JP3230481B2 - Television image synthesis method - Google Patents

Television image synthesis method

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JP3230481B2
JP3230481B2 JP6315798A JP6315798A JP3230481B2 JP 3230481 B2 JP3230481 B2 JP 3230481B2 JP 6315798 A JP6315798 A JP 6315798A JP 6315798 A JP6315798 A JP 6315798A JP 3230481 B2 JP3230481 B2 JP 3230481B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビジョン、映
画等の番組制作、娯楽設備等に利用されるテレビジョン
画像の合成に係り、特に影撮影用光源テレビジョンカメ
ラを用いて、合成画像の前景となる被写体に基づく影を
生成し、合成画面に付加するテレビジョン画像合成方式
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the synthesis of television images used for production of programs for television and movies, entertainment facilities, etc., and more particularly to the synthesis of synthesized images using a light source television camera for shadow photography. The present invention relates to a television image combining method for generating a shadow based on a subject serving as a foreground and adding the shadow to a combined screen.

【0002】[0002]

【従来の技術】テレビジョンの番組制作などで人物その
他の被写体画像を、その背景画像より切り抜き抽出し、
それとは別に、撮影又はCG(コンピュータグラフィッ
クス)で作成された背景画像にはめ込み合成する技術は
広く使用されている。また、従来より合成方式における
被写体の抽出装置としては、クロマキー装置が多用され
ているが、切り抜き抽出すべき被写体は、キャスター等
の人物であることが多いことから、通常は肌色の補色で
あるブルーバック(クロマキーバック)を背景にして、
その前景として撮影し、画像信号における色の相違によ
るレベル差を利用して被写体の画像領域を示すキー信号
が作られ、それをはめ込んで合成される。
2. Description of the Related Art A person or other subject image is cut out and extracted from its background image in television program production, and the like.
Apart from that, a technique of photographing or fitting into a background image created by CG (computer graphics) is widely used. In addition, a chroma key device has been frequently used as a subject extraction device in the synthesis method, but the subject to be extracted and extracted is often a caster or the like. With the back (chroma key back) as the background,
A key signal indicating an image area of a subject is created by using a level difference caused by a color difference in an image signal, and is synthesized by fitting the key signal.

【0003】上記、従来の画像合成方式構成の一例を図
を参照して説明する。図5は従来の画像合成方式の構成
図、である。図において、1は被写体(人物)、2はブ
ルーバック等の背景(壁、床)、3はスタジオカメラ
(スタジオ用カラーテレビジョンカメラ)、4は抽出装
置(クロマキー装置)、5は被写体画像信号、6は被写
体キー信号、7は入力端子、8は背景画像信号、9は合
成装置、10は出力端子、11は合成画像信号、12は
合成画像、16は画像信号を示す。被写体1はブルーバ
ック等の背景2の前の前景としてスタジオカメラ3によ
り撮影される。そして、その画像信号16は抽出装置4
に入力され、背景2との色の相違により、クロマキー等
の手法によって抽出された被写体1の領域の被写体画像
信号5は、その背景部分は黒信号に置き換えられて出力
され、合成装置9に入力される。また、被写体部分の領
域を示すキー信号6も、抽出装置4により抽出生成され
て合成装置9に入力される。この信号によって、入力端
子7より入力された撮影又はCG等で作成された合成画
像12用の背景画像信号8に、被写体1の画像信号がは
め込まれ、合成装置9により合成処理された後、出力端
子10より合成画像信号11が出力され、合成画像12
を得ることができる。
[0003] An example of the above-described conventional image synthesizing system will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional image synthesis method. In the figure, 1 is a subject (person), 2 is a background (wall, floor) such as a blue background, 3 is a studio camera (studio color television camera), 4 is an extraction device (chroma key device), and 5 is a subject image signal. , 6 are subject key signals, 7 is an input terminal, 8 is a background image signal, 9 is a synthesizing device, 10 is an output terminal, 11 is a synthetic image signal, 12 is a synthetic image, and 16 is an image signal. The subject 1 is photographed by the studio camera 3 as a foreground in front of a background 2 such as a blue background. Then, the image signal 16 is output to the extraction device 4.
The subject image signal 5 of the area of the subject 1 extracted by a method such as chroma keying based on the color difference from the background 2 is output with its background portion replaced by a black signal and input to the synthesizing device 9. Is done. The key signal 6 indicating the area of the subject portion is also extracted and generated by the extracting device 4 and input to the synthesizing device 9. With this signal, the image signal of the subject 1 is inserted into the background image signal 8 for the composite image 12 created by photographing or CG input from the input terminal 7, synthesized by the synthesizing device 9, and then output. A composite image signal 11 is output from a terminal 10 and a composite image 12
Can be obtained.

