JP3696952B2 - 画像合成装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像合成装置および方法に関し、特に3枚以上の画像を重ねて画角の広い画像を合成する画像合成装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、複数の画像を繋ぎ合わせて画角の広い画像を合成する方法として、2つの画像が重複する領域内の対応点を指定し、それらが一致するように画像の位置合わせを行い、2つの画像を繋ぎ合わせる方法が知られている。この方法は、2つの画像の対応点をマウスなどで指定する必要があり、操作が面倒であった。
【0003】
また、この対応点の抽出をテンプレートマッチングなどの方法により自動的に行って2つの画像の位置関係を検出し、画像を繋ぎ合わせることも可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、例えば通常の撮影レンズで360度全周のパノラマ画像を合成する場合や高解像度の大きい画像を合成する場合には、2つの画像を合成するだけでは足らず、2つの画像の合成を繰り返し行う必要があり、以下に掲げる問題があった。
【0005】
例えば、連続した4枚の画像を合成するときには、まず第1の画像と第2の画像とから合成画像を作成し、同様に第3の画像と第4の画像とから合成画像を作成する。そして、合成された画像同士から4枚の画像を合成した画像を作成する。
【0006】
この場合、第1の画像と第2の画像、第3の画像と第4の画像、および合成された画像同士の位置関係を検出して画像データの合成を行う必要があった。
【0007】
予め、全ての画像の位置関係が分かっていれば4枚の画像を合成することは可能であるが、繰り返し2枚の画像の合成を行って合成画像を作成する方法では、画像データの合成を複数回行わなければならず、処理効率が悪かった。
【0008】
また、テンプレートマッチングなどの方法により自動的に対応点を抽出して2つの画像の位置関係を検出する場合、繰り返し2枚の画像の合成を行って合成画像を作成する方法では画像を合成する処理毎に対象画像を指示しておく必要があり、対応点の指定を行わなくても操作が面倒であった。
【0009】
そこで、本発明は、3枚以上の画像を重ねて画角の広い画像を合成する場合でも簡単な操作で合成画像を得ることができる画像合成装置および方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る画像合成装置は、複数の画像を合成して画角の広い画像を生成する画像合成装置において、前記複数の画像を表示領域内に配置する配置手段と、該配置された複数の画像のうち一部が重複する2つの画像の重複部分の対応点を抽出し、該抽出した前記2つの画像の位置関係を求める位置関係検出手段と、前記表示領域内の前記複数の画像の配置関係に基づき、前記複数の画像の配置関係を示すリストを作成し、前記位置関係を求める順序を決定するリスト作成手段と、該作成されたリストと決定された順序に基づき、順次求められる2つの画像の位置関係から全ての画像間の位置関係を求める全画像間位置関係検出手段と、該求められた全ての画像間の位置関係に基づき、前記複数の画像の画像データから合成画像領域における画像データを求めて合成画像を作成する合成画像作成手段とを備えたことを特徴とする。
【0016】
請求項2に係る画像合成方法は、複数の画像を合成して画角の広い画像を生成する画像合成方法において、前記複数の画像を表示領域内に配置し、該配置された複数の画像のうち一部が重複する2つの画像の重複部分の対応点を抽出し、該抽出した前記2つの画像の位置関係を求め、前記表示領域内の前記複数の画像の配置に基づき、前記複数の画像の配置関係を示すリストを作成して前記位置関係を求める順序を決定し、該作成されたリストと決定された順序に基づき、順次求められる2つの画像の位置関係から全ての画像間の位置関係を求め、該求められた全ての画像間の位置関係に基づき、前記複数の画像の画像データから合成画像領域における画像データを求めて合成画像を作成することを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の画像合成装置の実施の形態について説明する。
【0018】
[第1の実施の形態]
