JP3713689B2 - キー信号生成装置およびキー信号生成方法、並びに画像合成装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、キー信号生成装置およびキー信号生成方法、並びに画像合成装置に関する。特に、キー信号を生成する対象とする対象物体の境界部分に関する境界情報に基づいて、キー信号の曲面を決定する決定情報を算出し、キー信号の曲面を直接生成することにより、キー信号の変更を容易に行うことができるようにしたキー信号生成装置およびキー信号生成方法、並びに画像合成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、映画その他の映像制作において、画像(映像)の各種シミュレーションを行ったり、あるいは画像に特殊効果を与えたりする場合には、画像から、注目する部分(物体)を抜き出したり、その抜き出した部分を、他の画像に合成することが行われる。このような画像からの抜き出し、合成は、キー信号を用いて行われる。
【0003】
キー信号には、ハードキーと呼ばれるものとソフトキーと呼ばれるものとがある。例えば、いま、キー信号を生成するのに用いる画像のうち、注目する部分を前景とするとともに、それ以外の部分を背景とする場合、図20(a)に示すように、画像における前景の範囲を1とするとともに、背景の範囲を0とした2値のキー信号(マスク画像)が、ハードキーと呼ばれる。これに対し、画像には、後述するエイリアスやモーションブラーが生じるが、これらを考慮して、0および1の2値だけではなく、図20(b)に示すように、0乃至1の範囲の連続した実数値をとることのできるキー信号が、ソフトキーと呼ばれる。
【0004】
従って、ハードキーは、急峻な境目を有する信号(キー信号αが0(または1)から1(または0)に変わる境目の傾斜が急峻になっている信号)であり、またソフトキーは、滑らかな境目を有する信号(キー信号αが0(または1)から1(または0)に変わる境目の傾斜が滑らかな信号)ということができる。
【0005】
ここで、図20に図示してあるα(アルファ値)は、キー信号の値を、画素単位で表すものであり、従って、αは、キー信号をLPF(ローパスフィルタ)でフィルタリングしたものといえる。画像において、前景と背景との境界部分の画素の画素値は、前景および背景の信号成分どうしを重畳したものとなるが、このことから、αは、各画素について、前景がどれだけ寄与しているかを示す寄与率を表しているということができる。なお、本明細書中では、キー信号およびαを、適宜、区別せずに用いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前景および背景のいずれも静止している場合において、その画像を構成している画素の境目に、前景と背景との境界が位置していることは稀で、通常は、図21(a)に示すように、前景と背景との境界は、有限の大きさを有する画素の内部に存在する。しかしながら、画素は、画像を構成する最小単位であるから、上述のような前景と背景との境界が存在する画素であっても、その画素は、図21(b)に示すように、前景または背景のいずれか一方の色(画素値)とされる。このため、前景と背景との境界は、図21(c)に示すように、画素の境目に沿って引かれ、このような画像全体を見た場合には、その前景と背景との境界(画素の境目)部分に、不自然なちらつき、即ちエイリアスが生じる。
【0007】
従って、そのキー信号を用いて画像合成を行った結果得られる合成画像にも、エイリアスが生じる。
【0008】
そこで、合成画像に生じるエイリアスを防止する方法として、例えば特開昭60−232787号公報や特開平4−340671号公報に開示されているものがある。特開昭60−232787号公報に開示されている方法では、ハードキーを用いて、前景と背景との境界部分だけにLPFをかけ、その境界部分をぼかして、見た目に滑らかにするようになされている。この方法においては、ハードキーが用いられるが、前景と背景との境界部分にLPFをかけるので、0と1の他に、その中間値をとることができる、いわば傾斜をつけたキー信号、即ち、実質的には、ソフトキーを用いて、画像合成が行われているということができる。
【0009】
また、特開平4−340671号公報に開示されている方法では、前景と背景との境界上の注目画素を中心とするブロックを設定し、そのブロック内の前景および背景を構成する画素パターンから、キー信号(ソフトキー)を算出し、これを用いて、前景の抜き出し、合成を行うことで、エイリアスを低減するようになされている。
【0010】
しかしながら、以上の方法で用いられるソフトキーは、その傾斜(図20(b)において、αが0から1(1から0)に変化している部分の傾斜)が一様なものであり、また、前景と背景との境界の場所によって異なるキー信号の制御を行っていないため、例えば前景が動いている場合に生じるモーションブラーに対処することが困難な課題があった。
【0011】
ここで、モーションブラー(動きボケ)について、簡単に説明する。動画像は、画像(静止画像)が、例えばフレーム単位などで連続して表示されることで実現される。例えば、いま、画像の中を、左から右方向へ動く円形状の物体があったとして、その物体の移動速度に対し、フレーム周期が無限小とみなすことのできるほど短い時間であるとした場合には、その物体は、図22(a)に示すように、各フレームにおいて円形状の物体として表示される。しかしながら、円形状の物体の移動速度に対し、フレーム周期が無限小とみなすことのできるほど短い時間ではない場合、ある時刻t2におけるフレームの画像は、図22(b)に示すように、その1つ前のフレームの時刻t1から、時刻t2までの物体の動きを反映した画像となる。即ち、時刻t2におけるフレームの画像の中の物体は、円形状のものではなく、その動きの方向に薄く伸びた、輪郭のぼやけたものとなる。このような現象がモーションブラーと呼ばれる。
