JP2937213B2 - Motion vector detection device - Google Patents

Motion vector detection device

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JP2937213B2
JP2937213B2 JP28851591A JP28851591A JP2937213B2 JP 2937213 B2 JP2937213 B2 JP 2937213B2 JP 28851591 A JP28851591 A JP 28851591A JP 28851591 A JP28851591 A JP 28851591A JP 2937213 B2 JP2937213 B2 JP 2937213B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は動きベクトル検出装置に
関し、より具体的には、TVカメラ、ビデオ・カメラ、
電子スチル・カメラなどの撮像装置における動きベクト
ル検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motion vector detecting device, and more specifically, to a TV camera, a video camera,
The present invention relates to a motion vector detection device in an imaging device such as an electronic still camera.

【0002】[0002]

【従来の技術】画像処理における動きベクトル検出方法
には、相互相関係数を用いる相互相関法や、マッチング
法がある。マッチング法では、時系列的に連続する2つ
の画像g0(x,y)とg1(x,y)間で、下記式に
より、注目範囲B内で、各画素毎の差の絶対値の和e
(ε,η)(以下、これを残差と呼ぶ。)を求め、この
残差が最小になる位置(ε,η)を求める。即ち、 e(ε,η)=Σb|g0(x−ε,y−η)−g1(x,y)| Σbは、注目領域Bにおける総和演算を示す。なお、差
の絶対値の代わりに差の二乗でもよい。
2. Description of the Related Art A motion vector detecting method in image processing includes a cross-correlation method using a cross-correlation coefficient and a matching method. In the matching method, the sum e of the absolute value of the difference between each pixel in the range of interest B between two images g0 (x, y) and g1 (x, y) continuous in time series is calculated by the following equation.
(Ε, η) (hereinafter referred to as a residual) is determined, and a position (ε, η) at which the residual is minimized is determined. That is, e (ε, η) = {b | g0 (x−ε, y−η) −g1 (x, y) |} b indicates the summation operation in the attention area B. Note that the square of the difference may be used instead of the absolute value of the difference.

【0003】但し、実際に上式をそのまま計算すると、
例えば、(ε,η)の探索範囲を上下左右にそれぞれ5
画素、残差を計算する領域Bの大きさを8×8画素程度
としても、64(=8×8)画素についての差和演算を
121{=(5×2+1)×(5×2+1)}回計算す
る必要があるので、演算量を減らす工夫が必要になる。
However, when the above equation is actually calculated,
For example, the search range of (ε, η) is 5
Even if the size of the region B for calculating the pixel and the residual is about 8 × 8 pixels, the difference sum operation for 64 (= 8 × 8) pixels is 121 {= (5 × 2 + 1) × (5 × 2 + 1)}. Since it is necessary to perform the calculation twice, it is necessary to reduce the amount of calculation.

【0004】演算量を減らす方法としては、次の2つの
方法が提案されている。第1の方法は、残差逐次検定法
(例えば、D.I.Barnea and H.F.S
ilverman;”Sequential Simi
larity Detection Argorith
m”IEEE Trans. Compt, Vol.
C−21,pp179−186(Feb.,1972)
参照)である。この残差逐次検定法(以下、SSDA法
と略す。)では、時系列に連続する画像間にずれが生じ
ると、急激に上記残差が増大するという特徴に注目し、
残差を求める差和演算中に、残差がある閾値を越えると
その差和演算を打ち切り、次の演算に移行する。
The following two methods have been proposed as methods for reducing the amount of computation. The first method is a residual sequential test method (for example, DI Barnea and HFS).
ilverman; "Sequential Simi
latitude Detection Argorith
m "IEEE Trans. Compt, Vol.
C-21, pp179-186 (Feb., 1972)
See). In this residual sequential test method (hereinafter abbreviated as SSDA method), attention is paid to the feature that when a shift occurs between images consecutive in time series, the residual value increases sharply.
If the residual exceeds a certain threshold during the difference sum calculation for obtaining the residual, the difference sum calculation is terminated and the process proceeds to the next calculation.

【0005】もう1つの方法は、T.Koga, K.
Iinuma, A.Hirano, Y.Iijim
a and T.Ishiguro;”Motion−
compensated interframe co
ding forvideo conferencin
g”, Nat’l Telecommu., Con
f. G.5.3(Dec.,1981)に記載される
3段階探索法である。
Another method is described in T.W. Koga, K .;
Iinuma, A .; Hirano, Y .; Iijim
a and T.A. Ishiguro; "Motion-
compensated interframe co
Ding for video conference
g ", Nat'l Telecommu., Con
f. G. FIG. 5.3 (Dec., 1981).

