しは既に済んでいて、その情報も同時に
入力されているものとする。この例の場合は、背景画像
中では樹木701が他の部分と区別されておりマスクがで
きており、重畳画像中では自動車703のマスクが存在す
るものとする。ステツプ103では背景画像中に存在する
地形や物体の表面の３次元情報，視点の情報，単位長
さ，大気による色吸収率を入力する。ここで、背景画像
中の表面の３次元構造については、撮影条件，地形の情
報が知られている場合にはこれを用いるが、知られてい
ない場合には推定して用いる。この例の場合、作用で述
べた座標系を用いて、車道702はほぼ水平面にあると思
われるので、表面の方程式をｙ＝0,視点を（500,500,−
500）と推定して計算する。ステツプ104では画像の重畳
位置，拡大縮小率等を決める。これについては、第２図
で詳しく説明する。ステツプ105は合成画像の計算を行
う。この際、大気の吸収による色調の調整を行う。これ
についても第３図で詳細に説明する。ステツプ106では
合成画像を表示し、必要ならばフアイルに出力する。次
にステツプ104の詳細を第２図で説明する。ステツプ201
では、自動車を重畳する位置を背景画像中で指定する。
この実施例ではカーソルをだし、それが自動車の中心で
あるとして指定する。ステツプ202では〔作用〕で述べ
たように、平面の位置，視点位置とこの自動車の中心の
位置より式（８）を用いて、自動車のおかれる深さを計
算する。ステツプ203では作用で述べたように式（11）
を用いて拡大縮小率を計算する。ステツプ204ではこれ
までの処理で決まつた重畳する自動車の輪郭を背景画像
中に線画として重畳する。第８図（ａ）はこの様子を表
している。ここで、第８図（ａ）は重畳位置指定を示
し、第８図（ｂ）は合成画像を示す。輪郭801と輪郭802
は異なる場所（近くと遠く）に指定された二つの場合に
ついて同じ絵の中に表したものである。近くに指定した
場合、合成画像は第８図（ａ）の自動車803に示すよう
になる。ステツプ205では、この表示位置を変更するか
どうかに関する分岐である。変更する場合にはステツプ
201に戻る。変更しない場合には、以上の処理で決まつ
た、自動車の重心，拡大縮小率に従い、どの部分に自動
車が重畳されるかを示す合成時点で用いられるマスクを
計算する。つぎにステツプ105の詳細を第３図で説明す
る。ステツプ301では自動車の深さから式（12）を用い
て色の吸収率を計算する。これについてはテーブル化を
して用いれば便利である。ステツプ302からは合成画像
の各画素についてのループである。ステツプ302では指
定された画素がマスクの内側にあるかどうかの判定をす
る。指定された画素が内側にある場合には、ステツプ30
3に進み、重畳画像の対応点の画素値を合成画像の画素
値とする。これには式（１），式（２）を用いる。次に
ステツプ301で定められたテーブルに従い色の変換を行
う（ステツプ304）。これには、式（３）を用いる。ス
テツプ302の判定がNoであつた場合には背景画像の対応
点（同じ点）の画像濃度を合成画の画像濃度とする（ス
テツプ305）。

この実施例では、以下に述べる追加の処理，変更を行
うことが出来る。マスクに関しては、従来の技術で述べ
たような問題点が生じる場合があるので、課題を解決す
るための手段で述べた、第２の目的を達成するための手
段、第３の目的を達成するための手段を適用することも
でき、ジヤギーの少ない高品質な合成画像を得ることが
出来る。すなわち、第１の手段のように、ビツトマツプ
マスクを複数用いるものを適用する場合は、予め、重畳
画像を異なる倍率に拡大縮小したものに対し、それぞれ
のマスクを作成しておき、第２図のステツプ203で計算
された拡大縮小率により、最も近いマスクを選んで第２
図のステツプ206の合成時点のマスクを計算する。第２
の手段のように、ビツトマツプマスクとアウトラインマ
スクを用いる場合には、小さい画像に対してビツトマツ
プマスクを作つておき、他にアウトラインマスクを準備
しておく。この実施例の場合はビツトマツプマスクを作
つた縮尺の２倍程度まではビツトマツプマスクを用い、
それ以上の場合にはアウトラインマスクを用いる。第３
の目的を達成するための手段ではサーフイスフオントを
用いる。第９図は、アウトラインマスクの一種のサーフ
イスマスクの一例を示し、サーフイスマスク901は、例
えば四角形の右側に突起があるような形状を表現するも
のである（便宜的にこれを用いているが、自動車の外形
を用いればそのままこの実施例で使用できる）。切断平
面902のように上に近いと小さめのマスク903となり、切
断平面904のように下に近いと大きなマスク905となる。