【0012】
なお、モーションブラーは、前景または背景のいずれか一方だけが動いている場合の他、両者が独立に動いている場合も生じるが、背景だけが動いている場合および両者が独立に動いている場合は、背景を基準とすれば、いずれも前景だけが動いている場合と同様に考えることができる。また、モーションブラーが生じている場合には、前景と背景との明確な境界は存在しない。
【0013】
以上のようなモーションブラーを考慮したキー信号を生成する方法としては、例えば特開平5−153493号公報や特開平5−236347号公報に開示されているものがある。特開平5−153493号公報に開示されている方法では、現在のフレームと、その1つ前のフレームとを比較することにより、現在のフレーム(またはその1つ前のフレーム)の前景を構成する画素の画素値と、その画素の、1つ前のフレーム(または現在のフレーム)の画素値との変化量の所定の指定されたブロック全体についての総和を求め、その総和値から、傾斜をつけるソフトキーの領域(0<α<1の範囲のαの領域)を決定するようになされている。しかしながら、この方法においては、ソフトキーが、上述した画素値の変化量(変化の大きさ)に依存して求められるため、前景の動きの方向が考慮されておらず、その動きに対応した、正確なソフトキーが得られるのかどうかが不明であった。
【0014】
一方、特開平5−236347号公報に開示されている方法では、まずハードキーを生成し、前景と背景との境界上の各点において、そのハードキーの側面(図20(a)に示したα=1の部分を底面の1つとする円柱の側面)を楕円錘で削り取ることで、直接にではなく、いわば間接的にソフトキーを生成するようになされており、この場合において、楕円錘の底面を構成する楕円の長軸および短軸は、注目している部分の動きベクトルとエッジ強度から決定されるようになされている。しかしながら、この方法においても、エッジ強度の方向の決定が不十分であり、やはり、前景の動きに対応した、正確なソフトキーが得られるかどうかが不明であった。
【0015】
さらに、上述した方法により求められたソフトキーは、いずれも、画像を構成する各画素に対応するαの集合と考えられるが、このようなαの集合でなるソフトキーは、その変更が容易でない課題があった。即ち、上述の方法で得られたソフトキーによっては、所望する画像が得られなかった場合には、ソフトキーを変更する必要があるが、αの集合でなるソフトキーを変更するには、αを書き換える必要があり、この書き換えを画素単位で行うのは容易ではなかった。
【0016】
そこで、特開平5−153493号公報に開示されている方法の場合には、例えば上述した総和値を、また特開平5−236347号公報に開示されている方法の場合には、上述した楕円錘の底面を構成する楕円の長軸および短軸を変えることで、ソフトキーを再生成し、その変更を行う方法が考えられるが、この場合、その総和値あるいは長軸および短軸の変更がソフトキーに与える影響は、直感的には分かりにくく、所望の変更を容易に行うことができるかどうかが不明であった。
【0017】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、エイリアスおよびモーションブラーを考慮した、変更容易なキー信号を得ることができるようにするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明のキー信号生成装置は、対象物体の境界を求め、その境界を近似する複数の曲線のそれぞれの始点となる複数の境界点と、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配のそれぞれとを算出する境界情報算出手段と、対象物体の境界の法線方向に、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配に対応した傾斜をそれぞれ有する複数の線分を求め、求められた複数の線分のうちの隣接する所定の2つの線分同士の間を補間する1以上の補間曲面のそれぞれを決定するために必要な決定情報を算出する決定情報算出手段と、決定情報算出手段により算出された決定情報に基づいて、1以上の補間曲面を生成し、1以上の補間曲面からキー信号の曲面を生成する曲面生成手段とを備え、決定情報算出手段は、所定の1つの補間曲面を所定の平面上に射影させたときに得られる領域における、所定の2つの線分の対応する端点同士を結ぶ2つの曲線のそれぞれに対応する2つの像のうちの一方から他方に向かう方向への幅によって、その所定の1つの補間曲面についての決定情報のうちの少なくとも一部を算出することを特徴とする。
【0019】
曲面生成手段により曲面が生成されたキー信号に対応するマスク画像を生成するマスク画像生成手段をさらに設けるようにすることができる。
所定の1つの補間曲面についての決定情報は、所定の2つの線分の各端点のそれぞれにおける速度ベクトルを少なくとも含むようにすることができる。
所定の1つの補間曲面についての決定情報は、さらに、所定の2つの線分の各端点のそれぞれの位置を示す位置ベクトルを少なくとも含み、曲面生成手段により曲面が生成されたキー信号を表示する表示手段と、表示手段に表示されたキー信号を変更するときに操作される操作手段とをさらに設け、決定情報算出手段は、操作手段の操作に対応して、いま出力している決定情報を構成する各速度ベクトルおよび各移動ベクトルのうちの少なくとも1つを変更するようにすることができる。
決定情報算出手段は、所定の1つの補間曲面についての領域の幅との間に一定の関係が存在する画像の境界の曲率に基づいて、その所定の1つの補間曲面についての決定情報ののうちの少なくとも一部を算出するようにすることができる。
画像の勾配とは、画像に平行な 1 以上の軸、および画像に対して垂直な垂直軸からなる空間において、垂直軸方向に、画像を構成する各画素の画素値に対応する各点のそれぞれをプロットしたときに、各点で構成される面の傾きであるようにすることができる。
