JP2910284B2 - 移動ベクトル検出方法及び装置 - Google Patents
移動ベクトル検出方法及び装置Info
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- JP2910284B2 JP2910284B2 JP6078591A JP6078591A JP2910284B2 JP 2910284 B2 JP2910284 B2 JP 2910284B2 JP 6078591 A JP6078591 A JP 6078591A JP 6078591 A JP6078591 A JP 6078591A JP 2910284 B2 JP2910284 B2 JP 2910284B2
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- JP
- Japan
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- image
- window
- motion vector
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- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は時間的に連続した画像
（たとえばテレビジョン画像）から、撮影されている物
体の画像上での移動ベクトルを求める方法及び装置に関
するものである。
（たとえばテレビジョン画像）から、撮影されている物
体の画像上での移動ベクトルを求める方法及び装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】動画像における空間及び時間微分値と、
動画像に撮影されている物体の画像上での移動ベクトル
の間に成り立つ関係を利用して、その物体の移動ベクト
ルを検出する勾配法と呼ばれている方法がある（１．吹
抜敬彦，「画像信号による動対象の移動量、速度の測
定」，電子通信学会技術研究報告，ＩＥ７８−６７，１
９７８−１０、２．和田正裕，山口博久，「反復勾配法
による動画像信号の動き量検出」電子通信学会論文誌
Ｄ，１９８５−４，ｐｐ．６６３−６７０）。次に勾配
法について説明する。
動画像に撮影されている物体の画像上での移動ベクトル
の間に成り立つ関係を利用して、その物体の移動ベクト
ルを検出する勾配法と呼ばれている方法がある（１．吹
抜敬彦，「画像信号による動対象の移動量、速度の測
定」，電子通信学会技術研究報告，ＩＥ７８−６７，１
９７８−１０、２．和田正裕，山口博久，「反復勾配法
による動画像信号の動き量検出」電子通信学会論文誌
Ｄ，１９８５−４，ｐｐ．６６３−６７０）。次に勾配
法について説明する。
【０００３】動画像の画素を、画面の座標ｘ，ｙと時間
ｔの関数として表現すると、勾配法の基礎となる画像の
微分値間の関係を示す式は次のようになる。
ｔの関数として表現すると、勾配法の基礎となる画像の
微分値間の関係を示す式は次のようになる。
【０００４】
【数１０】
【０００５】
【０００６】ここで、Ｅx，Ｅy，Ｅtはそれぞれ画像の
明るさのｘ，ｙおよびｔ方向の偏微分係数、ｕ，ｖはそ
の点での移動ベクトルのｘ，ｙ成分である。数１０で示
される関係は画像上の各点で独立に与えられるが、一点
での関係のみではｕ，ｖを決定することができないの
で、画像上にウインドを設定し、そのウインド内での移
動ベクトルｕ，ｖは一定であると仮定して解かれる。上
述の内容を数式として表現すれば、Ｅx（ｘ，ｙ），Ｅy
（ｘ，ｙ）およびＥt（ｘ，ｙ）をそれぞれウインド内
で計算される画像のｘ，ｙおよびｔでの偏導関数とし
て、次式がウインド内で成立することである。
明るさのｘ，ｙおよびｔ方向の偏微分係数、ｕ，ｖはそ
の点での移動ベクトルのｘ，ｙ成分である。数１０で示
される関係は画像上の各点で独立に与えられるが、一点
での関係のみではｕ，ｖを決定することができないの
で、画像上にウインドを設定し、そのウインド内での移
動ベクトルｕ，ｖは一定であると仮定して解かれる。上