【0004】また、バーチャルスタジオのように、人物
等の被写体1が動き回る3次元空間を必要とする場合に
は、スタジオの壁及び床をブルーバック等の背景2と
し、かつ均一な照明が望ましい。照明が不均一である
と、ある程度は抽出装置4(クロマキー装置)の抽出操
作のパラメータ設定で対応できるが、抽出した被写体1
の境界部分が乱れて不自然になる等の現象が起き易く、
より高品質の合成画像12を得るには、照明の照度と方
向の調整及び前記抽出装置4のパラメータ調整を繰り返
し行なう必要があり、高度の技術と経験が要求される。
さらに、画像合成の品質に係る重要な要素として、被写
体1の影が違和感無く合成画像12に表現されるかがあ
り、これらが無いと被写体1が接地感に欠けて浮いた感
じとなってしまう。
When a three-dimensional space in which a subject 1 such as a person moves around is required as in a virtual studio, it is desirable that the walls and floor of the studio be a background 2 such as a blue background and uniform illumination. Non-uniform illumination can be dealt with to some extent by setting the parameters of the extraction operation of the extraction device 4 (chroma key device).
Phenomena such as the boundary part of being disturbed and becoming unnatural tend to occur,
In order to obtain a higher quality composite image 12, it is necessary to repeatedly adjust the illuminance and direction of the illumination and adjust the parameters of the extracting device 4, which requires a high level of skill and experience.
Further, as an important factor relating to the quality of the image composition, there is a possibility that the shadow of the subject 1 is expressed in the composite image 12 without a sense of incongruity. .

【0005】次に、合成画面において被写体1の影を表
現するには、 .照明によりスタジオの床(ブルーバック等の背景
2)等にできた被写体1の影の領域を、影のキー信号と
して画像信号16より抽出生成し、前記影の領域の画像
信号は黒画像信号に変換して背景画像と合成する(図示
せず)。この影の表現方式は、前述したように、影をブ
ルーバックの床(ブルーバック等の背景2)より抽出す
る揚合の抽出装置4(クロマキー装置)の調整は通常の
調整より困難を伴い、照明とクロマキーのパラメータ調
整を繰り返し綿密に行なう必要がある。
Next, in order to express the shadow of the subject 1 on the composite screen, A shadow area of the subject 1 formed on the floor of the studio (background 2 such as a blue background) by illumination is extracted and generated from the image signal 16 as a key signal of the shadow, and the image signal of the shadow area is converted into a black image signal. Convert and combine with the background image (not shown). As described above, in the shadow expression method, adjustment of the extraction device 4 (chroma key device) for extracting the shadow from the floor of the blue background (the background 2 such as the blue background) is more difficult than usual adjustment. Lighting and chroma key parameter adjustments need to be repeated and meticulous.