また、この実施例では背景にある構造体を全く用いて
いないがこれを用いることが出来る。即ち、第７図
（ａ）の背景画像では樹木701とそれ以外が区別されて
おり、樹木のマスクが存在する。道路702を含む地表面
には３次元情報が設定されているのであるから、この樹
木701にも深さを設定することが出来る。重畳合成に際
し、深さの指定に対して自動車703を拡大縮小するだけ
ではなく、自動車をその深さに従つて樹木の後に自動的
に配置することもできる。これについては、第10図
（ａ），（ｂ）に示してある。第10図（ａ）は自動車70
3を樹木701の後に配置した場合、第10図（ｂ）は、逆
に、自動車703を樹木701の手前に配置した場合である。

また、この実施例では重畳する対象に影が付いていた
場合の扱いをしていない。自動車から地面に引く影があ
り、影も一緒に合成する場合に、微妙な中間調を表現す
るのには、〔作用〕で述べたように、重畳後の合成画像
の画像濃度を、同じ場所の重畳画像の画像濃度と背景画
像の濃度の積を場所によらない定数で割つたものにする
ことで実現できる。

第11図（ａ）〜（ｄ）は、この重畳対象に影が付いて
いる場合の実施例の説明図で、同図（ａ）は重畳画像、
同図（ｂ）は背景画像、同図（ｄ）は合成画像を示し、
同図（ｃ）は重畳画像の画像濃度を示す。第11図（ａ）
の三角形の物体111とその影112を同図（ｂ）の背景画像
に重畳合成する場合、影の濃淡に比例して背景画像を暗
くすることにより、自然な影をもつた合成画像が見られ
る。そこで、重畳画像中で、線分Ｍ−Ｎの画像濃度が第
11図（ｃ）のように変化していて、その線上の影のある
位置での画像濃度をＢ（i,j）、背景画像の同じ点の画
像濃度をＡ（i,j）、重畳画像中の基準の明るさ（比較
的明るい個所での明るさ）をB₀とすると、合成画像にお
ける同じ位置の画像濃度Ｃ（i,j）は、次式で与えられ
る。

次に、本発明の第２の実施例である画像合成方法の処
理につき第１図，第３図，及び第４図の処理フロー図を
用いて説明する。この実施例では重畳画像の自動車の大
きさを指定する重畳可能な位置が自動的に限定され、こ
の中から重畳場所を選択し重畳合成処理を行うものであ
る。第１図の処理フロー図において、ステツプ104以外
は第１の実施例と同じである。ステツプ104の詳細につ
き第４図において説明する。ステツプ401においては重
畳画像の拡大縮小率を指定する。ステツプ401において
は式（６），（８）あるいは（10）を用いて重畳可能位
置を計算し、背景画像上にそれを表示する。ステツプ40
3ではその中から重畳可能位置を指定する。ステツプ404
では第２図のステツプ202と同様に深さを計算する。ス
テツプ405からステツプ407は第２図ステツプ204からス
テツプ206と同様である。

次に、本発明の第３の実施例である画像合成方式につ
き第１図，第３図，及び第５図の処理フロー図を用いて
説明する。この実施例では、重畳画像の大気による色吸
収の度合いを指定すると、重畳可能な位置が自動的に限
定され、その中から重畳場所を選択して重畳合成処理を
行うものである。ステツプ104の詳細については、第５
図を用いて説明する。ステツプ501において色吸収によ
る色変化を指定する。式（12）は深ささえ決まれば単純
に掛け算をするだけであるので、重畳画像の画像濃度を
定数倍したものを表示して適当なものを選ぶ、ステツプ
502では深さの計算を行う。ステツプ501で決まつた定数
γをｄ乗したものであるので、その定数の対数をγの対
数で割つたものを深さにすればよい。これで深さが決ま
つたわけであるので、第２の実施例と以降同じ処理を行
う。ステツプ502からステツプ508は第４図のステツプ40
2からステツプ407と同じである。

次に、本発明の他の実施例である文字フオント生成方
法について説明する。従来の技術で説明したように、重
畳画像を一色のものにして、マスクの形状を文字にすれ
ば、画像合成方法は文字フオントの生成方法になる。第
９図のサーフイスマスク901の断面が文字を表す場合を
想定すれば、平面を上下させることにより字画の太さの
異なる文字フオントが生成される。大きなポイントの文
字に関しては、太めの字画（文字の各線の太さ）を選択
し、小さいポイントのものに対しては、細めの字画を選
択すればよい。