補間曲面は、パラメトリックな曲面であるようにすることができる。
補間曲面は、ベジェ (Bezier) 曲面であるようにすることができる。
【0021】
本発明のキー信号生成方法は、対象物体の境界を求め、境界を近似する複数の曲線のそれぞれの始点となる複数の境界点と、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配のそれぞれとを算出する境界情報算出ステップと、対象物体の境界の法線方向に、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配に対応した傾斜をそれぞれ有する複数の線分を求め、求められた複数の線分のうちの隣接する所定の2つの線分同士の間を補間する1以上の補間曲面のそれぞれを決定するために必要な決定情報を算出する決定情報算出ステップと、決定情報算出ステップの処理により算出された決定情報に基づいて、1以上の補間曲面を生成し、1以上の補間曲面からキー信号の曲面を生成する曲面生成ステップとを含み、決定情報算出ステップは、所定の1つの補間曲面を所定の平面上に射影させたときに得られる領域における、所定の2つの線分の対応する端点同士を結ぶ2つの曲線のそれぞれに対応する2つの像のうちの一方から他方に向かう方向への幅によって、その所定の1つの補間曲面についての決定情報のうちの少なくとも一部を算出する算出ステップを少なくとも含むことを特徴とする。
曲面生成ステップの処理により曲面が生成されたキー信号に対応するマスク画像を生成するマスク画像生成ステップをさらに含むようにすることができる。
所定の1つの補間曲面についての決定情報は、所定の2つの線分の各端点のそれぞれにおける速度ベクトルを少なくとも含むようにすることができる。
所定の1つの補間曲面についての決定情報は、さらに、所定の2つの線分の各端点のそれぞれの位置を示す位置ベクトルを少なくとも含み、曲面生成ステップの処理により曲面が生成されたキー信号を表示する表示ステップと、表示ステップの処理で表示されたキー信号を変更するときの操作を検出する操作検出ステップとをさらに含み、決定情報算出ステップでは、操作検出ステップの処理で検出された操作に対応して、いま出力している決定情報を構成する各速度ベクトルおよび各移動ベクトルのうちの少なくとも1つを変更するようにすることができる。
決定情報算出ステップの算出ステップは、所定の1つの補間曲面についての領域の幅との間に一定の関係が存在する画像の境界の曲率に基づいて、その所定の1つの補間曲面についての決定情報ののうちの少なくとも一部を算出するステップであるようにすることができる。
画像の勾配とは、画像に平行な 1 以上の軸、および画像に対して垂直な垂直軸からなる空間において、垂直軸方向に、画像を構成する各画素の画素値に対応する各点のそれぞれをプロットしたときに、各点で構成される面の傾きであるようにすることができる。
補間曲面は、パラメトリックな曲面であるようにすることができる。
補間曲面は、ベジェ (Bezier) 曲面であるようにすることができる。
【0022】
本発明の画像合成装置は、対象物体の境界を求め、境界を近似する複数の曲線のそれぞれの始点となる複数の境界点と、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配のそれぞれとを算出する境界情報算出手段と、対象物体の境界の法線方向に、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配に対応した傾斜をそれぞれ有する複数の線分を求め、求められた複数の線分のうちの隣接する所定の2つの線分同士の間を補間する1以上の補間曲面のそれぞれを決定するために必要な決定情報を算出する決定情報算出手段と、決定情報算出手段により算出された決定情報に基づいて、1以上の補間曲面を生成し、1以上の補間曲面からキー信号の曲面を生成する曲面生成手段と、曲面生成手段により曲面の生成されたキー信号を用いて、所定の画像と他の画像とを合成する合成手段とを備え、決定情報算出手段は、所定の1つの補間曲面を所定の平面上に射影させたときに得られる領域における、所定の2つの線分の対応する端点同士を結ぶ2つの曲線のそれぞれに対応する2つの像のうちの一方から他方に向かう方向への幅によって、その所定の1つの補間曲面についての決定情報のうちの少なくとも一部を算出することを特徴とする。
曲面生成手段により曲面が生成されたキー信号に対応するマスク画像を生成するマスク画像生成手段をさらに設けるようにすることができる。
所定の1つの補間曲面についての決定情報は、所定の2つの線分の各端点のそれぞれにおける速度ベクトルを少なくとも含むようにすることができる。
所定の1つの補間曲面についての決定情報は、さらに、所定の2つの線分の各端点のそれぞれの位置を示す位置ベクトルを少なくとも含み、曲面生成手段により曲面が生成された前記キー信号を表示する表示手段と、表示手段に表示されたキー信号を変更するときに操作される操作手段とをさらに設け、決定情報算出手段は、操作手段の操作に対応して、いま出力している決定情報を構成する各速度ベクトルおよび各移動ベクトルのうちの少なくとも1つを変更するようにすることができる。
決定情報算出手段は、所定の1つの補間曲面についての領域の幅との間に一定の関係が存在する画像の境界の曲率に基づいて、その所定の1つの補間曲面についての決定情報ののうちの少なくとも一部を算出するようにすることができる。
画像の勾配とは、画像に平行な 1 以上の軸、および画像に対して垂直な垂直軸からなる空間において、垂直軸方向に、画像を構成する各画素の画素値に対応する各点のそれぞれをプロットしたときに、各点で構成される面の傾きであるようにすることができる。
補間曲面は、パラメトリックな曲面であるようにすることができる。
補間曲面は、ベジェ (Bezier) 曲面であるようにすることができる。
【0023】
【作用】