【0006】この3段階探索法では、先ず注目範囲内で
粗く数箇所(例えば9ヵ所)について残差を計算し、次
に、残差が最も小さい位置を中心に、前回よりも少し細
かいステップで同じく数箇所(例えば、9ヵ所)で残差
を計算する。最後に、残差が最も小さい位置を中心に、
更に細かいステップで数箇所(例えば、9ヵ所)で残差
を計算し、この段階で残差が最小になる位置を、目的と
する対応点と評価する。
In this three-step search method, first, residuals are roughly calculated for several places (for example, 9 places) within the range of interest, and then, a step slightly smaller than the previous time is performed centering on the position where the residual is the smallest. Similarly, the residual is calculated at several places (for example, nine places). Finally, focusing on the position where the residual is the smallest,
Residuals are calculated at several places (for example, nine places) in finer steps, and the position where the residual is minimum at this stage is evaluated as a target corresponding point.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のSSD
A法では、差和演算を打ち切る基準となる閾値が大き過
ぎると、演算量が多くなり、逆に小さい過ぎると、誤っ
た動きベクトルを算出する可能性が増大する。従って、
当該閾値が適切に設定されていなければならず、そのた
めには、予め対象画像の統計的性質を知っている必要が
ある。
However, the above-mentioned SSD
In the method A, if the threshold as a reference for terminating the difference sum calculation is too large, the amount of calculation increases, and if it is too small, the possibility of calculating an erroneous motion vector increases. Therefore,
The threshold value must be appropriately set, and for that purpose, it is necessary to know the statistical properties of the target image in advance.

【0008】また、上述の3段階探索法では、探索範囲
B内を粗く探索するので、残差の局所的な最小値に引き
込まれる可能性が高い。即ち、常に大局的な最小値を探
索できるとは限らないという欠点がある。
In the above-described three-step search method, since the search within the search range B is roughly performed, there is a high possibility that the search will be drawn to the local minimum value of the residual. That is, there is a disadvantage that a global minimum value cannot always be searched.

【0009】本発明は、これらの問題点を解決した動き
ベクトル検出装置を提示することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a motion vector detecting device which solves these problems.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】第1の発明に係る動きベ
クトル検出装置は、入力画像から所定の空間周波数成分
を抽出するフィルタ手段と、当該フィルタ手段の出力振
幅及び当該フィルタ手段の抽出周波数から画像間演算の
閾値を決定する閾値決定手段と、当該閾値決定手段によ
り決定された閾値により制御され、当該フィルタ手段の
出力から動きベクトルを算出する動きベクトル算出手段
とからなることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a motion vector detecting apparatus for extracting a predetermined spatial frequency component from an input image, and extracting a predetermined spatial frequency component from an output amplitude of the filter and an extraction frequency of the filter. It is characterized by comprising a threshold value determining means for determining a threshold value for the inter-image calculation, and a motion vector calculating means for controlling a threshold value determined by the threshold value determining means and calculating a motion vector from an output of the filter means.

【0011】第2の発明に係る動きベクトル検出装置
は、入力画像から所定の空間周波数成分を抽出するフィ
ルタ手段と、当該フィルタ手段の抽出周波数から画像間
演算の閾値を決定する閾値決定手段と、当該フィルタ手
段の出力を2値化する2値化手段と、当該閾値決定手段
により決定された閾値により制御され、当該2値化手段
の出力から動きベクトルを算出する動きベクトル算出手
段とからなることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a motion vector detecting apparatus, comprising: a filter for extracting a predetermined spatial frequency component from an input image; a threshold determining unit for determining a threshold for an inter-image operation from the extraction frequency of the filter; A binarizing unit for binarizing an output of the filter unit; and a motion vector calculating unit controlled by a threshold determined by the threshold determining unit and calculating a motion vector from an output of the binarizing unit. It is characterized by.

【0012】第3の発明に係る動きベクトル検出装置
は、入力画像から所定の空間周波数成分を抽出するフィ
ルタ手段と、当該フィルタ手段の出力から動きベクトル
を算出する動きベクトル算出手段と、当該フィルタ手段
の出力振幅及び当該フィルタ手段の抽出周波数から画像
間演算位置を指定する演算位置指定手段とからなること
を特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a motion vector detecting apparatus, comprising: a filter for extracting a predetermined spatial frequency component from an input image; a motion vector calculating means for calculating a motion vector from an output of the filter; And a calculation position specifying means for specifying a calculation position between images based on the output amplitude of the filter and the extraction frequency of the filter means.