【0006】.バーチャルスタジオにおいては、合成
画像12の前景となる被写体1と、背景の3次元CG画
像との関係における違和感をなくすために、CGの3次
元空間における仮想カメラの位置及び、ロール(傾
き)、パン、ティルト、ズーム等の撮影条件をスタジオ
カメラに一致、連動させる必要がある。そのため、スタ
ジオカメラ3及び、被写体1の基準位置を決め、3次元
CGの各点の位置情報を決めたうえで、それに対するス
タジオカメラ3の移動、ロール、パン、ティルト、ズー
ム等の情報をセンサ等で検出する。この方式には、 1).被写体撮影用カメラ装置(スタジオカメラ3)の
位置情報及びロール、パン、ティルト、ズーム等の画角
情報を、前記スタジオカメラ3に取り付けたセンサ等に
より測定する方式、あるいは、 2).ブルーバック(ブルーバック等の背景2)の色を
複数色のブルーとして、例えば格子縞等の情報パタンを
描いておき、この画像信号16中のパタン情報を認識す
ることによって、カメラ装置(スタジオカメラ3)の前
記位置、画角情報を得るパタン情報方式、があり、これ
らの情報に基づいてCG装置におけるコンピュータによ
り各画素の移動を計算し仮想カメラの撮影条件をスタジ
オカメラ3と同じにする(図示せず)。上記において、
後者 2).項のパタン情報による方式は、既設のカメ
ラ装置をそのまま使用でき、またハンディカメラも使用
できる特徴ある優れた方式であるが、複数色のブルーの
情報パタンが描かれた背景の映像信号から被写体の抽出
に加えて、その影の領域をクロマキーのパラメータ調整
で抽出することは、きわめて困難である。
[0006] In the virtual studio, the position, roll (tilt), and pan of the virtual camera in the CG three-dimensional space are set in order to eliminate a sense of discomfort in the relationship between the subject 1 as the foreground of the composite image 12 and the three-dimensional CG image of the background. It is necessary to match and link shooting conditions such as tilt, tilt and zoom with the studio camera. Therefore, the reference position of the studio camera 3 and the subject 1 is determined, the position information of each point of the three-dimensional CG is determined, and information such as the movement, roll, pan, tilt, zoom, etc. of the studio camera 3 with respect to the reference position is determined by a sensor. And so on. This method includes: 1). A method of measuring the position information of the camera device for photographing the subject (studio camera 3) and the angle of view information such as roll, pan, tilt, zoom and the like by a sensor attached to the studio camera 3, or 2). The color of the blue back (background 2 such as blue back) is set to a plurality of colors blue, and an information pattern such as a checkerboard pattern is drawn, and the pattern information in the image signal 16 is recognized. ), There is a pattern information method for obtaining the position and angle of view information. Based on these information, the computer of the CG device calculates the movement of each pixel and makes the shooting conditions of the virtual camera the same as those of the studio camera 3 (FIG. Not shown). In the above,
The latter 2). The method based on the pattern information is an excellent method that can use the existing camera device as it is and can also use a handy camera.However, the method based on the background video signal in which multiple blue information patterns are drawn In addition to the extraction, it is extremely difficult to extract the shadow area by adjusting the chroma key parameters.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述したように、クロ
マキー又はバーチャルスタジオ等における合成画像にお
いて、前景である被写体の影については、表現に違和感
のないことが、画像の品質に係る重要な要素であり、こ
れが満たされていないと、被写体の画像が接地感に欠け
て浮いた感じとなり、不自然な画像になってしまう。ま
た、ブルーバックの背景画像から被写体を分離抽出する
通常のクロマキーのパラメータ調整においては、高度な
技術と経験による調整を要するものであり、これに加え
て、影の画像信号の領域を抽出するためには更に綿密で
微細な調整と背景の照明の調整が必要となる。したがっ
て、影の境界部分は乱れ易く、品質の良い画像信号を得
ることは困難であり、特に前述のような格子縞等の情報
パタンが描かれたブルーバックの背景からの影の抽出は
極めて困難である。さらに、従来、クロマキー又はバー
チャルスタジオの装置は非常に高価であり、単位時間あ
たりの運用経費も高額となるが、前述のように被写体の
影を違和感なく表現しようとすると、さらに多大な時間
と労力を要して番組等の制作コストも高額となってしま
う。また、前述の方式で抽出される影は、あくまでも前
記被写体の背景であるスタジオの床又は壁に投影された
影であって、合成されるべきCG等の背景画像に机等の
家具、柱その他の物体がある場合には、これに投影され
るべき影とは一致しないことになる。したがって、本発
明では、上記の課題を容易に解決する方式を提供する。
As described above, in a composite image in a chroma key or a virtual studio, etc., it is an important factor related to image quality that the expression of the shadow of a subject which is a foreground is not unnatural. If this condition is not satisfied, the image of the subject will feel floating, lacking a feeling of contact with the ground, resulting in an unnatural image. In addition, normal chroma key parameter adjustment for separating and extracting a subject from a blue background background image requires adjustment by advanced technology and experience. In addition to this, it is necessary to extract a shadow image signal region. Requires more precise and fine adjustment and adjustment of background lighting. Therefore, the boundary portion of the shadow is easily disturbed, and it is difficult to obtain a high-quality image signal. In particular, it is extremely difficult to extract the shadow from the background of the blue background on which the information pattern such as the above-described lattice pattern is drawn. is there. Further, conventionally, the chroma key or virtual studio apparatus is very expensive and the operation cost per unit time is high. However, as described above, it is much more time and labor to express the shadow of the subject without discomfort. And the production cost of programs and the like is high. Further, the shadow extracted by the above-described method is a shadow projected on the floor or wall of the studio, which is the background of the subject, and furniture such as a desk, furniture, pillars and the like are added to a background image such as CG to be synthesized. If there is an object of, it will not match the shadow to be projected on it. Therefore, the present invention provides a method that can easily solve the above-mentioned problems.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記に鑑み
鋭意研究の結果、被写体の画像領域の画像信号を座標変
換処理によってその位置、形状等を変えることにより影
の画像信号として生成して合成し、高画質の合成画像を
得ることができ、また、影を投影する仮想光源位置を設
定することによって、前記照明やパラメータの徴細な調
整による多大な時間と労力を要する欠点を解決して、高
画質の合成画像を得ることができた。以下にその手段を
記述する。 (1)合成画像の前景となる被写体の画像信号と、被写
体の画像領域を示すキー信号とを、被写体の背景画像よ
り分離抽出し、前記被写体の画像及び異なる背景画像と
を合成する手段を備えた画像合成方式において、画像信
号の座標変換手段を備え、影撮影用光源テレビジョンカ
メラの出力画像信号より抽出した、被写体画像領域に基
づくキー信号を、スタジオ用テレビジョンカメラの位
置、方向及び画角に基づく被写体画像に適応したキー信
号として座標変換することにより、被写体の影を生成し
て合成することを特徴とするテレビジョン画像合成方
式。 (2)低域通過フィルタを備え、影を合成するためのキ
ー信号の波形を鈍らせることを特徴とする前記(1)項
に記載のテレビジョン画像合成方式。 (3)キー信号レベルを傾斜的に変化する手段を備え、
影の透過度を接地点を基に傾斜的に変化させることを特
徴とした(1)項又は(2)項に記載のテレビジョン画
像合成方式。
In view of the above, the present inventor has conducted intensive studies and generated an image signal of a subject image area as a shadow image signal by changing its position, shape, and the like by a coordinate transformation process. To obtain a high-quality composite image, and by setting the position of a virtual light source for projecting a shadow, solves the drawback that requires a great deal of time and labor due to fine adjustment of the illumination and parameters. As a result, a high-quality composite image could be obtained. The means are described below. (1) A means for separating and extracting an image signal of a subject to be a foreground of a composite image and a key signal indicating an image area of the subject from a background image of the subject, and combining the subject image and a different background image. In the image synthesizing method, a key signal based on a subject image area extracted from an output image signal of a light source television camera for shadow photographing is provided by a coordinate conversion means of an image signal, and a position, a direction, and an image of the studio television camera are extracted. A television image synthesizing method wherein a shadow of an object is generated and synthesized by performing coordinate conversion as a key signal adapted to an object image based on a corner. (2) The television image synthesizing method according to the above (1), wherein the television image synthesizing method is provided with a low-pass filter to dull the waveform of a key signal for synthesizing a shadow. (3) a means for changing the key signal level in an inclined manner;
The television image synthesizing method according to the above mode (1) or (2), wherein the transmittance of the shadow is inclinedly changed based on the ground point.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明は、テレビジョン画像合成
方式において、座標変換処理機能を有する特殊効果装置
と同様な機能である生成装置を備えたことを特徴とし、
ブルーバック等の背景画像から前記抽出装置により抽出
された被写体の領域の画像信号及びキー信号を目的とす
る影の位置、形状となるように、2次元又は3次元の座
標変換処理を行なうことにより、影の画像を生成し、高
品質の合成画像を得るものである。前記特殊効果装置は
一般にテレビジョン方式で使用されており、画像信号を
座標変換することにより画像の回転、反転、移動、縮
小、拡大、スキュー、パースペクテブ、その他デフォー
カス効果等の処理を行なう機能を有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is characterized in that a television image synthesizing system is provided with a generating device having the same function as a special effect device having a coordinate conversion processing function,
By performing a two-dimensional or three-dimensional coordinate conversion process so that the image signal and the key signal of the region of the subject extracted by the extraction device from the background image such as the blue background have the target shadow position and shape. , A shadow image, and a high-quality composite image is obtained. The special effect device is generally used in a television system, and has a function of performing processing such as rotation, inversion, movement, reduction, enlargement, skew, perspective, and other defocus effects of an image by performing coordinate conversion of an image signal. Have.