本発明のキー信号生成装置においては、境界情報算出手段は、対象物体の境界を求め、境界を近似する複数の曲線のそれぞれの始点となる複数の境界点と、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配のそれぞれとを算出するようになされている。決定情報算出手段は、対象物体の境界の法線方向に、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配に対応した傾斜をそれぞれ有する複数の線分を求め、求められた複数の線分のうちの隣接する所定の2つの線分同士の間を補間する1以上の補間曲面のそれぞれを決定するために必要な決定情報を算出するようになされている。詳細には、決定情報算出手段は、所定の1つの補間曲面を所定の平面上に射影させたときに得られる領域における、所定の2つの線分の対応する端点同士を結ぶ2つの曲線のそれぞれに対応する2つの像のうちの一方から他方に向かう方向への幅によって、その所定の1つの補間曲面についての決定情報のうちの少なくとも一部を算出するようになされている。曲面生成手段は、決定情報算出手段により算出された決定情報に基づいて、1以上の補間曲面を生成し、1以上の補間曲面からキー信号の曲面を生成するようになされている。
【0024】
本発明のキー信号生成方法においては、対象物体の境界を求め、境界を近似する複数の曲線のそれぞれの始点となる複数の境界点と、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配のそれぞれとを算出し、対象物体の境界の法線方向に、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配に対応した傾斜をそれぞれ有する複数の線分を求め、求められた複数の線分のうちの隣接する所定の2つの線分同士の間を補間する1以上の補間曲面のそれぞれを決定するために必要な決定情報を算出するようになされている。詳細には、所定の1つの補間曲面を所定の平面上に射影させたときに得られる領域における、所定の2つの線分の対応する端点同士を結ぶ2つの曲線のそれぞれに対応する2つの像のうちの一方から他方に向かう方向への幅によって、その所定の1つの補間曲面についての決定情報のうちの少なくとも一部を算出するようになされている。そして、決定情報に基づいて、1以上の補間曲面を生成し、1以上の補間曲面から前記キー信号の曲面を生成するようになされている。
【0025】
本発明の画像合成装置においては、境界情報算出手段は、対象物体の境界を求め、境界を近似する複数の曲線のそれぞれの始点となる複数の境界点と、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配のそれぞれとを算出するようになされている。決定情報算出手段は、対象物体の境界の法線方向に、複数の境界点のそれぞれにおける画像の勾配に対応した傾斜をそれぞれ有する複数の線分を求め、求められた複数の線分のうちの隣接する所定の2つの線分同士の間を補間する1以上の補間曲面のそれぞれを決定するために必要な決定情報を算出するようになされている。詳細には、決定情報算出手段は、所定の1つの補間曲面を所定の平面上に射影させたときに得られる領域における、所定の2つの線分の対応する端点同士を結ぶ2つの曲線のそれぞれに対応する2つの像のうちの一方から他方に向かう方向への幅によって、その所定の1つの補間曲面についての決定情報のうちの少なくとも一部を算出するようになされている。画面生成手段は、決定情報算出手段により算出された決定情報に基づいて、1以上の補間曲面を生成し、1以上の補間曲面からキー信号の曲面を生成するようになされている。合成手段は、曲面生成手段により曲面の生成されたキー信号を用いて、所定の画像と他の画像とを合成するようになされている。
【0026】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明するが、その前段階の準備として、画像の画素値の変化と、その画像からキー信号を生成する対象とする物体(対象物体)(以下、適宜、前景という)の境界との関係について説明する。
【0027】
なお、画像のうち、前景を除く部分は、背景と呼ぶこととする。従って、画像は、前景と背景とから構成される。また、画像の画素値の変化とは、例えば2次元の画像の場合、その画像が、xy平面を構成するとし、そのxy平面に垂直な軸(z軸)をとってxyz空間を考え、そのz軸方向に、画像を構成する画素値に対応する点をプロットしたときに、その点で構成される面の傾き(各点における傾きが最も大きい方向(この方向は、エッジ強度が最大となる方向に一致する)とその傾き具合(傾きの大きさ))を意味し、以下、適宜、画像の勾配という。
【0028】
まず、[1]背景に対して前景が静止している画像を考える。なお、ここでは、説明を簡単にするため、画像は1次元であるとする。
【0029】
この場合、画像を構成する、位置xにある画素の画素値をC(x)とすると、画素が無限小とみなすことができるときには、前景の境界(この境界は、背景の境界と考えることもできる)(前景と背景との境界)の位置(前景から背景(あるいは背景から前景)に変わる位置)で、画素値C(x)は、図1(a)に示すようにステップ状に変化する。従って、前景の境界での画像の勾配は、図1(b)に示すように、インパルス状に変化する。
【0030】
理想的には上述の通りであるが、実際には、画素は有限の大きさを有し、このため、前述したようなエイリアスが生じる。そこで、画像(全体あるいは前景の境界部分)には、ローパスフィルタがかけられ、エイリアスが低減(除去)される。これにより、前景の境界付近の画素値C(x)は、図1(c)に示すように滑らかに変化するようになる。さらに、これに伴い、前景の境界での画像の勾配も、図1(d)に示すように、同図(b)に示したインパルスをローパスフィルタでフィルタリングしたように変化するようになる。