述の内容を数式として表現すれば、Ｅx（ｘ，ｙ），Ｅy
（ｘ，ｙ）およびＥt（ｘ，ｙ）をそれぞれウインド内
で計算される画像のｘ，ｙおよびｔでの偏導関数とし
て、次式がウインド内で成立することである。
【０００７】
【数１１】
【０００８】
【０００９】しかし、実際に画像から計算される各偏導
関数は、上述の仮定が完全には成り立たないことなどに
より、数１１の関係が完全には成立せず、数１２で示す
ように残差Ｅr（ｘ，ｙ）が存在する。
関数は、上述の仮定が完全には成り立たないことなどに
より、数１１の関係が完全には成立せず、数１２で示す
ように残差Ｅr（ｘ，ｙ）が存在する。
【００１０】
【数１２】
【００１１】
【００１２】そこで、残差Ｅrの大きさ｜Ｅr｜を最小に
するようなｕ，ｖが最も確からしい移動ベクトルとして
採用される。数１２の残差Ｅrの大きさが最小になる条
件は、関数Ｅrが関数Ｅx，Ｅyと直交することである。
するようなｕ，ｖが最も確からしい移動ベクトルとして
採用される。数１２の残差Ｅrの大きさが最小になる条
件は、関数Ｅrが関数Ｅx，Ｅyと直交することである。
【００１３】
【数１３】
【００１４】
【００１５】ただし、（ｆ1・ｆ2）は関数ｆ1とｆ2との
内積を示す。
内積を示す。
【００１６】
【数１４】
【００１７】
【００１８】求めるべき移動ベクトルを（ｕ0，ｖ0）と
して、式（３）とＥxおよびＥyの内積をつくり、数１３
の条件を適用すると次式が得られる。
して、式（３）とＥxおよびＥyの内積をつくり、数１３
の条件を適用すると次式が得られる。
【００１９】
【数１５】
【００２０】
【００２１】ただし
【数１６】
【００２２】
【００２３】ここで、積分の範囲はウインドの内部であ
る。従って、求めるべき移動ベクトルは次のようにな
る。
る。従って、求めるべき移動ベクトルは次のようにな
る。
【００２４】
【数１７】
【００２５】
【００２６】
【発明が解決しようとする問題点】以上述べた方法によ
り移動ベクトルが検出されるが、この検出方法ではウイ
ンド内の物体の動きを、そのウインド内での位置によら
ず一様に反映してしまうという問題点がある。この問題
点について以下に説明する。
り移動ベクトルが検出されるが、この検出方法ではウイ
ンド内の物体の動きを、そのウインド内での位置によら
ず一様に反映してしまうという問題点がある。この問題
点について以下に説明する。
【００２７】本来、移動ベクトルは画像上の各点ごとに
求まるのが理想であるが、それが不可能なため前述のご
とくウインドを設定し、その中での移動は一定であると
仮定される。しかし、実際には異なる動きをする物体が
ウインド内に含まれることがある。図２は円形のウイン
ド内に２つの異なった移動をする物体ａおよびｂが含ま
れている場合を示した。この場合、検出される移動ベク
トルはウインドの中心付近の動きを反映するのが望まし
く、図２に示すウインド１では物体ａの、ウインド２で
は物体ｂの動きに近い値が検出されるべきである。しか
し、従来の方法ではウインド内の物体の動きは、その位
置によらず平等に扱われるため、２つのウインド上で検
出される移動ベクトルは同じものとなる。
求まるのが理想であるが、それが不可能なため前述のご
とくウインドを設定し、その中での移動は一定であると
仮定される。しかし、実際には異なる動きをする物体が
ウインド内に含まれることがある。図２は円形のウイン
ド内に２つの異なった移動をする物体ａおよびｂが含ま
れている場合を示した。この場合、検出される移動ベク
トルはウインドの中心付近の動きを反映するのが望まし
く、図２に示すウインド１では物体ａの、ウインド２で
は物体ｂの動きに近い値が検出されるべきである。しか
し、従来の方法ではウインド内の物体の動きは、その位
置によらず平等に扱われるため、２つのウインド上で検
出される移動ベクトルは同じものとなる。
【００２８】本発明の目的は上述の欠点をなくし、ウイ
ンドの中心付近の移動がより多く反映される移動ベクト
ル検出方法及び装置を提供することにある。
ンドの中心付近の移動がより多く反映される移動ベクト