【0010】まず、本発明装置の生成装置8において行
なう座標変換手段について説明する。画像内の任意のピ
クセル位置は(X,Y)の2次元で表現され入力、出力
ともに2次元画像の場合に入力画像の任意のピクセル
(x,y)が出力画像のピクセル(x’, y’)に写像
されるとすると、次のようになる。 上式において、fは任意のピクセル(x,y)の写像位
置で、出力画像のピクセルx軸の位置を示し、gは任意
のピクセル(x,y)の写像位置で、出力画像のピクセ
ルy軸の位置を示す。また、3次元回転、移動、縮小
(拡大)、スキュー等の座標変換は、入力画像の任意の
ピクセル(x,y)が出力画像(x’,y’)に写像さ
れると、3×3射影変換行列で下記のように表わされ
る。数1は2次元画像入力を座標変換し3次元出力画像
に写像した数式を示す。
First, a description will be given of the coordinate conversion means performed by the generating device 8 of the present invention. An arbitrary pixel position in the image is expressed in two dimensions (X, Y), and when both input and output are two-dimensional images, any pixel (x, y) of the input image is replaced with a pixel (x ′, y) of the output image. If mapped to '), In the above equation, f is the mapping position of an arbitrary pixel (x, y) and indicates the position of the pixel x on the output image, and g is the mapping position of an arbitrary pixel (x, y) and the pixel y of the output image. Indicates the position of the axis. In addition, coordinate conversion such as three-dimensional rotation, movement, reduction (enlargement), and skew is performed when an arbitrary pixel (x, y) of an input image is mapped to an output image (x ′, y ′). It is expressed as follows by a projective transformation matrix. Equation 1 shows a mathematical expression in which a two-dimensional image input is coordinate-transformed and mapped to a three-dimensional output image.

【0011】[0011]

【数1】 (Equation 1)

【0012】上記を模式図にて以下に示す。図1は本発
明に係る入力画像を3次元の出力画像で表した模式図で
あり、(イ)図は入力画像、(ロ)図は変換後の出力画
像を示す。図において、17は入力画像、20は出力画
像、23は画像記号、25は出力画像枠を示す。図示し
たように、入力画像(イ)図における入力画像の任意の
ピクセル(x,y)点及び記号Aは、変換されて、出力
画像(ロ)図における出力画像のピクセル(x’,
y’)及び記号Aの位置に写像される。したがって、1
枚の画像を細かく分割し、その1枚1枚に上記式を適用
すれば、入力画像を球や立方体等の3次元形状をもつ物
体にマッピングすることも可能であり、前述の影が背景
画像内の机、家具、柱等の物体に投影されているかのよ
うに生成することが可能である。
The above is schematically shown below. FIG. 1 is a schematic diagram showing an input image according to the present invention as a three-dimensional output image. FIG. 1A shows an input image, and FIG. 1B shows an output image after conversion. In the figure, 17 is an input image, 20 is an output image, 23 is an image symbol, and 25 is an output image frame. As shown, an arbitrary pixel (x, y) point and the symbol A of the input image in the input image (a) are converted to the pixel (x ′,
y ′) and the symbol A. Therefore, 1
If the image is finely divided and the above equation is applied to each of the images, the input image can be mapped to an object having a three-dimensional shape such as a sphere or a cube. It can be generated as if it were projected on an object such as a desk, furniture, pillar, etc. inside.

【0013】次に、本発明に係る合成画面について説明
する。図2は本発明に係る合成画面説明図、であり、
(イ)図は座標変換パラメータを人物の足元を中心に合
わせて設定した状態図。(ロ)図は人物が画面の下方に
移動した場合、座標変換の中心が人物の足元より外れた
図、である。図において、18は人物、19は足元(接
地点)、21は人物の影、22は人物の移動方向を示
す。影21を生成する座標変換は、画像全体に対し行わ
れるので、そのパラメータが固定値だと被写体、例えば
人物18の移動に対して追従できない。合成画面(イ)
図では座標変換パラメータを前記人物18の接地点1
9、すなわち足元を中心に合わせて設定した状態であっ
て、人物18の足元19(接地点)より影21が発生し
ているが、前記パラメータが固定であると、人物18が
画面の下方向22に移動した場合は、座標変換の中心足
元19は、合成画面(ロ)図のように人物18の足元1
9より外れてしまう。
Next, a composite screen according to the present invention will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram of a composite screen according to the present invention.
(A) The figure is a state diagram in which the coordinate conversion parameters are set so as to be centered on the feet of the person. (B) The figure is a figure in which the center of the coordinate transformation is off the foot of the person when the person moves below the screen. In the figure, 18 is a person, 19 is a foot (ground point), 21 is a shadow of the person, and 22 is a moving direction of the person. Since the coordinate transformation for generating the shadow 21 is performed on the entire image, if the parameter is a fixed value, it cannot follow the movement of the subject, for example, the person 18. Composite screen (a)
In the figure, the coordinate conversion parameter is set to the ground point 1 of the person 18.
9, that is, a state in which the foot is centered and the shadow 21 is generated from the foot 19 (ground point) of the person 18, but if the parameter is fixed, the person 18 moves downward in the screen. 22, the center step 19 of the coordinate transformation is the step 1 of the person 18 as shown in the composite screen (b).
It is out of 9