【0031】
次に、[2]背景に対して前景が動いている場合を考える。なお、ここでも、説明を簡単にするため、画像は1次元であるとする。
【0032】
この場合、前景が、ほぼ等速運動しているとみなすことができる程度に、画像のフレーム周期が短いものとし(この仮定は、通常成立する)、また、画素が無限小とみなすことができるとすると、前景の境界付近の画素値C(x)は、図2(a)に示すように、一定(ほぼ一定)の割合で変化する。従って、前景の境界付近での画像の勾配は、図2(b)に示すように、一定となる。
【0033】
しかしながら、実際には、上述したように、画素は有限の大きさを有するので、やはり、画像(全体あるいは前景の境界部分)には、ローパスフィルタがかけられ、これにより、前景の境界付近の画素値C(x)は、図2(c)に示すようになる。同様に、前景の境界付近での画像の勾配も、図2(d)に示すように、滑らかに変化するようになる。
【0034】
[1]および[2]のいずれの場合も、図1(c)および図2(c)に示したように、前景の境界部分(画像の勾配が変化している部分)の中心点Pにおける画像の勾配が、前景の境界(前景の境界と考えられる位置)における画像の勾配を、最も良く近似していると考えることができる。そして、この場合、完全に、前景または背景を構成する画素の位置におけるキー信号αが、それぞれ1または0となるものとしたとき、点Pにおけるキー信号αは、0.5となり、また、図1(d)および図2(d)に示したように、点P、即ち前景の境界(前景の境界と考えられる位置)は、画像の勾配が局所的に大きい点となると推定することができる。
【0035】
従って、2次元の画像を考えた場合、その画像の勾配が局所的に大きくなる点を結び、閉曲線を描くと、それは、図3に示すように、前景の境界(前景の境界と考えられる線)となる。また、この閉曲線(以下、適宜、境界線という)の法線方向は、その境界線と法線との交点における画像の勾配の方向(最大傾斜の方向)になる。
【0036】
以上の画像の勾配とその前景の境界との関係から、前景の境界上の点(画素)すべてについて、各点の法線方向に、その点における画像の勾配の大きさに対応した傾斜を有する線分を求めれば、その線分の集合として表現される曲面は、エイリアスおよびモーションブラーを考慮したキー信号の曲面(図20(b)において、0<α<1の部分を表す曲面)となる。しかしながら、この曲面を表現する線分を、前景の境界上の点(画素)すべてについて求めるのは、計算量の点から容易ではない。
【0037】
そこで、以下説明するキー信号生成装置では、前景の境界部分に関する境界情報として、前景の境界、さらにはその境界上の幾つかの(複数の)点(境界点)における画像の勾配を求め、前景の境界線の法線方向に、各境界点における画像の勾配に対応した傾斜を有する線分を求めて、隣接する2つの線分どうしの間を補間する面(曲面)を決定するための決定情報を算出し、その決定情報に基づいて、キー信号の曲面全体を、直接生成するようになされている。
【0038】
図4は、以上のようにしてキー信号を生成するキー信号生成装置の一実施例の構成を示している。境界情報算出部1には、キー信号を生成する対象とする前景を含む画像が入力されるようになされている。境界情報算出部1(境界情報算出手段)は、入力された画像から、その前景の境界情報としての、例えば前景の境界(前景の境界と考えられる閉曲線)およびその境界(閉曲線)上の点における画像の勾配を算出し、制御情報算出部2に出力するようになされている。
【0039】
制御情報算出部2(決定情報算出手段)は、境界情報算出部1から出力される境界情報に基づいて、キー信号の曲面を決定する決定情報(制御情報)を算出し、曲面生成部3に出力するようになされている。曲面生成部3(曲面生成手段)は、制御情報算出部2より出力される決定情報に基づいて、キー信号の曲面を生成し、さらにその曲面を用いてキー信号を生成し、マスク画像生成部4および表示部5に出力するようになされている。
【0040】
マスク画像生成部4(マスク画像生成手段)は、曲面生成部3からのキー信号に対応するマスク画像(キー信号αの値に対応して、例えば輝度が変化する画像)を生成し、表示部5に出力するようになされている。表示部5(表示手段)は、曲面生成部3からのキー信号およびマスク画像生成部4からのマスク画像を表示するようになされている。なお、本実施例では、マスク画像は、例えば2次元の画像として表示され、キー信号は、例えば図20に示したような、いわば3D(3-Dimension)の画像として表示されるようになされている。
【0041】
制御信号変更部6(操作手段)は、例えばキーボードやマウスなどで構成され、表示部5に表示されたキー信号、マスク画像を変更するときに操作されるようになされている。なお、制御情報算出部2は、制御信号変更部6が操作されると、その操作に対応して、いま出力している決定情報を変更するようになされている。
【0042】
次に、図5および図6のフローチャートを参照して、その動作について説明する。なお、図6は、図5のフローチャートに続くフローチャートである。
【0043】
まず最初に、ステップS1では、境界情報算出部1において、前景の境界が求められ、それが、所定の数の所定の曲線で近似される。
【0044】
即ち、ステップS1では、まず画像の勾配が求められ、その勾配に基づいて、画像の前景の境界が求められる。ここで、画像の勾配は、上述した定義から、xyz空間における画像の画素値の1次微分に等しい。この空間1次微分値は、例えば画素値とソーベルオペレータなどとの畳み込みを行うことによって求められる。即ち、例えば画像のxまたはy方向それぞれについて、図7に示すソーベルオペレータfxまたはfyによる畳み込みを行うことにより、xまたはy方向の1次微分値、即ち画像の勾配が得られる。
【0045】