ル検出方法及び装置を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、時間的に
連続した画像Ｅ（ｘ，ｙ，ｔ）の空間微分Ｅx，Ｅy及び
時間微分Ｅtと前記画像上の移動ベクトル（ｕ，ｖ）と
の関係を示す式（数１）を、前記画像上に設定した空間
的広がりを持つ領域（以降ウインドという）内で前記移
動ベクトル（ｕ，ｖ）が一定であるという条件と共に、
実際の画像から計算された各微分値に適用したときに算
出される前記式の誤差｜Ｅr｜を最小にする移動ベクト
ル（ｕ0，ｖ0）を前記ウインド内の移動ベクトルとする
移動ベクトル検出方法において、前記ウインドの中心で
最大値をとり、周囲に向かって減少する重み付け関数を
設定し、この重み付け関数を前記画像の各微分値と移動
ベクトルの関係を示す式に乗ずることにより、ウインド
内での重み付けを行うことを特徴とする移動ベクトル検
出方法である。
連続した画像Ｅ（ｘ，ｙ，ｔ）の空間微分Ｅx，Ｅy及び
時間微分Ｅtと前記画像上の移動ベクトル（ｕ，ｖ）と
の関係を示す式（数１）を、前記画像上に設定した空間
的広がりを持つ領域（以降ウインドという）内で前記移
動ベクトル（ｕ，ｖ）が一定であるという条件と共に、
実際の画像から計算された各微分値に適用したときに算
出される前記式の誤差｜Ｅr｜を最小にする移動ベクト
ル（ｕ0，ｖ0）を前記ウインド内の移動ベクトルとする
移動ベクトル検出方法において、前記ウインドの中心で
最大値をとり、周囲に向かって減少する重み付け関数を
設定し、この重み付け関数を前記画像の各微分値と移動
ベクトルの関係を示す式に乗ずることにより、ウインド
内での重み付けを行うことを特徴とする移動ベクトル検
出方法である。
【００３０】第２の発明は、第１の発明においてウイン
ド内での重み付け関数として、２次元ガウス分布関数
（数２）を採用した移動ベクトル検出方法である。
ド内での重み付け関数として、２次元ガウス分布関数
（数２）を採用した移動ベクトル検出方法である。
【００３１】第３の発明は、第１の発明においてウイン
ド内での重み付け関数として、ウインドの中心からの距
離ｒに従って階段状に変化する関数（数３）を採用した
移動ベクトル検出方法である。
ド内での重み付け関数として、ウインドの中心からの距
離ｒに従って階段状に変化する関数（数３）を採用した
移動ベクトル検出方法である。
【００３２】第４の発明は、画像撮像装置によって得ら
れる時間的に連続した画像列を離散的表現に変換する変
換器と、変換された離散的表現の画像の時間的に隣合う
フレームを保持するフレームメモリと、このフレームメ
モリに保持された画像の空間差分Ｅx，Ｅy及びフレーム
差分Ｅtを計算する画像差分計算装置と、前記画像上に
設定されたウインドに対して、２次元ガウス分布関数
（数４）によって重み付けされた前記各差分値の自乗及
び積の総和（数５）を計算する総和計算装置と、前記総
和を用いて移動ベクトル（数６）を計算する移動ベクト
ル計算装置とからなる移動ベクトル検出装置である。
れる時間的に連続した画像列を離散的表現に変換する変
換器と、変換された離散的表現の画像の時間的に隣合う
フレームを保持するフレームメモリと、このフレームメ
モリに保持された画像の空間差分Ｅx，Ｅy及びフレーム
差分Ｅtを計算する画像差分計算装置と、前記画像上に
設定されたウインドに対して、２次元ガウス分布関数
（数４）によって重み付けされた前記各差分値の自乗及
び積の総和（数５）を計算する総和計算装置と、前記総
和を用いて移動ベクトル（数６）を計算する移動ベクト
ル計算装置とからなる移動ベクトル検出装置である。
【００３３】第５の発明は、画像撮像装置によって得ら
れる時間的に連続した画像列を離散的表現に変換する変
換器と、変換された離散的表現の画像の時間的に隣合う
フレームを保持するフレームメモリと、このフレームメ
モリに保持された画像の空間差分Ｅx，Ｅy及びフレーム
差分Ｅtを計算する画像差分計算装置と、前記画像上に
設定されたウインドに対して、ウインドの中心からの距
離ｒに従って階段状に変化する関数（数７）によって重
み付けされた前記各差分値の自乗及び積の総和（数８）
を計算する総和計算装置と、前記総和を用いて移動ベク