上記第２の目的達成手段では、ビツトマツプマスクを
縮小率の大きい画像について予め作成しておき（この結
果できるマスクサイズは小さい）、アウトラインマスク
は通常倍率の画像について予め作成しておき、画像合成
の際には縮小率が大きい場合にビツトマツプマスクを用
い、それ以外の場合にアウトラインマスクを用いてい
る。従つて、本来、両方のマスク間で線の消え易さに差
はないが、画像合成の際に、小さな画像（縮小率の大き
い画像）について予め作成したビツトマツプマスクを用
いる場合よりも、通常倍率の画像について予め作成した
アウトラインマスクを縮小して用いる場合の方が消え易
いことになる。そこで、複数の異なる倍率に対して予め
アウトラインマスクを作成しておき、その中で比較的小
さい画像（縮小率の大きい画像）について作成したアウ
トラインマスクを用いることにより、細い線が消えにく
いようにすることができる。

〔発明の効果〕

以上詳しく説明したように、本発明によれば、背景画
像中に付与した３次元情報を用いることにより、重畳場
所（重畳位置）を指定するとき、重畳画像を、その重畳
位置に適した大きさに自動的に拡大または縮小して重畳
合成するようにしたので、面倒な操作を行うことなく、
背景画像に自然な遠近感をもつた状態で重畳画像が重畳
された合成画像を自動的に得ることができる。また、同
時に、重畳位置と色調との関係も、互いに矛盾のない合
成画像が得られる。複数のビツトマツプマスクを用い、
指定された拡大縮小率に最も近い倍率のビツトマツプマ
スクを選択することにより、もしくはビツトマツプマス
クとアウトラインマスクを使い分けることにより重畳合
成した画像の輪郭にジヤギーが生じたり細い線が消えた
りすることを防止できる。サーフイスマスクを用いるこ
とにより、輪郭の膨潤処理や収縮処理を容易に行うこと
ができる。マスクの順序関係（前後関係）と拡大縮小率
との関係が矛盾することがない。また、合成画像の境界
がきれいで、影のような微妙な濃淡を表現した合成画像
を生成することができる。更に、文字の大きさが変わる
とき、字画の太さを自然に変化させることができるアウ
トラインフオントを生成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１ないし第３実施例の処理のフロー
図、第２図ないし第５図は第１図の実施例の処理の詳細
を示すフロー図、第６図は本発明に用いられるハードウ
エアの画像処理装置の構成図、第７図は本発明の一実施
例を説明するための背景画像及び重畳画像の構成図、第
８図は本発明の一実施例による重畳位置指定方法の説明
図、第９図はアウトラインマスクの説明図、第10図は本
発明の一実施例の画像合成法の説明図、第11図は本発明
の一実施例の影のある画像の画像合成法の説明図であ
る。 601……コンピユータ、602……CRT、603……メモリ、60
4……キーボード、605……画像出入力装置、606……マ
ウス、607……マウスボタン、701……樹木、702……車
道。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者能見誠神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (56)参考文献特開平２−27483（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 1/00 - 3/60 G06T 11/00 - 11/80 G09G 5/00 - 5/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】デイジタル的に表現された背景画像中に、
別のデイジタル的に表現された画像の一部または背景画
像の一部を重畳画像として重畳合成し、合成画像を作成
する計算機システムにおいて、背景画像中に表現されている物の表面の３次元的位置を
表す位置情報及び視点位置情報を予め設定しておき、重
畳画像が重畳される背景画像中の２次元的位置とこの重
畳画像の拡大縮小率との関係を用いることにより、背景画像中の重畳位置が指定された場合には拡大縮小率
を自動的に設定し、拡大縮小率が指定された場合には背景画像中の重畳位置
を限定することを特徴とする画像合成方法。
【請求項２】デイジタル的に表現された背景画像中に、
別のデイジタル的に表現された画像の一部または背景画
像の一部を重畳画像として重畳合成し、合成画像を作成
する計算機システムにおいて、背景画像中に表現されている物の表面の３次元的位置を
表す情報、視点位置情報、及び大気による光の吸収スペ
クトルを予め設定しておき、背景画像中の奥行きと大気
の吸収による色の変化との関係を用いることにより、背景画像中の重畳される奥行きが指定された場合には色
の変化の度合いを自動的に設定し、大気の吸収による色の変化の度合いが指定された場合に