ステップS1では、画像の勾配が求められた後、その勾配が局所的に大きい点により構成される閉曲線が、画像の前景の境界として求められる。そして、前景の境界を近似する所定の数の所定の曲線として、例えばI個のベジェ(Bezier)曲線Ci(t)が求められる(但し、i=1,2,・・・,Iで、tは0乃至1の範囲の実数値をとる助変数)。
【0046】
さらに、ステップS1では、前景の境界を近似するI個のベジェ曲線Ci(t)それぞれの始点Piが求められ、この始点Pi、ベジェ曲線Ci(t)(I個のベジェ曲線Ci(t)とその始点Piの集合が、前景の境界を表す)、および始点Piにおける画像の勾配Eiが、境界情報として、制御情報算出部2に出力される。
【0047】
なお、上述の場合は、前景の境界を近似するI個のベジェ曲線Ci(t)を求めてから、その始点Piを求めるようにしたが、これとは逆に、前景の境界上にI個の点をとって、これをベジェ曲線の始点とし、その後、隣接する2つの点の間の境界線を近似するI個のベジェ曲線Ci(t)を求めるようにしても良い。
【0048】
制御情報算出部2においては、ステップS2乃至S9のループ処理が行われる。即ち、制御情報算出部2では、まず最初に、ステップS2において、変数iに、初期値としての1がセットされ、ステップS3,S4に順次進み、始点Piについて、前景の境界の法線方向に、その始点Piにおける画像の勾配に対応した傾斜を有する線分が求められる。
【0049】
ここで、画像が、xy平面を構成するとし、そのxy平面に垂直な軸(α軸)をとってxyα空間を考え、そのα軸方向に、画像を構成する各画素に対応するキー信号αをプロットするものとすると、上述の推定から、前景の境界は、図8(a)に示すように、α=0.5の平面上に存在する。従って、始点Piも、このα=0.5の平面上に存在し、ステップS3では、図8(b)に示すように、このα=0.5の平面上に存在する始点Piを通り、その始点Piにおける境界の法線方向の直線であって、始点Piにおける画像の勾配Eiに対応する傾斜を有する直線(図8(b)において点線で示す直線)が求められる。
【0050】
そして、ステップS4では、キー信号αがそれぞれ1または0となる2つの平面、即ちα=1,α=0の平面が、適当な方法で定義され、図8(c)に示すように、ステップS3で求められた直線を、α=1の平面およびα=0の平面で打ち切った線分が求められる。さらに、このとき、ステップS4では、その線分の端点、即ち、ステップS3で求められた直線と、α=1の平面またはα=0の平面それぞれとの交点Pi1またはPi0が求められる。
【0051】
ここで、α=1,α=0の平面は、例えば次のような方法で定義することができる。即ち、図9(a)に示すように、始点Piにおける境界の法線方向にある各位置の画素について、画像の勾配を求め、その大きさが所定の閾値Kとなる点p1およびp2を求める。そして、この点p1乃至p2の範囲、即ち画像の勾配が閾値Kより大きくなる範囲を、図9(b)に示すように、キー信号αが0<α<1の値をとる有効な範囲とし、点p1またはp2におけるキー信号αを、それぞれ0または1に設定する。点p1およびp2は、いずれも始点Piにおける境界の法線方向の直線上の点であり、従って、点p1またはp2それぞれを通り、xy平面に垂直な2つの直線CL1またはCL2は、いずれもステップS3で求められた直線と交わる。この2つの直線CL1またはCL2それぞれと、ステップS3で求められた直線との交点を含み、xy平面と平行な平面が、それぞれα=0の平面またはα=1の平面とされる。
【0052】
なお、図9においては、点p1から点p2への方向が背景から前景への方向であるとしている。
【0053】
また、α=0の平面およびα=1の平面は、ある点Piだけについて求め、その他の点については、点Piについての平面を用いることも考えられるが、精度その他の観点から、α=0の平面およびα=1の平面は、各点Piごとに求めるのが好ましい。
【0054】
さらに、α=0の平面およびα=1の平面を定義する方法は、上述したものに限定されるものではなく、α=0の平面およびα=1の平面は、キー信号αが0<α<1の値をとる有効な範囲を決定することが可能なその他の方法によって定義することが可能である。
【0055】
以上のようにして、端点をPi0およびPi1とする線分を求めた後、ステップS5乃至S7に順次進み、ステップS3乃至S9のループ処理によって求められる、I個の始点Piを通る、上述したような線分のうちの、隣接する2つの線分どうしの間を補間する面を決定する決定情報が算出される。
【0056】
ここで、本実施例では、隣接する2つの線分どうしの間を補間する面として、例えばパラメトリックな面を採用する。パラメトリックな面としては、例えばベジェ曲面などがあり、いま、隣接する2つの線分どうしの間を補間する面として、例えば3次のベジェ曲面を用いるものとすると、この3次のベジェ曲面Qは、2つの助変数s,tを用いて、次のように表すことができる。
【0057】
Q=Q(s,t) ・・・(1)
但し、3次のベジェ曲面Qという場合は、助変数s,tの最高次数がいずれも3次であり、従って、3次のベジェ曲面Qは、最高次数が6次の多項式で表すことができる。また、s,tは、0乃至1の範囲の実数値をとる。
【0058】
3次のベジェ曲面は、例えば図10に示すような曲面で、曲面の4端点(例えば、Q(0,0),Q(0,1),Q(1,0),Q(1,1))を表す位置ベクトルと、各端点における速度ベクトルとで決定(制御)される。即ち、逆にいえば、4端点の位置ベクトルおよび速度ベクトルが決まれば、ベジェ曲面は一意に決定される。
【0059】
図10において、助変数sを0または1に固定して、助変数tを0乃至1に変化させた場合には、端点Q(0,0)とQ(0,1)とを結ぶ曲線Q(0,t)または端点Q(1,0)とQ(1,1)とを結ぶ曲線Q(1,t)が、それぞれ描かれる。また、助変数tを0または1に固定して、助変数sを0乃至1に変化させた場合には、端点Q(0,0)とQ(1,0)とを結ぶ曲線Q(s,0)または端点Q(0,1)とQ(1,1)とを結ぶ曲線Q(s,1)が、それぞれ描かれる。従って、助変数s,tを0乃至1の範囲で変化させた場合には、4端点Q(0,0),Q(0,1),Q(1,0),Q(1,1)とそれらを結ぶ曲線Q(0,t),Q(1,t),Q(s,0),Q(s,1)とによって囲まれる曲面Q(s,t)が描かれる。