トル（数９）を計算する移動ベクトル計算装置とからな
る移動ベクトル検出装置である。
れる時間的に連続した画像列を離散的表現に変換する変
換器と、変換された離散的表現の画像の時間的に隣合う
フレームを保持するフレームメモリと、このフレームメ
モリに保持された画像の空間差分Ｅx，Ｅy及びフレーム
差分Ｅtを計算する画像差分計算装置と、前記画像上に
設定されたウインドに対して、ウインドの中心からの距
離ｒに従って階段状に変化する関数（数７）によって重
み付けされた前記各差分値の自乗及び積の総和（数８）
を計算する総和計算装置と、前記総和を用いて移動ベク
トル（数９）を計算する移動ベクトル計算装置とからな
る移動ベクトル検出装置である。
【００３４】
【作用】前述の問題点はウインドの中心で大きな値を取
り、周囲に向かうに従い減少するような重み付け関数を
数１１に乗ずることによって達成される。重み付け関数
をｗ（ｘ，ｙ）とすれば、ウインドの中心を（ｘ0，
ｙ0）として、次式が得られる。
り、周囲に向かうに従い減少するような重み付け関数を
数１１に乗ずることによって達成される。重み付け関数
をｗ（ｘ，ｙ）とすれば、ウインドの中心を（ｘ0，
ｙ0）として、次式が得られる。
【００３５】
【数１８】
【００３６】
【００３７】数１８を数１１の代わりに用いれば、数１
６は数１９となる。
６は数１９となる。
【００３８】
【数１９】
【００３９】
【００４０】移動ベクトル（ｕ0，ｖ0）は数１９で与え
られる値を用いて数１７により計算される。
られる値を用いて数１７により計算される。
【００４１】重み付け関数ｗとして性質の良いものは、
次式に示す２次元ガウス分布関数である。
次式に示す２次元ガウス分布関数である。
【００４２】
【数２０】
【００４３】
【００４４】他の重み付け関数として、中心からの距離
ｒに従って階段状に変化する関数が可能である。
ｒに従って階段状に変化する関数が可能である。
【００４５】
【数２１】
【００４６】
【００４７】ここで、ｎはこの関数が一定の値を取る範
囲の数である。数２１で示される関数を重み付け関数と
して採用した場合には、数１９で示される各値を計算す
るのに必要な演算量が減るという利点がある。例えば、
ａの値は次式で計算される。
囲の数である。数２１で示される関数を重み付け関数と
して採用した場合には、数１９で示される各値を計算す
るのに必要な演算量が減るという利点がある。例えば、
ａの値は次式で計算される。
【００４８】
【数２２】
【００４９】
【００５０】ここで、Ｓiは重み付け関数がｗiの値をと
る領域である。すなわち、この領域Ｓiでは重み付け関
数はｘ，ｙに対して定数であるため積分の外に出すこと
ができ、積分の中の演算はＥx（ｘ，ｙ）の自乗だけに
なる。数１９に示される他の値、ｂ，ｆ，ｇ，ｈも同様
にして計算される。さらに他の重み付け関数として、ウ
インド中心からの距離に従って線形に減少するものなど
が可能である。また、以上述べた重み付け関数はウイン
ドの中心に対して対称であったが、対称でない関数も可
能である。
る領域である。すなわち、この領域Ｓiでは重み付け関
数はｘ，ｙに対して定数であるため積分の外に出すこと
ができ、積分の中の演算はＥx（ｘ，ｙ）の自乗だけに
なる。数１９に示される他の値、ｂ，ｆ，ｇ，ｈも同様
にして計算される。さらに他の重み付け関数として、ウ
インド中心からの距離に従って線形に減少するものなど
が可能である。また、以上述べた重み付け関数はウイン
ドの中心に対して対称であったが、対称でない関数も可
能である。
【００５１】
【実施例】本発明の第１の実施例を図１に示す。撮像装
置１によって得られたアナログの映像信号はＡ／Ｄ変換
器２によって離散化され、デジタルの画像となる。この
デジタル信号はフレームメモリＡ３に保持される。フレ
ームメモリＢ４は１フレーム前のデジタル画像を保持す
るメモリで、Ａ／Ｄ変換器から新たなフレームの画像が
フレームメモリＡ３に送られてくると、それまでフレー
ムメモリＡ３が保持していた画像をフレームメモリＢ４
が保持する。画像差分装置５は、二つのフレームメモリ