は背景画像中の重畳される奥行きを限定することを特徴とする画像合成方法。
【請求項３】デイジタル的に表現された背景画像中に、
別のデイジタル的に表現された画像の一部または背景画
像の一部を重畳画像として重畳合成し、合成画像を作成
する計算機システムにおいて、背景画像中に表現されている物の表面の３次元的位置を
表す情報、視点位置情報、及び大気による光の吸収スペ
クトルを予め設定しておき、重畳画像が重畳される背景
画像中の２次元的位置とこの重畳画像の拡大縮小率の関
係、及び、背景画像中の奥行きと大気の吸収による色の
変化の関係を用いることにより、背景画像中の重畳位置が指定された場合には拡大縮小
率、奥行き、及び大気の吸収による色の変化の度合いを
自動的に設定し、大気の吸収による色の変化の度合いが指定された場合に
は背景画像中の重畳される奥行き、拡大縮小率、及び背
景画像中の重畳位置を限定することを特徴とする画像合成方法。
【請求項４】前記物の表面の３次元的位置を表す情報
は、前記物の平面を表す情報であることを特徴とする請
求項１ないし３のいずれか１項記載の画像合成方法。
【請求項５】デイジタル的に表現された背景画像中に、
別のデイジタル的に表現された画像の一部または背景画
像の一部を重畳画像として重畳合成し、合成画像を作成
する計算機システムにおいて、重畳合成する画像として背景が同じで倍率の異なるもの
を複数枚準備し、それぞれの倍率の異なる画像から一部の領域を表すため
のビットマップ表現されたマスクを切り出して準備し、指定された拡大縮小率に近い倍率のマスクを指定値に拡
大縮小して重畳合成を行うことを特徴とする画像合成方法。
【請求項６】デイジタル的に表現された背景画像中に、
別のデイジタル的に表現された画像の一部または背景画
像の一部を重畳画像として重畳合成し、合成画像を作成
する計算機システムにおいて、比較的縮小率の大きい画像を用いて作成したビットマッ
プマスクと、画像の一部領域を閉曲線の境界線でベクト
ル的に表現したアウトラインマスクとを準備し、重畳に際し、縮小率が大きい場合にはビットマップマス
クをもとに拡大縮小して重畳合成を行い、それ以外の場合にはアウトラインマスクをもとに拡大縮
小して重畳合成を行うことを特徴とする画像合成方法。
【請求項７】デイジタル的に表現された背景画像中に、
別のデイジタル的に表現された画像の一部または背景画
像の一部を重畳画像として重畳合成し、合成画像を作成
する計算機システムにおいて、任意の位置を通り決まつた方向に平行な平面で切つた断
面が位相幾何学的に常に等しいチューブ状の立体を準備
し、重畳画像の一部の領域を指定するマスクを、所定の位置
を通り前記平面に平行な切断平面により定義することを特徴とする画像合成方法。
【請求項８】前記チューブ状の立体は、前記任意の位置
を順に変更するにつれて前記断面の面積が単調に増加し
または減少するものであり、平面を平行移動することに
より、マスクの大きさを変化させ調整することを特徴と
する請求項７記載の面画像合成方法。
【請求項９】デイジタル的に表現された背景画像中に、
別のデイジタル的に表現された画像の一部または背景画
像の一部を重畳画像として重畳合成し、合成画像を作成
する計算機システムにおいて、重畳合成後の合成画像の画像濃度を、対応する場所の重
畳画像の画像濃度と背景画像の画像濃度の積を場所によ
らない定数で割つた値とすることを特徴とする画像合成方法。
【請求項１０】デイジタル的に表現された背景画像中
に、別のデイジタル的に表現された画像の一部または背
景画像の一部を重畳画像として重畳合成し、合成画像を
作成する計算機システムにおいて、背景画像中に表現されている物の表面の３次元的位置を
表す情報、視点位置情報、及び大気による各天候状態に
対応した光の吸収スペクトルを予め設定しておき、天候
を指定することにより３次元的位置に応じた色調の変化
を合成画像上に与えることを特徴とする画像合成方法。
【請求項１１】デイジタル的に表現された背景画像中
に、別のデイジタル的に表現された画像の一部または背
景画像の一部を重畳画像として重畳合成し、合成画像を
作成する計算機システムにおいて、切断位置によって切断面の大きさが変るチューブ状の立
体を準備し、このチューブ状の立体をある位置で太さ方
向に切断して生成される切断平面の大きさ及び形状によ
り、文字フォントを定義することを特徴とする文字フォント生成方法。
【請求項１２】前記チューブ状の立体の切断平面は、そ
の切断位置に応じて文字サイズが決まると共に、この文
字サイズに適した太さで字画が決まる文字フォントを生
成するように構成されたことを特徴とする請求項11記載
の文字フォント生成方法。
【請求項１３】前記チューブ状の立体は、上底面及び下
底面間の輪郭が、異なるポイントのアウトラインフォン
トとする錐状に構成されたことを特徴とする請求項11記
載の文字フォント生成方法。