図1は第1の実施の形態における画像合成装置の構成を示すブロック図である。画像合成装置はインタフェース部1、処理部2およびデータ記憶部3の3つの部分から構成される。各部はコンピュータによって実行される制御プログラムにより制御される。
【0019】
インターフェース部1は、画像表示部10および画像配置部11からなる。画像表示部10はコンピュータのディスプレイに表示される画像合成のワークウィンドウにユーザが指定した画像および合成後の画像を表示する。画像配置部11はディスプレイに表示された画像をカーソルのドラッグ操作により移動し、所望の位置に画像を配置する。
【0020】
処理部2は、リスト作成部20、位置関係検出部21および画像変換合成部22からなる。リスト作成部20は処理を行うための処理順と対象画像のリスト(以下、処理リストという)を作成する。位置関係検出部21は対応点抽出部211、変換パラメータ算出部212からなり、2つの画像の相対位置関係を求め、変換パラメータを出力する。画像変換合成部22は複数の画像データから1つの画像データを合成する。
【0021】
データ記憶部3は、画像データ記憶部30、リスト記憶部31、変換パラメータ記憶部32からなり、それぞれ画像データ、処理リスト、変換パラメータを記憶する。
【0022】
つぎに、N枚の画像データから画像を合成する場合の画像合成装置の動作について説明する。画像合成のメインプログラムが起動すると、コンピュータのディスプレイにワークウィンドウが表示される。同時に画像データ記憶部30に記憶されている画像データのファイル一覧がファイル管理ウィンドウに表示される。
【0023】
ユーザは合成する画像データをファイル管理ウィンドウから選択する。このとき選択される画像データを画像#1とする。そして、選択された画像データを画像データ記憶部30から読み込み、画像表示部10によって画像#1をワークウィンドウ内に表示する。この操作をN回繰り返した後、画像#1〜画像#NのN枚の画像がワークウィンドウ内に表示される。
【0024】
つづいて、ユーザは表示されたN枚の画像のそれぞれにカーソルを合わせ、N枚の画像について大体の再配置を行う。画像配置部11は、このとき、ユーザのカーソル指示にしたがって表示されている画像の移動を画像表示部10に指示する。画像表示部10はその指示にしたがって画像の再表示を行う。同時に画像配置部11は、ユーザによって配置されたそれぞれの画像のワークウィンドウ内での配置情報を記憶しておく。そして、ユーザがキーボードからのコマンド入力により合成の指示を行うと、処理部2はつぎの処理にしたがって画像を合成する。
【0025】
リスト作成部20は、画像#1を基準画像とし、画像データの配置情報を基に基準画像との繋がりを調べる。図2は合成する9枚の画像が配置されたワークウィンドウを示す説明図である。この9枚の画像の合成を例にして、リスト作成部20が行う処理リストの作成について説明する。
【0026】
まず、リスト作成部20は基準画像を中心に左、右、上、下の順にワークウィンドウ内の残りの全ての画像との配置関係を探索する。基準画像と相手画像の配置情報とを比較することによって探索は行われる。各画像#1〜#9のそれぞれの配置情報をpos1〜pos9とし、配置情報には水平、垂直方向の位置データ(pos1x,pos1y)〜(pos9x,pos9y)が記憶されている。但し、(pos1x,pos1y)=(0,0)である。
【0027】
リスト作成部20は、基準画像と相手画像の配置情報を比較し、水平方向の配置が左側であり、かつ任意の閾値th1以上のもの(つまり、右側、下側の配置をそれぞれ正とし、条件式(pos1x,posix)>th1 (i=2〜9)、th1>0を満たすもの)で、かつ画像領域が重複し(つまり、画像の水平方向の幅をwとすると、条件式(pos1x,posix)<w(i=2〜9)、th1<wを満たし)、そのうち垂直方向の配置ずれが任意の閾値th2以下(つまり、|(pos1y,posiy)|<th2、(i=2〜9))で最小のものを左画像として探索する。ここで、th1が画像の水平方向の幅wの1/4程度、th2が同様に画像垂直方向の幅hの1/4程度であるとすると、図2の場合、画像#1の左画像を探索できない。
【0028】
左画像の探索と同様に、右画像、上画像、下画像の探索を行う。右画像の探索では、基準画像と相手画像の配置情報を比較し、水平方向の配置が右側であり、かつ任意の閾値th1以上のもの、かつ画像領域が重複し、そのうち垂直方向の配置ずれが任意の閾値th2以下で最小のものを右画像として探索する。