【0014】上記の課題に対する第1の方式。人物18
の移動に影21を追従させるための第1の方式は、被写
体の足元19(接地点)、すなわち被写体が人物18の
場合は、足元19についての画像内での2次元座標を、
キー信号における足元19に該当する位置から検出し、
その座標を変換の中心とする方式である。この場合は2
次元での計算となるので、3次元的に矛盾の無い影を生
成することはできないが、見た目で自然な感じになるよ
うに簡単に設定することができる。図2の(ハ)図及び
(ニ)図によって上記説明の事例を示す(ハ)図は、座
標変換パラメータを、人物の足元を中心に合わせて設定
した状態図、(ニ)図は、人物が下方に移動しても影は
被写体の人物に追従する状態図、をそれぞれ示す。図に
示したように、合成画面(ハ)図における被写体の人物
が移動しても、合成画面(ニ)図のように影は被写体の
人物に追従する。
A first method for solving the above problem. Person 18
A first method for causing the shadow 21 to follow the movement of the object is a foot 19 (ground point) of the subject, that is, when the subject is a person 18, the two-dimensional coordinates of the foot 19 in the image are represented by:
Detected from the position corresponding to the foot 19 in the key signal,
This method uses the coordinates as the center of conversion. In this case 2
Since the calculation is performed in three dimensions, a consistent shadow cannot be generated three-dimensionally, but the shadow can be easily set so that it looks natural. FIGS. 2C and 2D show examples of the above description, wherein FIG. 2C is a state diagram in which the coordinate conversion parameters are set centered on the foot of the person, and FIG. Respectively shows a state diagram in which the shadow follows the person of the subject even if the object moves downward. As shown in the figure, even if the subject person moves in the composite screen (c), the shadow follows the subject person as shown in the composite screen (d).

【0015】次に本発明に係る画像信号の各種の処理手
段について説明する。 、低域通過フィルタについて、 画像信号は低域通過フィルタを通過させることにより、
レンズの焦点をずらしたようなデフォーカス効果を行う
ことができ、キー信号についてこれを行えばキー信号の
波形が鈍り、輪郭がソフトで自然な影を生成することが
できる。 、キー信号レベルの透過度の調整について、 キー信号は0%から100%のレベル値を示し、前記合
成装置において例えば0%では背景画像のみが、100
%では影の画像のみがキー信号の領域において出力さ
れ、0%から100%までの間ではそのレベル値に比例
した率により背景画像と影の画像とが混合され両者の間
の透過度となって出力される。前述したように、生成さ
れる影の領域の映像信号は通常は黒信号に変換し、被写
体の映像信号をそのまま使用して、合成装置により背景
画像、影の画像、被写体画像の順番で合成し、前記キー
信号レベルの適度な透過度調整によって影を付加するこ
とにより、自然で高品質の合成画像を得ることができ
る。 、キー信号レベルの傾斜的な変化手段について、 上記の場合、影の画像領域をすべて均一な透過度とせ
ず、例えば人影の場合、足元の影又は反射は濃くし、足
元から離れるほど薄くなるようにキー信号のレベルを傾
斜的に変化させることにより、更に自然な影又は反射を
得ることができる。
Next, various processing means for an image signal according to the present invention will be described. For the low-pass filter, the image signal is passed through the low-pass filter,
A defocus effect such as shifting the focus of the lens can be performed. If this is performed on the key signal, the waveform of the key signal becomes dull, and a soft shadow having a soft outline can be generated. Regarding the adjustment of the transmittance of the key signal level, the key signal indicates a level value of 0% to 100%.
At%, only the shadow image is output in the key signal area, and between 0% and 100%, the background image and the shadow image are mixed at a rate proportional to the level value, and the transparency between them is obtained. Output. As described above, the video signal in the shadow area to be generated is usually converted to a black signal, and the video signal of the subject is used as it is, and the background image, the shadow image, and the subject image are synthesized by the synthesis device in this order. By adding a shadow by adjusting the key signal level to an appropriate degree of transparency, a natural and high-quality composite image can be obtained. Regarding the means for changing the inclination of the key signal level, in the above case, the entire image area of the shadow is not made to have a uniform transparency. By changing the level of the key signal at an angle, a more natural shadow or reflection can be obtained.