【0013】[0013]

【作用】上記手段により、入力画像の動きベクトル検出
のための検出レンジを予め知ることができる。従って、
誤った動きベクトルを検出する可能性を低くできる。ま
た、適正な閾値を設定できるので、演算量を削減でき
る。即ち、短い時間で正確な動きベクトルを検出できる
ようになる。
With the above means, the detection range for detecting the motion vector of the input image can be known in advance. Therefore,
The possibility of detecting an erroneous motion vector can be reduced. In addition, since an appropriate threshold can be set, the amount of calculation can be reduced. That is, an accurate motion vector can be detected in a short time.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1は、SSDA法の上記欠点を改善した
本発明の一実施例の回路構成ブロック図を示す。10は
動画像ビデオ信号の入力端子、12はフィルタ係数設定
回路14により設定されるフィルタ係数に従い、入力端
子10に入力するビデオ信号の特定周波数成分を抽出す
る二次元バンドパス・フィルタ(BPF)である。16
は、二次元BPF12の出力の振幅を求める振幅演算回
路、18は二次元BPF12で抽出される画像の周期T
を求める抽出画像周期演算回路、20は振幅演算回路1
6で求めた振幅Aと抽出画像周期演算回路18で求めた
周期Tに従い、二次元位相差検出の閾値を決定する閾値
決定回路である。
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of an embodiment of the present invention in which the above-mentioned disadvantages of the SSDA method are improved. Reference numeral 10 denotes an input terminal of a video signal, and reference numeral 12 denotes a two-dimensional band-pass filter (BPF) for extracting a specific frequency component of a video signal input to the input terminal 10 in accordance with a filter coefficient set by a filter coefficient setting circuit 14. is there. 16
Is an amplitude calculation circuit for calculating the amplitude of the output of the two-dimensional BPF 12, and 18 is the period T of the image extracted by the two-dimensional BPF 12.
, An extracted image period calculating circuit 20 for calculating
6 is a threshold value determination circuit that determines a threshold value for two-dimensional phase difference detection according to the amplitude A obtained in 6 and the period T obtained in the extracted image period calculation circuit 18

【0016】22は、当該閾値決定回路20により決定
された閾値Vthに従い、二次元BPF12の出力から
二次元位相差(即ち、画像のずれ量又は動き量)を検出
する二次元位相差検出回路、24は二次元位相差検出回
路22で検出された動きベクトルの出力端子である。
Reference numeral 22 denotes a two-dimensional phase difference detection circuit for detecting a two-dimensional phase difference (ie, image shift or motion) from the output of the two-dimensional BPF 12 in accordance with the threshold Vth determined by the threshold determination circuit 20; Reference numeral 24 denotes an output terminal of the motion vector detected by the two-dimensional phase difference detection circuit 22.

【0017】なお、入力端子10には、NTSC方式、
PAL方式やSECAM方式のビデオ信号の輝度成分の
みを入力すればよい。
The input terminal 10 has an NTSC system,
Only the luminance component of the PAL or SECAM video signal needs to be input.

【0018】二次元BPF12をディジタル回路で構成
した場合の回路構成例を図2に図示した。図2におい
て、Hはライン・メモリ、Dは隣接する1画素間の遅延
を付与する画素メモリ、a1〜an,b1〜bn,c1・・・はフ
ィルタ係数設定回路14により設定される係数の乗算回
路、Σは足し算回路である。図2の回路では、二次元コ
ンボリューション(マスク処理)により特定の周波数成
分を抽出している。
FIG. 2 shows an example of a circuit configuration when the two-dimensional BPF 12 is configured by a digital circuit. In FIG. 2, H is a line memory, D is a pixel memory for providing a delay between adjacent one pixels, and a1 to an, b1 to bn, c1... Are multiplications of coefficients set by the filter coefficient setting circuit 14. Σ is an addition circuit. In the circuit of FIG. 2, a specific frequency component is extracted by two-dimensional convolution (mask processing).