【0029】
また、上画像の探索では、基準画像と相手画像の配置情報を比較し、垂直方向の配置が上側であり、かつ任意の閾値th2以上のもの、かつ画像領域が重複し、そのうち水平方向の配置ずれが任意の閾値th1以下で最小のものを上画像として探索する。
【0030】
さらに、下画像の探索では、基準画像と相手画像の配置情報を比較し、垂直方向の配置が下側であり、かつ任意の閾値th2以上のもの、かつ画像領域が重複し、そのうち水平方向の配置ずれが任意の閾値th1以下で最小のものを下画像として探索する。
【0031】
この結果、画像#1に対する右画像として画像#2、上画像として画像#4、下画像として画像#7が選ばれ、この結果がリスト記憶部31に登録される。図3はリスト記憶部31に登録された処理リストを示す説明図である。リスト作成部20はこの段階で全ての画像が処理リストに登録されているか否かを判定し、全ての画像が処理リストに登録されている場合、処理を終了する。その他の場合、処理リストに登録された画像を基に基準画像で行った処理と同様の処理をリスト未登録の画像に対して行い、順次、処理リストを作成していく。本実施の形態では、残りの画像が存在するので、処理を続行する。
【0032】
そして、画像#2に対する右画像として画像#3、上画像として画像#5、下画像として#8が選ばれ、この結果がリスト記憶部31に登録される。画像#4、画像#7に対する左右上下の画像は探索できない。最後に、画像#3に対する上画像として画像#6、画像#8に対する右画像として画像#9が選ばれ、この結果がリスト記憶部31に登録され、全ての画像が処理リストに登録されたことを確認して、リスト作成部20は処理を終了する。図4は最終的に作成された処理リストを示す説明図である。
【0033】
処理リストが作成されると、位置関係検出部21は作成された処理リストを基に順次2つの画像の相対位置関係を求める。すなわち、図4に示した処理リストを参照し、処理リストに登録された順、つまり、画像#1と画像#2、画像#1と画像#4、画像#1と画像#7、画像#2と画像#3、画像#2と画像#5、画像#2と画像#8、画像#3と画像#6、画像#8と画像#9の順に相対位置関係を求める。
【0034】
つづいて、画像#1と画像#2の相対位置関係を求める場合、位置関係検出部21内の対応点抽出部211と変換パラメータ算出部212の動作について説明する。図5は対応点抽出部211によって実行される対応点抽出の処理手順を示すフローチャートである。まず、画像#1からテンプレート切り出し領域の設定を行う(ステップS11)。画像#1と画像#2の配置情報から画像#1の右端部をおおよそのテンプレート切り出し領域とし、ブロック単位で画像サイズの1割程度の大きさの小領域を切り出す。
【0035】
そして、切り出した全テンプレートについて以下のステップS13〜S15の処理を行う(ステップS12)。すなわち、切り出したテンプレートに対応する点を探索する領域を画像#2から設定する(ステップS13)。このとき、あらかじめ重複領域が分からないので、画像#1と画像#2の配置情報を利用して画像#2の水平方向では左半分、垂直方向ではテンプレートの画像#1の位置から±1割の位置を探索領域とする。この探索領域内でテンプレートを平行にずらしていき、画像#1と画像#2の差分が計算される。そして、差の絶対値の総和が最小となる位置を対応点位置とする(ステップS14)。
【0036】
ステップS14の結果に対する信頼性の判定を行う(ステップS15)。切り出した全てのテンプレートについてステップS13〜ステップS15の処理を終えたか否かを判別し(ステップS16)、終えていない場合、ステップS13に戻り、終えている場合、処理を終了する。
【0037】
ステップS15における信頼性の判定は、最小値となった差の絶対値の総和および2番目に小さい差の絶対値の総和を用いて行う。本実施の形態では、差の絶対値の総和の最小値が第1の所定の閾値th3以下、差の絶対値の総和の2番目に小さい値と最小値の差が第2の所定の閾値th4以上であった場合、対応点に信頼性があると判定し、対応点の画像#1、#2中の座標を対応点抽出部211内のメモリに格納しておく。本実施の形態では、差の絶対値の総和が最小となる位置を対応点位置としたが、例えば相関演算を行って相関値が最大となる位置を対応点位置としてもよい。