【0016】前記課題に対する第2の方式。 第2の方式は、影に関し、スタジオ内で3次元座標を設
定し、被写体の影を発生させるべき光源の仮想的位置
に、影を生成するために、影撮影用テレビジョンカメラ
(光源カメラ)を設置し、影用の抽出装置により、影用
被写体画像信号及び影用キー信号を抽出して生成装置に
入力する。以下その作用を、図3に基づいて説明する。
A second method for solving the above-mentioned problem. The second method is to set a three-dimensional coordinate in a studio regarding a shadow, and to generate a shadow at a virtual position of a light source at which a shadow of the subject is to be generated. Is installed, and a shadow extracting device extracts a shadow subject image signal and a shadow key signal and inputs them to the generating device. The operation will be described below with reference to FIG.

【0017】図3は本発明に係る光源カメラによる影の
生成説明図、である。図3の(イ)図は、スタジオにお
ける光源カメラ及びスタジオカメラによる撮影と、人物
と影とを生成した合成画像図である。(ロ)図は、光源
カメラの撮影画像図。(ハ)図は、座標変換された影の
画像図。(ニ)図は、人物と影の合成画像図。(ホ)図
は、スタジオカメラの撮影画像図、をそれぞれ示す。上
記(イ〜ホ)図において、24は光源カメラ、26は光
源カメラによる影の撮影画像、27は座標変換された影
の画像、28は人物と影の合成画像、29はスタジオカ
メラの撮影画像、Aは被写体表面上の点、Bは床面の
点、Cは光源カメラの被写体画像上の点を示す。(イ)
図において、被写体の人物18の影21は、光源から照
射された光が人物18に遮られることにより発生するも
のであるから、その光源の位置に光源カメラ24を設置
して人物18を撮影すれば、その画像における被写体像
は、床面に投影された前記人物18の影21の画像領域
と同一である。光源は点光源と仮定し、例えば光源から
照射され被写体表面上の点Aを通過した光線は、床面の
B点に照射し、光源カメラの撮影画像において、前記点
Aと同部分である光源カメラの被写体画像上の点をCと
すると、A,B,C点は一直線上にあり被写体表面の他
の部分に関しても同様である。(ロ)図に、光源カメラ
による影の撮影画像26を示した。図は人物18の側面
からの撮影による影の立像である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of shadow generation by the light source camera according to the present invention. FIG. 3A is a composite image diagram in which a light source camera and a studio camera shoot in a studio and a person and a shadow are generated. (B) The figure is a photographed image of the light source camera. (C) The figure is the image figure of the coordinate transformed shadow. (D) The figure is a composite image of a person and a shadow. (E) shows a photographed image of a studio camera. In the above figures (a) to (e), reference numeral 24 denotes a light source camera, 26 denotes an image of a shadow taken by the light source camera, 27 denotes an image of a shadow transformed by coordinates, 28 denotes a composite image of a person and a shadow, and 29 denotes an image of a studio camera. , A indicates a point on the subject surface, B indicates a point on the floor surface, and C indicates a point on the subject image of the light source camera. (I)
In the figure, since the shadow 21 of the subject 18 is generated when the light emitted from the light source is blocked by the person 18, the light source camera 24 is installed at the position of the light source to photograph the person 18. For example, the subject image in the image is the same as the image area of the shadow 21 of the person 18 projected on the floor. The light source is assumed to be a point light source. For example, a light beam emitted from the light source and passing through a point A on the subject surface irradiates a point B on the floor surface. Assuming that a point on the subject image of the camera is C, points A, B, and C are on a straight line, and the same applies to other portions of the subject surface. (B) The photographed image 26 of the shadow by the light source camera is shown in FIG. The figure is a standing image of a shadow obtained by photographing the person 18 from the side.

【0018】次に、光源カメラ24及びスタジオカメラ
3についての位置、画角情報を前記生成装置に入力し、
光源カメラ24の画像に基づいて抽出生成された前記被
写体18の画像領域について、前記生成装置で座標変換
処理することにより、スタジオカメラ3で撮影された画
像に適応した影21として変換することができる。
(ハ)図に、座標変換された影の画像27を示し、
(ホ)図に、スタジオカメラの撮影画像図29を示し、
そして、(ニ)図に人物と影の合成画像を28を示し
た。この方式では、影21を発生させる光源に基づいた
完全な3次元モデルで計算することができるため、3次
元的に完全な影を生成することができ、背景画像内に存
在する机等の家具、柱等の物体(図示せず)の配置のデ
ータを生成装置に入力して、コンピュータ処理を行なう
ことにより、それらの物体に前景である被写体の影が投
影されているかのように合成処理を行なうことができ
る。
Next, information on the position and angle of view of the light source camera 24 and the studio camera 3 is input to the generator.
An image area of the subject 18 extracted and generated based on the image of the light source camera 24 is subjected to coordinate conversion processing by the generation device, so that it can be converted as a shadow 21 adapted to an image captured by the studio camera 3. .
(C) The figure shows the shadow-converted image 27.
(E) FIG. 29 shows a photographed image diagram 29 of the studio camera,
And (d) FIG. 28 shows a composite image of a person and a shadow. In this method, calculation can be performed with a complete three-dimensional model based on a light source that generates the shadow 21. Therefore, a complete shadow can be generated three-dimensionally, and furniture such as a desk or the like existing in the background image can be generated. By inputting the data on the arrangement of objects (not shown) such as pillars and the like to the generation device and performing computer processing, the synthesizing process is performed as if the shadow of the subject as the foreground is projected on those objects. Can do it.