【0019】図3は、入力端子10に入力する輝度信
号、即ち二次元BPF12の入力信号の波形を示し、図
4は二次元BPF12の出力波形を示す。図3及び図4
において、横軸はx方向の座標、縦軸は画像の濃度であ
り、二次元空間のある一断面を示している。図3の曲線
30,32,34は夫々異なった照明条件で同じ被写体
を撮影した場合の輝度信号波形である。図4の曲線3
8,40,42はそれぞれ、図3の曲線30,32,3
4に対応するBPF12の出力波形である。図4のT
は、BPF12の出力波形の周期を示す。
FIG. 3 shows a waveform of a luminance signal input to the input terminal 10, that is, an input signal of the two-dimensional BPF 12, and FIG. 3 and 4
In the graph, the horizontal axis represents the coordinates in the x direction, and the vertical axis represents the density of the image, which indicates one section in a two-dimensional space. Curves 30, 32, and 34 in FIG. 3 are luminance signal waveforms when the same subject is photographed under different illumination conditions. Curve 3 in FIG.
8, 40 and 42 are curves 30, 32 and 3 in FIG.
4 is an output waveform of the BPF 12 corresponding to FIG. T in FIG.
Indicates the period of the output waveform of the BPF 12.

【0020】BPF12の出力波形(濃度)をAsin
(ωx)と表わし、画像のずれ量をα、ずれ量αに対す
る残差をρ(α)とすると、 ρ(α)=Σ|Asin(ωx)−Asin(ω(x−α))| であり、残差を求める加算エリアを波形の1周期Tに等
しくすると、 ρ(α)=(4AT/π)sin(πα/T) となり、以後、周期Tでこれを繰り返す。このρ(α)
の変化を図5に示す。図5において、縦軸は残差ρ
(α)、横軸は画像のずれ量αである。
The output waveform (density) of the BPF 12 is
(Ωx), where the image shift amount is α and the residual for the shift amount α is ρ (α), ρ (α) = Σ | Asin (ωx) −Asin (ω (x−α)) | If the addition area for obtaining the residual is equal to one cycle T of the waveform, ρ (α) = (4AT / π) sin (πα / T), and thereafter, this is repeated with the cycle T. This ρ (α)
5 is shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents the residual ρ
(Α), the horizontal axis is the image shift amount α.

【0021】図5から分かるように、−T/2<α<T
/2の範囲(検出レンジ)では、残差ρ(α)の正しい
最小値、即ちρ(α)=0となる位置を正しく検出でき
ることが保証されている。従って、振幅演算回路16、
抽出画像周期演算回路18及び閾値決定回路20によ
り、この検出レンジ内であって、且つ0〜4AT/πの
範囲で、適当な閾値Vthを決定できる。BPF12の
出力が周期T、振幅Aの正弦波形であることが予め分か
っており、しかも、ρ(α)のピーク値も4AT/πで
あることが分かっているので、充分に小さい閾値Vth
を設定できる。これにより、演算量を大幅に削減でき
る。
As can be seen from FIG. 5, -T / 2 <α <T
In the range of (/ 2) (detection range), it is guaranteed that the correct minimum value of the residual ρ (α), that is, the position where ρ (α) = 0 can be correctly detected. Therefore, the amplitude calculation circuit 16,
The extracted image period calculation circuit 18 and the threshold value determination circuit 20 can determine an appropriate threshold value Vth within this detection range and in the range of 0 to 4 AT / π. It is known in advance that the output of the BPF 12 is a sine waveform having a period T and an amplitude A, and the peak value of ρ (α) is also known to be 4AT / π.
Can be set. As a result, the amount of calculation can be significantly reduced.

【0022】図6は、図1の変更実施例の構成ブロック
図を示す。50は動画像ビデオ信号の入力端子、52は
フィルタ係数設定回路54により設定されるフィルタ係
数に従い、入力端子50に入力するビデオ信号の特定周
波数成分を抽出する二次元バンドパス・フィルタ(BP
F)である。56は、二次元BPF12の出力を2値化
する2値化回路、58は二次元BPF52で抽出される
画像の周期Tを求める抽出画像周期演算回路、60は、
抽出画像周期演算回路18で求めた周期Tに従い、二次
元位相差検出の閾値を決定する閾値決定回路である。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a modified embodiment of FIG. Reference numeral 50 denotes a moving image video signal input terminal, and reference numeral 52 denotes a two-dimensional band-pass filter (BP) for extracting a specific frequency component of the video signal input to the input terminal 50 in accordance with the filter coefficient set by the filter coefficient setting circuit 54.
F). 56 is a binarizing circuit for binarizing the output of the two-dimensional BPF 12, 58 is an extracted image period calculating circuit for obtaining the period T of the image extracted by the two-dimensional BPF 52, 60 is
This is a threshold value determination circuit that determines a threshold value for two-dimensional phase difference detection in accordance with the period T obtained by the extracted image period calculation circuit 18.