【0060】
境界情報算出部1から出力されたI個の始点Piは、上述したxyα空間において、α=0.5の平面上に存在するが、本実施例では、図11に示すように、このうちのある点Piとそれに隣接する点P(i+1)を通り、前景の境界の法線方向に、点Pi,P(i+1)における画像の勾配に対応した傾斜を有する3次のベジェ曲面を、ステップS3で求めた線分のうちの、隣接する2つの線分どうしの間を補間する面として採用する。
【0061】
この場合、助変数sを、次式で示すように、キー信号αと等しい値にとるものとする。
【0062】
s=α (2)
【0063】
また、点PiまたはP(i+1)における助変数tの値を、それぞれ0または1とすると、点PiまたはP(i+1)それぞれは、式(1)および(2)から、次のように表すことができる。
【0064】
Pi=Q(0.5,0) (3)
P(i+1)=Q(0.5,1) (4)
【0065】
さらに、この場合、ステップS3で求められる、点PiまたはP(i+1)を通る線分を、それぞれLiまたはL(i+1)とすると、この線分LiまたはL(i+1)は、次式で表すことができる。
【0066】
Li=Q(s,0) (5)
L(i+1)=Q(s,1) (6)
【0067】
線分LiまたはL(i+1)は、1次の変数で表すことができる(いわゆるy=ax+bの形で表すことができる)から、助変数sの最高次数は1次であり(s2およびs3の項における定数はいずれも0であり)、従って、本実施例で採用する3次のベジェ曲面Qは、助変数sまたはtについての最高次数がそれぞれ1次または3次の多項式、即ち最高次数が4次の多項式で表すことができる。
【0068】
いま、図11に示したように、線分Liの、平面α=0またはα=1上における端点をそれぞれPi0またはPi1とするとともに、線分L(i+1)の、平面α=0またはα=1上における端点をそれぞれP(i+1)0またはP(i+1)1とし、これらの点Pi0,Pi1,P(i+1)0,P(i+1)1を、それぞれ次式で示すように定義する。
【0069】
Pi0=Q(0,0) (7)
Pi1=Q(1,0) (8)
P(i+1)0=Q(0,1) (9)
P(i+1)1=Q(1,1) (10)
【0070】
ここで、本実施例で採用する3次のベジェ曲面Qは、上述したように、助変数sまたはtについての最高次数がそれぞれ1次または3次の多項式であるから、助変数sについては、定数項および1次のsの項の2つの項が存在し、また助変数tについては、定数項および1乃至3次のtの項の4つの項が存在する。従って、この場合、ベジェ曲面Qは、8(=2×4)つの項でなる多項式で表されるから、8つの情報を与えることにより一意に決定される。即ち、例えば式(7)乃至(10)に示した4つの端点Q(0,0),Q(0,1),Q(1,0),Q(1,1)それぞれを表す位置ベクトルPi0,Pi1,P(i+1)0,P(i+1)1に加え、その4つの端点それぞれにおける、1つの速度ベクトル、即ち4つの速度ベクトルを与えることによって、曲面(ベジェ曲面)Qを決定することができる。
【0071】
そこで、本実施例では、曲面Qの端点Q(0,0),Q(1,0),Q(0,1),Q(1,1)それぞれにおける速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0,V(i+1)1を以下のように定義し、これらと、上述した位置ベクトルPi0,Pi1,P(i+1)0,P(i+1)1によって、線分LiとL(i+1)との間を補間する曲面Qを決定するものとする。
【0072】
Vi0=Dt{Q(0,t)}|t=0 (11)
Vi1=Dt{Q(1,t)}|t=0 (12)
V(i+1)0=Dt{Q(0,t)}|t=1 (13)
V(i+1)1=Dt{Q(1,t)}|t=1 (14)
但し、式(11)乃至(14)において、Dt{}は、{}内の関数を、助変数tによって微分することを表す演算子であり、|t=0または|t=1は、|の左側の演算子Dt{}による微分結果における助変数tに、それぞれ0または1を代入することを表す。
【0073】
助変数sを0または1に固定した場合の曲面Q、即ち曲線Q(0,t)またはQ(1,t)は、式(2)より、α=0またはα=1の平面上にそれぞれ存在し、従って、式(11)乃至(14)で表される速度ベクトルVi0およびV(i+1)0、またはVi1およびV(i+1)1は、図12に示すように、それぞれ平面α=0またはα=1上に存在するベクトルとなる。
【0074】
本実施例においては、4つの位置ベクトル(端点)Pi0,Pi1,P(i+1)0,P(i+1)1は、ステップS4において決定されるので、残りの情報としての4つの速度ベクトルVi0,V(i+1)0,Vi1,V(i+1)1によって、線分LiとL(i+1)との間を補間する曲面Qを決定(制御)することができる。
【0075】
従って、速度ベクトルVi0,V(i+1)0,Vi1,V(i+1)1をどのように制御するかが問題となるが、ここでは、曲面Qの幅が大きく変動しないように、速度ベクトルVi0,V(i+1)0,Vi1,V(i+1)1を決定する。
【0076】
即ち、いま、助変数sを0または1に固定し、助変数tを0乃至1の範囲で変化させたときに得られる軌跡(曲線)C0またはC1は、それぞれ次式で表される。
【0077】
C0=Q(0,t) (15)
C1=Q(1,t) (16)
なお、曲線C0からC1への方向は、キー信号αが、0から1に変化する方向となる。
【0078】