【0019】次に、本発明の実施例を、構成図に基づい
て説明する。図4は、本発明に係る人物と影の画像合成
方式の構成図、の事例である。図において、13はカメ
ラデータ検出装置、14は影抽出装置、15は影用被写
体キー信号、30は生成装置を示す。本実施例は、影に
関するものであり、被写体1はブルーバツク等のスタジ
オの背景2の前でタジオカメラ3により撮影され、その
画像信号は、抽出装置4で背景部分は黒信号等に変えら
れた被写体1の画像信号5と、被写体1用キー信号6と
がクロマキーの手法により抽出され合成装置9に入力さ
れる。また、影を発生させる仮想的な光源の位置に設置
した前述の光源カメラ(影撮影用テレビジョンカメラ)
24の画像信号は、影抽出装置14により、被写体1の
画像領域を示す影用被写体キー信号15が抽出されて、
生成装置30に入力される。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to a block diagram. FIG. 4 is an example of a configuration diagram of an image synthesis method of a person and a shadow according to the present invention. In the figure, reference numeral 13 denotes a camera data detection device, 14 denotes a shadow extraction device, 15 denotes a shadow subject key signal, and 30 denotes a generation device. The present embodiment relates to a shadow, in which a subject 1 is photographed by a tagio camera 3 in front of a studio background 2 such as a blueback, and the image signal is converted to a black signal or the like by an extraction device 4 in a background portion. The image signal 5 of the subject 1 and the key signal 6 for the subject 1 are extracted by a chroma key method and input to the synthesizing device 9. In addition, the above-described light source camera (television camera for shadow shooting) installed at a position of a virtual light source that generates shadows
24, the shadow extraction device 14 extracts the shadow subject key signal 15 indicating the image area of the subject 1,
It is input to the generation device 30.

【0020】一方、スタジオカメラ3及び光源カメラ2
4の、スタジオ内の3次元座標における位置及び方向、
画角情報のカメラデータは、前記カメラ装置に装備した
機械的センサにより、又は画像信号中のブルーバックの
背景2に描いたパタン情報を認識して計算する手段によ
って、カメラデータ検出情報13により検出され、生成
装置30に入力される。この場合、光源カメラ24の位
置、画角は固定であるとすれば、この光源カメラ24に
関するカメラデータは不要であって、前記位置、画角情
報のデータを生成装置30に入力すればよく、また最終
的に合成される背景画像に存在する机等の家具、柱等の
物体の3次元形状、配置のデータをあらかじめ生成装置
30に入力しておいて、コンピュータによる計算処理を
行うことにより、あたかもその物体に影が落ちているよ
うな効果とすることができる。生成装置30では、スタ
ジオカメラ3の位置、画角情報と、入力されている前記
3次元形状、配置データより、スタジオカメラ3の画像
内の任意のピクセルに3次元モデル内のどの座標が映り
込んでいるかを計算し、そして次に3次元モデル内の座
標が光源カメラ24のどのピクセルに映り込んでいるか
を計算する。このような座標変換処理を行なうことによ
り、完全に被写体に追従し、しかも、3次元的に矛盾の
無い影のキー信号を生成することが可能となり、座標変
換機能によって付加すべき影の位置、形状となるように
変換処理が行われ、影用のキー信号として生成され合成
装置9に入力される。
On the other hand, the studio camera 3 and the light source camera 2
4, the position and direction in three-dimensional coordinates in the studio,
The camera data of the angle-of-view information is detected by the camera data detection information 13 by a mechanical sensor mounted on the camera device or by means for recognizing and calculating pattern information drawn on the blue background 2 in the image signal. Is input to the generation device 30. In this case, if the position and the angle of view of the light source camera 24 are fixed, camera data relating to the light source camera 24 is unnecessary, and the data of the position and angle of view information may be input to the generation device 30. Also, by inputting data of the three-dimensional shape and the arrangement of objects such as furniture such as desks and pillars existing in the background image to be finally synthesized into the generating device 30 in advance and performing calculation processing by a computer, The effect can be as if a shadow is cast on the object. In the generating device 30, which coordinates in the three-dimensional model are reflected on arbitrary pixels in the image of the studio camera 3 from the position and angle of view information of the studio camera 3 and the input three-dimensional shape and arrangement data. , And then calculate which pixel of the light source camera 24 reflects the coordinates in the three-dimensional model. By performing such a coordinate conversion process, it is possible to completely follow the subject and generate a key signal of a three-dimensionally consistent shadow. Conversion processing is performed so as to obtain a shape, and a key signal for shadow is generated and input to the synthesizing device 9.

【0021】[0021]