【0023】62は、当該閾値決定回路60により決定
された閾値Vthに従い、2値回路回路56の出力から
二次元位相差を検出する二次元位相差検出回路、64は
二次元位相差検出回路62で検出された動きベクトルの
出力端子である。
Reference numeral 62 denotes a two-dimensional phase difference detection circuit for detecting a two-dimensional phase difference from the output of the binary circuit circuit 56 in accordance with the threshold value Vth determined by the threshold value determination circuit 60; Is an output terminal of the motion vector detected by.

【0024】なお、入力端子50には、図1の場合と同
様に、NTSC方式、PAL方式やSECAM方式のビ
デオ信号の輝度成分のみを入力すればよい。二次元BP
F52は、二次元BPF12と同様の回路構成からな
り、その入力波形及び出力波形は、それぞれ図3及び図
4に示すようなものになる。
As in the case of FIG. 1, only the luminance component of the video signal of the NTSC system, the PAL system or the SECAM system needs to be input to the input terminal 50. 2D BP
F52 has the same circuit configuration as the two-dimensional BPF 12, and its input waveform and output waveform are as shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

【0025】従来の2値化マッチング法では、図3に示
すような輝度信号波形に対して、例えば符号36で示す
ような一定の閾値レベルを設定していたが、波形30,
32,34のように照明条件で濃度が変化すると、2値
化パターンも当然に変化してしまう。これに対して本実
施例では、二次元BPF52により特定の周波数成分を
抽出し、その特定周波数成分の位相情報から動きベクト
ルを検出する。
In the conventional binarization matching method, a constant threshold level as indicated by reference numeral 36 is set for the luminance signal waveform as shown in FIG.
When the density changes under illumination conditions as in 32 and 34, the binarized pattern naturally changes. On the other hand, in the present embodiment, a specific frequency component is extracted by the two-dimensional BPF 52, and a motion vector is detected from phase information of the specific frequency component.

【0026】具体的に説明すると、図4に示すように、
BPF12の出力波形38,40,42では、ゼロクロ
ス点は照明条件に関わらず一定である。このゼロクロス
点は、被写体が動けばそれに応じて移動するので、ゼロ
クロス点により動きベクトルを検出することができる。
そこで、2値化回路56により二次元BPF52の出力
信号のゼロクロス点を検出し、ゼロ・レベルを閾値とし
てBPF52の出力を2値化する。
Specifically, as shown in FIG.
In the output waveforms 38, 40, and 42 of the BPF 12, the zero-cross point is constant regardless of the lighting conditions. Since the zero-cross point moves according to the movement of the subject, a motion vector can be detected from the zero-cross point.
Therefore, a zero-crossing point of the output signal of the two-dimensional BPF 52 is detected by the binarization circuit 56, and the output of the BPF 52 is binarized using the zero level as a threshold.

【0027】図7及び図8を参照して、二次元位相差検
出回路62の作用を説明する。図7は2値化回路56の
出力(2値画像)のx方向の断面を示し、縦軸は濃度、
横軸はx座標である。Tは2値画像の周期であり、この
大きさはBPF52の抽出周波数の逆数に等しい。
The operation of the two-dimensional phase difference detection circuit 62 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a cross section in the x direction of the output (binary image) of the binarization circuit 56, where the vertical axis represents the density,
The horizontal axis is the x coordinate. T is the period of the binary image, and its magnitude is equal to the reciprocal of the extraction frequency of the BPF 52.

【0028】図8は、周期Tの2値画像にマッチング演
算を施したときの残差を示す。横軸は画像のずれ量、縦
軸は残差である。なお、ここでは残差を計算するエリア
幅をTとしたが、これに限る必要はない。。ここでのマ
ッチング演算の目的は残差が最小(理想的にはゼロ)に
なる位置を検出することであるが、図8から分かるよう
に、画像のずれ量が±T/2の範囲(検出レンジ)内で
残差=0の点を検出できることが保証されている。更
に、図8に示す残差の分布図は、BPF52により抽出
される画像の周期Tと残差を計算するエリア幅(ここで
はT)により決定されるピーク値(ここではT)を持つ
固有の波形であり、画像のコントラストや照明の変化の
影響を全く受けない。
FIG. 8 shows a residual obtained when a matching operation is performed on a binary image having a period T. The horizontal axis is the image shift amount, and the vertical axis is the residual error. Here, the area width for calculating the residual is T, but it is not necessary to be limited to T. . The purpose of the matching operation here is to detect the position where the residual becomes minimum (ideally zero). As can be seen from FIG. 8, the image shift amount is within the range of ± T / 2 (detection It is guaranteed that a point of residual = 0 can be detected within (range). Further, the distribution diagram of the residual shown in FIG. 8 has a unique value having a peak value (here, T) determined by the period T of the image extracted by the BPF 52 and the area width (here, T) for calculating the residual. It is a waveform and is not affected at all by changes in image contrast or illumination.