が保持している隣接したフレームの画像を用いて空間及
び時間差分Ｅx，Ｅy，Ｅtを計算する。すなわち、フレ
ームメモリＡ３に保持されている画像をＥ（ｘ，ｙ，ｔ
0）、フレームメモリＢ４に保持されている画像をＥ
（ｘ，ｙ，ｔ0−１）とすると、各差分値は次式によっ
て計算される。
置１によって得られたアナログの映像信号はＡ／Ｄ変換
器２によって離散化され、デジタルの画像となる。この
デジタル信号はフレームメモリＡ３に保持される。フレ
ームメモリＢ４は１フレーム前のデジタル画像を保持す
るメモリで、Ａ／Ｄ変換器から新たなフレームの画像が
フレームメモリＡ３に送られてくると、それまでフレー
ムメモリＡ３が保持していた画像をフレームメモリＢ４
が保持する。画像差分装置５は、二つのフレームメモリ
が保持している隣接したフレームの画像を用いて空間及
び時間差分Ｅx，Ｅy，Ｅtを計算する。すなわち、フレ
ームメモリＡ３に保持されている画像をＥ（ｘ，ｙ，ｔ
0）、フレームメモリＢ４に保持されている画像をＥ
（ｘ，ｙ，ｔ0−１）とすると、各差分値は次式によっ
て計算される。
【００５２】
【数２３】
【００５３】
【００５４】重み付き総和計算装置６は、画像差分装置
５によって計算された各差分値を用いて、数１９及び数
２０により差分値の自乗及び積のウインド内での総和を
計算する。ここで、数１９においては積分で表されてい
るが、この実施例では離散化された画像を扱っているの
で、積分は総和に置き換えられる。ウインドは移動ベク
トルを検出すべき点の数だけ設定され、その各々につい
て上述の総和が計算される。移動ベクトル計算装置７は
この総和を用いて数１７によって示した計算を行い、各
々のウインドに対して移動ベクトル（ｕ0，ｖ0）を出力
する。
５によって計算された各差分値を用いて、数１９及び数
２０により差分値の自乗及び積のウインド内での総和を
計算する。ここで、数１９においては積分で表されてい
るが、この実施例では離散化された画像を扱っているの
で、積分は総和に置き換えられる。ウインドは移動ベク
トルを検出すべき点の数だけ設定され、その各々につい
て上述の総和が計算される。移動ベクトル計算装置７は
この総和を用いて数１７によって示した計算を行い、各
々のウインドに対して移動ベクトル（ｕ0，ｖ0）を出力
する。
【００５５】本発明第２の実施例は、上述の第１の実施
例において重み付き総和計算装置６における計算に、数
１９及び数２１を用いたものである。この計算は数２２
で示されるとおり、ウインドを重み付け関数の値が一定
である範囲に分け、各々の範囲で前記差分値の自乗及び
積の総和を計算し、その後に対応する重み付け関数の値
の自乗を総和の値に乗じて合計するという計算方法を取
る。
例において重み付き総和計算装置６における計算に、数
１９及び数２１を用いたものである。この計算は数２２
で示されるとおり、ウインドを重み付け関数の値が一定
である範囲に分け、各々の範囲で前記差分値の自乗及び
積の総和を計算し、その後に対応する重み付け関数の値
の自乗を総和の値に乗じて合計するという計算方法を取
る。
【００５６】以上の実施例では画像撮像装置１を装置に
含めて説明したが、これを含めず、ビデオテープレコー
ダーなどの出力を入力として処理することも可能であ
る。
含めて説明したが、これを含めず、ビデオテープレコー
ダーなどの出力を入力として処理することも可能であ
る。
【００５７】
【発明の効果】本発明により、移動ベクトルを検出する
ために設定するウインド内に複数の移動物体が存在する
場合、必ずしも中心付近の物体の移動を反映した移動ベ
クトルが検出されないという従来の方法の問題が解決さ
れ、ウインドの中心付近の移動情報を検出することが可
能になる。
ために設定するウインド内に複数の移動物体が存在する
場合、必ずしも中心付近の物体の移動を反映した移動ベ
クトルが検出されないという従来の方法の問題が解決さ
れ、ウインドの中心付近の移動情報を検出することが可
能になる。
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】ウインドと移動物体の位置関係を示す図であ