【発明の効果】本願発明によれば、次のような優れた効
果が発揮される。 1.本発明の請求項1の発明によれば、 画像信号の座標変換手段を備え、影撮影用光源テレビジ
ョンカメラの出力画像信号より抽出した被写体画像領域
に基づくキー信号を、スタジオ用テレビジョンカメラの
位置、方向及び画角に基づく被写体画像に適応したキー
信号として座標変換することにより、被写体の影を生成
して画像を合成する画像方式としたため、被写体の移動
に追従した被写体の影を生成して合成をすることができ
る。このため、従来の影を実際の画像信号から抽出する
方法は、その境界部分が乱れて不自然になりやすくか
つ、照明やパラメータの微細な調整により、多大な時間
と労力を要していたが、本発明によれば高画質な合成画
像を、容易に得ることができる。 2.請求項2の発明によれば、 低域通過フィルタを備え、影を合成するためのキー信号
の波形を鈍らせることによって、レンズの焦点をずらし
たようなデフォーカス効果を行うことができ、輪郭がソ
フトで自然な影を生成することができる。 3.請求項3の発明によれば、 キー信号レベルを傾斜的に変化する手段を備え、影の透
過度を接地点を基に傾斜的に変化させる調整により、よ
り自然で高品質の合成画像を得ることができる。
According to the present invention, the following excellent effects are exhibited. 1. According to the invention of claim 1 of the present invention, a key signal based on a subject image area extracted from an output image signal of a light source television camera for shadow photographing is provided, comprising a coordinate transformation means of an image signal. By performing coordinate conversion as a key signal adapted to the subject image based on the position, direction, and angle of view to generate a shadow of the subject and synthesize the image, the shadow of the subject that follows the movement of the subject is generated. Can be combined. For this reason, the conventional method of extracting a shadow from an actual image signal tends to be unnatural because its boundary is disturbed, and requires a great deal of time and effort due to fine adjustment of illumination and parameters. According to the present invention, a high-quality composite image can be easily obtained. 2. According to the second aspect of the present invention, by providing a low-pass filter and dulling the waveform of a key signal for synthesizing a shadow, it is possible to perform a defocusing effect as if the focus of the lens was shifted. Can create soft and natural shadows. 3. According to the third aspect of the present invention, there is provided means for changing the key signal level in a gradient manner, and a more natural and high-quality composite image is obtained by adjusting the transmittance of the shadow in a gradient manner based on the ground point. be able to.

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

【図1】本発明に係る入力画像を3次元の出力画像で表
した模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an input image according to the present invention as a three-dimensional output image.

【図2】本発明に係る合成画面説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a composite screen according to the present invention.

【図3】本発明に係る光源カメラによる影の生成説明
図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of shadow generation by the light source camera according to the present invention.

【図4】本発明に係る人物と影の画面合成方式の構成
図。
FIG. 4 is a configuration diagram of a screen combining method of a person and a shadow according to the present invention.

【図5】従来の画像合成方式の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional image synthesis method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:被写体 2:背景 3:スタジオカメラ 4:抽出装置 5:被写体画像信号 6:被写体キ
ー信号 7:入力端子 8:背景画像
信号 9:合成装置 10:出力端
子 11:合成画像信号 12:合成画
像 13:カメラデータ検出装置 14:影抽出
装置 15:キー信号 16:画像信
号 17:入力画像 18:人物 19:足元 20:出力画
像 21:人物の影 22:人物の
移動方向 23:画像記号 24:光源カ
メラ 25:出力画像枠 26:光源カ
メラによる影の撮影画像 27:座標変換された影の画像 28:人物と
影の合成画像 29:スタジオカメラの撮影画像 30:生成装
置 A:被写体表面上の点 B:床面の点 C:光源カメラの被写体画像上の点
1: subject 2: background 3: studio camera 4: extraction device 5: subject image signal 6: subject key signal 7: input terminal 8: background image signal 9: combining device 10: output terminal 11: combined image signal 12: combined image 13: Camera data detection device 14: Shadow extraction device 15: Key signal 16: Image signal 17: Input image 18: Person 19: Foot 20: Output image 21: Shadow of person 22: Moving direction of person 23: Image symbol 24: Light source camera 25: Output image frame 26: Captured image of shadow by light source camera 27: Image of shadow transformed by coordinates 28: Composite image of person and shadow 29: Captured image of studio camera 30: Generation device A: On the subject surface Point B: Floor point C: Point on subject image of light source camera

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/272 - 5/275 H04N 9/75 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H04N 5/272-5/275 H04N 9/75

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】合成画像の前景となる被写体の画像信号
と、被写体の画像領域を示すキー信号とを、被写体の背
景画像より分離抽出し、前記被写体の画像及び異なる背
景画像とを合成する手段を備えた画像合成方式におい
て、画像信号の座標変換手段を備え、影撮影用光源テレ
ビジョンカメラの出力画像信号より抽出した被写体画像
領域に基づくキー信号を、スタジオ用テレビジョンカメ
ラの位置、方向及び画角に基づく被写体画像に適応した
キー信号として座標変換することにより、被写体の影を
生成して合成することを特徴とするテレビジョン画像合
成方式。
A means for separating and extracting, from a background image of the subject, an image signal of the subject as a foreground of the composite image and a key signal indicating the image area of the subject, and combining the subject image and a different background image. In the image synthesizing method provided with, a key signal based on a subject image area extracted from an output image signal of a light source television camera for shadow photographing is provided, and a position, a direction, and a position of a studio television camera are provided. A television image synthesizing method characterized by generating and synthesizing a shadow of a subject by performing coordinate conversion as a key signal adapted to a subject image based on an angle of view.
【請求項2】低域通過フィルタを備え、影を合成するた
めのキー信号の波形を鈍らせることを特徴とする請求項
1に記載のテレビジョン画像合成方式。
2. The television image synthesizing method according to claim 1, further comprising a low-pass filter for dulling the waveform of a key signal for synthesizing a shadow.
【請求項3】キー信号レベルを傾斜的に変化する手段を
備え、影の透過度を接地点を基に傾斜的に変化させるこ
とを特徴とした請求項1又は2に記載のテレビジョン画
像合成方式。
3. The television image composition according to claim 1, further comprising means for changing the key signal level in a gradient manner, wherein the transmittance of the shadow is varied in a gradient manner based on the ground point. method.
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