【0029】従って、抽出画像周期演算回路58及び閾
値決定回路60により、0〜Tの範囲で適切な閾値Vt
hを決定できる。図6の実施例では、BPF52の出力
の画像振幅Aを知る必要がなく、回路及び信号処理が簡
単になる。
Therefore, the extracted image period calculation circuit 58 and the threshold value determination circuit 60 provide an appropriate threshold value Vt in the range of 0 to T.
h can be determined. In the embodiment of FIG. 6, there is no need to know the image amplitude A of the output of the BPF 52, and the circuit and signal processing are simplified.

【0030】図1及び図6に示した実施例では、残差が
最小になる範囲(検出レンジ)を予め設定できるので、
誤った残差最小位置を検出する可能性が小さくなる。ま
た、残差の分布が予め予想できるので、残差に対する適
切な閾値を設定でき、演算量を大幅に削減できる。
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 6, the range (detection range) in which the residual is minimized can be set in advance.
The possibility of detecting an erroneous minimum residual position is reduced. In addition, since the distribution of the residual can be predicted in advance, an appropriate threshold value for the residual can be set, and the amount of calculation can be significantly reduced.

【0031】次に、図9は、図1に示す実施例の変更例
の構成ブロック図を示す。図1と同じ回路要素には同じ
符号を付してある。即ち、66は、二次元BPF12の
出力から二次元位相差(即ち、動きベクトル)を検出す
る二次元位相差検出回路、68は、二次元振幅演算回路
16の出力(画像振幅A)、抽出画像周期演算回路18
の出力(画像周期T)、及び二次元位相差検出回路66
からの残差ρ(x,y)から、二次元位相差検出回路6
6の演算位置(x,y)を指定する演算位置指定回路で
ある。二次元位相差検出回路66により検出された動き
ベクトルは出力端子70から外部回路に供給される。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a modification of the embodiment shown in FIG. The same circuit elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. That is, 66 is a two-dimensional phase difference detection circuit for detecting a two-dimensional phase difference (that is, a motion vector) from the output of the two-dimensional BPF 12, and 68 is the output (image amplitude A) of the two-dimensional amplitude calculation circuit 16 and the extracted image Periodic operation circuit 18
Output (image period T) and two-dimensional phase difference detection circuit 66
From the residual ρ (x, y) from the two-dimensional phase difference detection circuit 6
6 is an operation position specifying circuit for specifying the operation position (x, y). The motion vector detected by the two-dimensional phase difference detection circuit 66 is supplied from an output terminal 70 to an external circuit.

【0032】BPF12の出力は、一定周期を持つ信号
であり、相関演算により得られる相関係数やマッチング
演算により得られる残差ρ(α)も、同じ周期を持つ。
BPF12の阻止域の周波数特性が良好であれば、BP
F12の出力波形は三角関数で近似できるので、残差ρ
(α)(又は相関係数)も三角関数で表現できる。画像
間のずれを計算する前に、残差ρ(α)(又は相関係
数)の概略が分かっていることになる。そこで、正しい
ずれ量αを求める範囲(検出レンジ)−T/2〜T/2
内の任意の近接した2つの場所で演算を行ない、その2
点間における残差ρ(α)(又は相関係数)の変化量、
即ち勾配情報を用いれば、探索範囲全域にわたる演算は
必要無くなる。
The output of the BPF 12 is a signal having a constant period, and the correlation coefficient obtained by the correlation operation and the residual ρ (α) obtained by the matching operation have the same period.
If the frequency characteristics of the stop band of the BPF 12 are good, the BP
Since the output waveform of F12 can be approximated by a trigonometric function, the residual ρ
(Α) (or correlation coefficient) can also be expressed by a trigonometric function. Before calculating the displacement between the images, the outline of the residual ρ (α) (or correlation coefficient) will be known. Therefore, the range (detection range) for obtaining the correct shift amount α is -T / 2 to T / 2.
Performs an operation at any two adjacent places in
The amount of change in residual ρ (α) (or correlation coefficient) between points,
That is, if the gradient information is used, the calculation over the entire search range becomes unnecessary.