る。
る。
１ 撮像装置 ２ Ａ／Ｄ変換器 ３ フレームメモリＡ ４ フレームメモリＢ ５ 画像差分装置 ６ 重み付き総和計算装置 ７ 移動ベクトル計算装置
Claims (2)
- 【請求項１】画像撮像装置によって得られる時間的に連
続した画像列を離散的表現に変換する変換器と、変換さ
れた離散的表現の画像の時間的に隣合うフレームを保持
するフレームメモリと、このフレームメモリに保持され
た画像の空間差分Ｅx ，Ｅy及びフレーム差分Ｅt を計
算する画像差分計算装置と、前記画像上に設定されたウ
インドに対して、２次元ガウス分布関数 【数４】 によって重み付けされた前記各差分値の自乗及び積の総
和 【数５】 を計算する総和計算装置と、前記総和を用いて移動ベク
トル 【数６】 を計算する移動ベクトル計算装置とからなる移動ベクト
ル検出装置。 - 【請求項２】画像撮像装置によって得られる時間的に連
続した画像列を離散的表現に変換する変換器と、変換さ
れた離散的表現の画像の時間的に隣合うフレームを保持
するフレームメモリと、このフレームメモリに保持され
た画像の空間差分Ｅx ，Ｅy及びフレーム差分Ｅt を計
算する画像差分計算装置と、前記画像上に設定されたウ
インドに対して、ウインドの中心からの距離ｒに従って
階段状に変化する関数 【数７】 によって重み付けされた前記各差分値の自乗及び積の総
和 【数８】 を計算する総和計算装置と、前記総和を用いて移動ベク
トル 【数９】 を計算する移動ベクトル計算装置とからなる移動ベクト
ル検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6078591A JP2910284B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 移動ベクトル検出方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6078591A JP2910284B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 移動ベクトル検出方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04256079A JPH04256079A (ja) | 1992-09-10 |
| JP2910284B2 true JP2910284B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=13152297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6078591A Expired - Fee Related JP2910284B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 移動ベクトル検出方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910284B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001067393A1 (fr) * | 2000-03-10 | 2001-09-13 | Mkc Stat Corporation | Dispositif et procede de traitement d'images, et support d'enregistrement sur lequel le programme relatif a ce procede de traitement est enregistre |
-
1991
- 1991-02-07 JP JP6078591A patent/JP2910284B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04256079A (ja) | 1992-09-10 |
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