【0038】
対応点抽出部211では、画像#1とその右側にある画像#2の対応点を抽出する場合を示した。この他、例えば画像#1とその上側にある画像#4の対応点を抽出する場合、まず、処理リストにより画像#4が画像#1の上側に配置されていることを確認し、ステップS11で設定するテンプレート切り出し領域を画像#1の上端部に設定し、ステップS13で設定する探索領域は画像#4の垂直方向では下半分、水平方向ではテンプレートの画像#1中の1から±1割の位置に設定するのがよい。
【0039】
対応点を抽出する画像が左側、下側の場合も同様に処理リストの配置情報にしたがって、テンプレート切り出し領域、探索領域の設定を行う。
【0040】
つづいて、変換パラメータ算出部212では、抽出された対応点位置から画像合成のための座標変換のパラメータを推定する。このとき、アフィン変換が座標変換として行われる。画像#1に対して画像#2がθ回転、(dx、dy)平行移動、m倍の拡大変換した関係にあるとすると、画像#1中の点(x1、y1)は数式1に示す画像#2中の点(x2、y2)に対応する。
【0041】
【数1】
このときのパラメータA、B、C、Dを最小自乗法により変換パラメータ算出部212で推定する。求めた変換パラメータA、B、C、Dは変換パラメータ記憶部32に記憶される。
【0042】
同様の処理が処理リストを参照して、他の画像対についても順次行われ、相対位置関係が求まる。処理リストに登録された画像の相対位置関係が全て求まると、求めた変換パラメータに基づいて、画像変換合成部22で画像合成処理が行われる。
【0043】
画像変換合成部22は、処理リストのそれぞれの画像に対応した変換パラメータ記憶部32に記憶された変換パラメータを基に基準画像#1に対する合成画像の領域を設定する。合成画像領域は合成後の左右上下端の位置で表される。図2に示した例では左端は画像#1、画像#4、画像#7のそれぞれの左上端の画素および左下端の画素の6つの画素のうち基準画素#1に対する位置が最も左の位置として求められる。例えば、画像#7の画像領域の左上端の基準画像#1に対する位置は、画像#1と画像#7の合成パラメータA17、B17、C17、D17を用いて、アフィン変換の逆変換として数式2に示すように求められる。但し、点(xL1、yL1)は画像#7中の左上端の点(xL7、yL7)の基準画像#1での座標である。
【0044】
【数2】
同様に、右端は画像#6、画像#3、画像#9のそれぞれの右上端の画素および右下端の画素の6つの画素のうち基準画像#1に対する位置が最も右の位置として求められる。上端は画像#4、画像#5、画像#6のそれぞれの左上端の画素および右上端の画素の6つの画素のうち基準画像#1に対する位置が最も上の位置として求められる。下端は画像#7、画像#8、画像#9のそれぞれの左下端の画素および右下端の画素の6つの画素のうち基準画像#1に対する位置が最も下の位置として求められる。但し、例えば画像#9の右下端の画素の基準画像#1に対する位置を求める場合、変換パラメータ記憶部32に直接変換パラメータが記憶されていないので、数式2と同様の変換を2回行って求める。
【0045】
上記処理により合成画像の矩形領域が求まると、その各画素について画像変換合成部22は画像#1〜画像#9の画像データを用いて画素値を求める。即ち、各画素についてつぎの処理を行う。
【0046】
まず、合成画像の画素の画素位置(基準画像#1に対する位置)を変換パラメータ記憶部32に記憶された変換パラメータを用いて、それぞれの画像#2〜画像#9の画素位置に変換する。例えば、画像#2の画素位置は数式1に示した変換を行うことにより求まる。また、画像#3の画素位置は画像#2と画像#3、画像#1と画像#2の変換パラメータを用いて同様の変換を2回行って求める。
【0047】
そして、求まった画素位置の画素値を平均して合成画像の画素値とする。このとき、変換後の画素位置が元の画像領域外のものは平均しない。また、画像#1〜画像#9のどの画像領域にも入らない画素はダミー画素(例えば、白画素等)を割り当てる。
【0048】
上記処理により合成された画像データは画像データ記憶部30に書き込まれ、画像表示部10によりディスプレイに表示される。このように、図2に示したような9枚の画像を合成する場合に限らず、一般にN枚の画像の合成を行う場合も同様に簡単な操作で合成処理が行えることはいうまでもない。