【0033】図10を参照して、具体的に説明する。図
6は、αが微小変化したときの残差ρ(α)の変化Δρ
(α)、即ち、1階微分の絶対値の分布を示す。縦軸は
|Δρ(α)|、横軸はαである。検出レンジ−T/2
〜T/2の範囲内では、ずれ量αの絶対値が小さい程、
|Δρ(α)|が大きくなり、逆に、ずれ量αの絶対値
が大きい程、|Δρ(α)|が小さくなる。
A specific description will be given with reference to FIG. FIG. 6 shows a change Δρ of the residual ρ (α) when α is slightly changed.
(Α), that is, the distribution of the absolute value of the first derivative. The vertical axis is | Δρ (α) |, and the horizontal axis is α. Detection range-T / 2
Within the range of ~ T / 2, the smaller the absolute value of the shift amount α is,
| Δρ (α) | increases, and conversely, as the absolute value of the shift amount α increases, | Δρ (α) | decreases.

【0034】演算位置指定回路68は、探索範囲(検出
レンジ)内の任意の2点でマッチング演算(又は相関演
算)を行ない、二次元位相差検出回路66に対して、そ
の2点間における残差ρ(α)の変化量(又は相関係数
の勾配)の大きさが小さければ粗く移動し、逆に大きけ
れば細かく移動して次の計算を行なわせる。こうするこ
とにより、正しい動きベクトルを高速に検出できる。な
お、移動方向は、残差ρ(α)の変化量(又は相関係数
の勾配)の符号により判断できる。
The operation position designating circuit 68 performs matching operation (or correlation operation) at any two points within the search range (detection range), and sends a two-dimensional phase difference detection circuit 66 to the two-dimensional phase difference detection circuit 66 to determine the remaining position between the two points. If the amount of change in the difference ρ (α) (or the gradient of the correlation coefficient) is small, the movement is coarse, and if it is large, the movement is fine and the next calculation is performed. By doing so, a correct motion vector can be detected at high speed. Note that the moving direction can be determined by the sign of the amount of change in the residual ρ (α) (or the slope of the correlation coefficient).

【0035】また、図10から分かるように、残差の微
分は、ピーク値が4A、最小値が0であることが予め分
かるので、繰り返し演算の際の移動量(即ち、ステップ
幅)は、測定点における残差の微分と、当該ピーク値及
び最小値との関係から自動的に決定できる。例えば、最
大ステップ幅をSmax、最小ステップ幅をSminと
し、0〜4Aの範囲を残差の微分で線形に刻むとすれ
ば、その次のステップ幅Snextは下記式で与えられ
る。即ち、 Snext=Δρ(α)(Smax−Smin)/4A+Smax 勿論、Δρ(α)の分布形態に応じて、上記Snext
を非線形に決定してもよい。
As can be seen from FIG. 10, the differential of the residual is known in advance to have a peak value of 4 A and a minimum value of 0. Therefore, the amount of movement (ie, the step width) in the repetitive operation is It can be automatically determined from the relationship between the derivative of the residual at the measurement point and the peak value and the minimum value. For example, assuming that the maximum step width is Smax, the minimum step width is Smin, and the range of 0 to 4 A is linearly cut by the differentiation of the residual, the next step width Snext is given by the following equation. That is, Snext = Δρ (α) (Smax−Smin) / 4A + Smax Of course, according to the distribution form of Δρ (α), the above-mentioned Snext
May be determined nonlinearly.

【0036】図9の実施例によれば、残差の最小値を正
しく算出できる検出レンジを予め知ることができる。ま
た、残差を三角関数で近似できるので、残差は局所的な
最小値を持たない。これらにより、誤った動きベクトル
を検出する可能性が非常に小さくなる。更には、残差の
分布が予測可能であり、残差の最小位置を比較的簡単に
検出でき、演算量を少なくでき、演算時間を短縮でき
る。
According to the embodiment of FIG. 9, the detection range in which the minimum value of the residual can be correctly calculated can be known in advance. Further, since the residual can be approximated by a trigonometric function, the residual has no local minimum value. As a result, the possibility of detecting an erroneous motion vector is greatly reduced. Further, the distribution of the residual can be predicted, the minimum position of the residual can be detected relatively easily, the amount of computation can be reduced, and the computation time can be reduced.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、少ない演算量で正しい動きベクト
ルを検出できるようになる。
As can be easily understood from the above description, according to the present invention, a correct motion vector can be detected with a small amount of calculation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例の構成ブロック図である。FIG. 1 is a configuration block diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】 二次元BPF12の回路構成例である。FIG. 2 is a circuit configuration example of a two-dimensional BPF 12;

【図3】 二次元BPF12の入力波形図である。FIG. 3 is an input waveform diagram of a two-dimensional BPF 12;

【図4】 二次元BPF12の出力波形図である。FIG. 4 is an output waveform diagram of the two-dimensional BPF 12.

【図5】 マッチング演算時の残差の変化を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in a residual at the time of a matching calculation.

【図6】 別の実施例の構成ブロック図である。FIG. 6 is a configuration block diagram of another embodiment.

【図7】 2値化回路56の出力波形図である。7 is an output waveform diagram of a binarization circuit 56. FIG.

【図8】 図6の実施例における、マッチング演算時の
残差の変化を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a change in a residual at the time of matching calculation in the embodiment of FIG. 6;

【図9】 第3の実施例の構成ブロック図である。FIG. 9 is a configuration block diagram of a third embodiment.

【図10】 図9の実施例における残差の変化の絶対値
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an absolute value of a change in a residual in the embodiment of FIG. 9;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:入力端子 12:二次元BPF 14:フィルタ
係数設定回路 16:画像振幅演算回路 18:抽出画
像周期演算回路 20:閾値決定回路 22:二次元位
相差検出回路 24:出力端子 50:入力端子 5
2:二次元BPF 54:フィルタ係数設定回路 56:2値化回路 5
8:抽出画像周期演算回路 60:閾値決定回路 62:二次元位相差検出回路 6
4:出力端子 66:二次元位相差検出回路 68:演
算位置指定回路 70:出力端子
10: input terminal 12: two-dimensional BPF 14: filter coefficient setting circuit 16: image amplitude calculation circuit 18: extracted image period calculation circuit 20: threshold value determination circuit 22: two-dimensional phase difference detection circuit 24: output terminal 50: input terminal 5
2: Two-dimensional BPF 54: Filter coefficient setting circuit 56: Binarization circuit 5
8: Extracted image cycle calculation circuit 60: Threshold value determination circuit 62: Two-dimensional phase difference detection circuit 6
4: output terminal 66: two-dimensional phase difference detection circuit 68: operation position designation circuit 70: output terminal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 5/232 H04N 7/18 H04N 7/32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H04N 5/232 H04N 7/18 H04N 7/32

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力画像から所定の空間周波数成分を抽
出するフィルタ手段と、当該フィルタ手段の出力振幅及
び当該フィルタ手段の抽出周波数から画像間演算の閾値
を決定する閾値決定手段と、当該閾値決定手段により決
定された閾値により制御され、当該フィルタ手段の出力
から動きベクトルを算出する動きベクトル算出手段とか
らなることを特徴とする動きベクトル検出装置。
1. A filter means for extracting a predetermined spatial frequency component from an input image, a threshold value determining means for determining a threshold value of an inter-image operation from an output amplitude of the filter means and an extraction frequency of the filter means, A motion vector calculating unit that is controlled by a threshold value determined by the unit and calculates a motion vector from an output of the filter unit.
【請求項2】 入力画像から所定の空間周波数成分を抽
出するフィルタ手段と、当該フィルタ手段の抽出周波数
から画像間演算の閾値を決定する閾値決定手段と、当該
フィルタ手段の出力を2値化する2値化手段と、当該閾
値決定手段により決定された閾値により制御され、当該
2値化手段の出力から動きベクトルを算出する動きベク
トル算出手段とからなることを特徴とする動きベクトル
検出装置。
2. A filter means for extracting a predetermined spatial frequency component from an input image, a threshold value determining means for determining a threshold value of an inter-image operation from an extraction frequency of the filter means, and binarizing an output of the filter means. A motion vector detecting device comprising: a binarizing unit; and a motion vector calculating unit that is controlled by a threshold value determined by the threshold value determining unit and calculates a motion vector from an output of the binarizing unit.
【請求項3】 入力画像から所定の空間周波数成分を抽
出するフィルタ手段と、当該フィルタ手段の出力から動
きベクトルを算出する動きベクトル算出手段と、当該フ
ィルタ手段の出力振幅及び当該フィルタ手段の抽出周波
数から画像間演算位置を指定する演算位置指定手段とか
らなることを特徴とする動きベクトル検出装置。
3. A filter for extracting a predetermined spatial frequency component from an input image, a motion vector calculator for calculating a motion vector from an output of the filter, an output amplitude of the filter and an extraction frequency of the filter. And a calculation position designating means for designating a calculation position between images.
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