【0049】
[第2の実施の形態]
図6は第2の実施の形態における画像合成装置の構成を示すブロック図である。前記第1の実施の形態と同一の構成要素は同一の番号を付して示す。本実施の形態における画像合成装置は、前記第1の実施の形態と較べて処理部2に基準画像設定部23および位置関係統合部24を設けている。
【0050】
基準画像設定部23は、画像のワークウインドウ内での配置情報を基にほぼ中央に位置する画像を探し、基準画像として設定する。位置関係統合部24は変換パラメータ記憶部32に記憶されている画像間の相対位置関係から基準画像に対する各画像の位置関係を求め、位置関係の統合を行う。図2に示した9枚の画像の合成を行う場合について説明する。
【0051】
ユーザが9枚の画像を図2のように配置し合成の指示を行うと、合成基準画像設定部23は、まずワークウインドウ内での各画像の配置情報から水平、垂直方向の位置データの最小値、最大値を求め、最小値と最大値とを平均して水平、垂直方向の位置データの中央値を求める。そして、求めた中央値からの距離が最も近い配置情報を持つ画像を基準画像として設定する。ここで、基準画像として設定された画像は、ワークウインドウ内でほぼ中央に位置する画像であり、画像#2が基準画像として設定される。
【0052】
リスト作成部20は、前記第1の実施の形態と同様の処理を行い、処理リストを作成する。図7は第2の実施の形態において作成された処理リストを示す説明図である。処理リストが作成されると、位置関係検出部21は作成された処理リストを基に順次2枚の画像の相対位置関係を求める。
【0053】
位置関係統合部24はリスト記憶部31に記憶されている処理リストにしたがって順次、変換パラメータ記憶部32に記憶されている画像間の相対位置関係から基準画像に対する各画像の位置関係を求め、位置関係の統合を行う。
【0054】
図7に示した処理リストから画像#1、画像#3、画像#5、画像#8の基準画像#2に対する位置関係は位置関係検出部21で検出され、変換パラメータ記憶部32に既に記憶されていることが分かる。一方、画像#4、画像#7、画像#6、画像#9の位置関係検出部21で検出された位置関係はそれぞれ画像#1、画像#1、画像#3、画像#8に対するものであり、基準画像#2に対する位置関係を求めるには変換パラメータの統合が必要である。
【0055】
画像#4の基準画像#2に対する位置関係を求めるときには、位置関係統合部24は、まず、画像#2と画像#1との位置関係を示す変換パラメータA21、B21、C21、D21および画像#1と画像#4との位置関係を示す変換パラメータA14、B14、C14、D14を変換パラメータ記憶部32から読み込む。そして、数式3により画像#2と画像#4との位置関係を示す変換パラメータA24、B24、C24、D24を求める。
【0056】
【数3】
そして、求められた変換パラメータA24、B24、C24、D24を変換パラメータ記憶部32の変換パラメータA14、B14、C14、D14の記憶領域に書き換えておく。同様に画像#7、画像#6、画像#9の基準画像#2に対する位置関係を計算し、変換パラメータ記憶部32に書き換えておく。
【0057】
処理リストに登録された画像の基準画像#2に対する位置関係の統合が行われた後、統合された変換パラメータに基づいて画像変換合成部22で画像合成処理が行われる。まず、画像変換合成部22は処理リストのそれぞれの画像に対応した変換パラメータ記憶部32に記憶された変換パラメータを基に基準画像#2に対する合成画像の領域を設定する。そして、合成画像の矩形領域が求まると、その各画素について画像変換合成部22は画像#1〜画像#9の画像データを用いて画素値を求める。このときの各画素の画素位置から基準画像の画素位置への変換は、位置関係統合部24で各画像の位置関係が統合された後なので、1回の変換のみで行われる。
【0058】
本実施の形態における画像合成装置では、画像変換合成部22での基準画像の画素位置を求める際、画像領域が画像#4のような基準画像から直接に左右上下関係のない画像でも1回の変換のみで画素位置を求めることができるので、画像変換合成部22における画素位置の変換の処理効率がよい。
【0059】
本実施の形態における画像合成装置で作成された合成画像と前記第1の実施の形態における画像合成装置で作成された合成画像とを比較してみると、前記第1の実施の形態における画像合成装置で作成された合成画像では画像#1を基準画像としているので、元の画像#1の領域が実質的に画像変換を行わない領域であるため最も画質が良い領域であるが、本実施の形態における画像合成装置で作成された合成画像の場合には画像#2を基準画像としているので、合成画像の中央部分である元の画像#2の領域が実質的に画像変換を行わない領域であるため最も画質が良い領域である。
【0060】
また、本実施の形態では、基準画像を設定する際、ユーザが画像を配置した配置情報を基にしていたが、位置関係検出部21で求めた画像間の位置関係を基にして設定してもよい。また、本実施の形態では合成画像のほぼ中央部分の画質が最も良くなるように基準画像を設定していたが、例えばカーソルなどで画質を良くしたい部分を指定し、その部分を画像領域に含む画像を基準画像に設定してもよい。
【0061】
尚、本発明は複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、1つの機器からなる装置に適用してもよい。また、本発明はシステムあるいは装置にプログラムを供給することによって達成される場合にも適用できることはいうまでもない。この場合、本発明を達成するためのソフトウェアによって表されるプログラムを格納した記憶媒体をシステムあるいは装置に読み出すことによってそのシステムあるいは装置が本発明の効果を享受することが可能となる。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、3枚以上の多くの画像を重ねて画角の広い画像を合成する場合でも簡単な操作で合成画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態における画像合成装置の構成を示すブロック図である。
【図2】合成する9枚の画像が配置されたワークウィンドウを示す説明図である。
【図3】リスト記憶部31に登録された処理リストを示す説明図である。
【図4】最終的に作成された処理リストを示す説明図である。
【図5】対応点抽出部211によって実行される対応点抽出の処理手順を示すフローチャートである。
【図6】第2の実施の形態における画像合成装置の構成を示すブロック図である。
【図7】第2の実施の形態において作成された処理リストを示す説明図である。
【符号の説明】
1 インターフェース部
2 処理部
3 データ記憶部
10 画像表示部
11 画像配置部
20 リスト作成部
21 位置関係検出部
22 画像変換合成部
211 対応点抽出部
212 変換パラメータ算出部
Claims (2)
- 複数の画像を合成して画角の広い画像を生成する画像合成装置において、
前記複数の画像を表示領域内に配置する配置手段と、
該配置された複数の画像のうち一部が重複する2つの画像の重複部分の対応点を抽出し、該抽出した前記2つの画像の位置関係を求める位置関係検出手段と、
前記表示領域内の前記複数の画像の配置関係に基づき、前記複数の画像の配置関係を示すリストを作成し、前記位置関係を求める順序を決定するリスト作成手段と、
該作成されたリストと決定された順序に基づき、順次求められる2つの画像の位置関係から全ての画像間の位置関係を求める全画像間位置関係検出手段と、
該求められた全ての画像間の位置関係に基づき、前記複数の画像の画像データから合成画像領域における画像データを求めて合成画像を作成する合成画像作成手段とを備えたことを特徴とする画像合成装置。 - 複数の画像を合成して画角の広い画像を生成する画像合成方法において、
前記複数の画像を表示領域内に配置し、
該配置された複数の画像のうち一部が重複する2つの画像の重複部分の対応点を抽出し、
該抽出した前記2つの画像の位置関係を求め、
前記表示領域内の前記複数の画像の配置に基づき、前記複数の画像の配置関係を示すリストを作成して前記位置関係を求める順序を決定し、
該作成されたリストと決定された順序に基づき、順次求められる2つの画像の位置関係から全ての画像間の位置関係を求め、
該求められた全ての画像間の位置関係に基づき、前記複数の画像の画像データから合成画像領域における画像データを求めて合成画像を作成することを特徴とする画像合成方法。
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