いま、この曲線C0およびC1、並びに線分LiおよびL(i+1)で囲まれる曲面Qを、図13に示すように、xy平面上に射影したときに得られる領域(像)q(図中、斜線を付してある部分)を考えると、曲線C0に対応する像からC1に対応する像への方向(あるいはその逆方向)への幅(この幅は、上述した曲面Qの幅に相当する)(膨らみ)は、背景から前景に(あるいは前景から背景に)、いわば移行していく部分であり、従って、この領域qの幅が、図14(a)に示すように、大きく振動していると、キー信号は、視覚的に不自然なものとなる。
【0079】
そこで、図14(b)に示すように、曲面Qの幅、即ち領域qの幅が大きく変動しないように、速度ベクトルVi0,V(i+1)0,Vi1,V(i+1)1を決定する必要がある。これは、例えば前景の境界の曲率(前景の境界上の点PiおよびP(i+1)の曲率)を求め、その曲率に基づいて行うことができる。
【0080】
即ち、いま、点Piまたは点P(i+1)における速度ベクトルViまたはV(i+1)を、式(11)乃至(14)における場合と同様に定義すると、それぞれ次式で表される。
【0081】
Vi=Dt{Q(0.5,t)}|t=0 (17)
V(i+1)=Dt{Q(0.5,t)}|t=1 (18)
【0082】
速度ベクトルViまたはV(i+1)は、平面α=0.5上に存在するベクトルであり、また、上述したように、速度ベクトルVi0およびV(i+1)0、またはVi1およびV(i+1)1は、それぞれ平面α=0またはα=1上に存在するベクトルであるから、これらはxy平面に射影しても変化しない。
【0083】
そこで、図15に示すように、領域q、並びに速度ベクトルVi,V(i+1),Vi0,V(i+1)0,Vi1,V(i+1)1を、xy平面上に射影したものを考える。
【0084】
この場合、領域qの幅の振動を抑えるには、速度ベクトルVi0およびV(i+1)0の向きが、速度ベクトルViの向きと一致するように、かつその大きさが、速度ベクトルViの曲率の中心Oiからの距離に比例して大きくなるようにするとともに、速度ベクトルV(i+1)0およびV(i+1)1の向きが、速度ベクトルV(i+1)の向きと一致するように、かつその大きさが、速度ベクトルV(i+1)の曲率の中心O(i+1)からの距離に応じて大きくなるようにすれば良い。
【0085】
従って、いま、点Piでの曲率半径(曲率の逆数)をRiとするとともに、xy平面上に射影した点PiとPi0との距離または点PiとPi1との距離を、それぞれDi0またはDi1とすると、速度ベクトルVi0,V(i+1)0は、次式にしたがって決定すれば良い。
【0086】
即ち、曲率の中心Oiが、前景側(点Piから見た場合には、点Pi1側)に存在する場合は、式
Vi0=(Ri+Di0)/Ri×Vi (19)
Vi1=(Ri−Di1)/Ri×Vi (20)
にしたがって、速度ベクトルVi0,V(i+1)0を決定する。
【0087】
また、曲率の中心Oiが、背景側(点Piから見た場合には、点Pi0側)に存在する場合(例えば、図15に示したような場合)は、式
Vi0=(Ri−Di0)/Ri×Vi (21)
Vi1=(Ri+Di1)/Ri×Vi (22)
にしたがって、速度ベクトルVi0,V(i+1)0を決定する。
【0088】
速度ベクトルV(i+1)0およびV(i+1)1も、速度ベクトルV(i+1)に基づいて、同様に決定する。
【0089】
以上のようにして速度ベクトルVi0,V(i+1)0,Vi1,V(i+1)1を決定することで、領域qの幅の振動を抑えることができる。
【0090】
なお、本実施例においては、助変数sの最高次数は1次であるから、曲面Qの、前景の境界の法線方向における傾きは一定であり、従って、点Pi(点P(i+1)についても同様)は、点Pi0とPi1との中点(線分Liの中点)にあるので、Di0=Di1となる。ここで、以下では、Di0=Di1=Diとする。
【0091】
図5に戻り、ステップS5では、点Piにおける曲率半径Riが算出され、さらにこの点Piと、ステップS4で求められた点Pi0とをxy平面上に射影して得られる2点の間の距離(あるいは、点Piと、ステップS4で求められた点Pi1とをxy平面上に射影して得られる2点の間の距離)Diが算出される。そして、ステップS6に進み、点Piにおける速度ベクトルViが、式(17)にしたがって算出され、ステップS7に進む。
【0092】
ステップS7においては、ステップS4で求められた点Pi0またはPi1における速度ベクトルVi0またはVi1が、曲率の中心Oiの位置に基づいて、式(19)または(20)、あるいは式(21)または(22)にしたがって算出される。
【0093】
その後、ステップS8において、変数iが1だけインクリメントされ、ステップS9に進み、変数iがI以下であるか否かが判定される。ステップS9において、変数iがI以下であると判定された場合、即ち、ステップS1で求められたI個の点Piすべてについて、ステップS3乃至S7の処理を、まだ行っていない場合、ステップS3に戻る。
【0094】
一方、ステップS9において、変数iがI以下でないと判定された場合、即ち、ステップS1で求められたI個の点Piすべてについて、ステップS3乃至S7の処理を行った場合、1乃至Iの各iについて、線分LiとL(i+1)との間を補間する曲面Qを決定する決定情報(制御情報)としての点Pi0,Pi1,P(i+1)0、およびP(i+1)1、並びに速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0、およびV(i+1)1が、制御情報算出部2から曲面生成部3に出力される。
【0095】
なお、i=Iについては、線分LIとL1との間を補間する曲面Qを決定する決定情報(制御情報)として、点PI0,PI1,P10、およびP11、並びに速度ベクトルVI0,VI1,V10、およびV11が出力される。
【0096】
曲面生成部3では、各iについての点Pi0,Pi1,P(i+1)0、およびP(i+1)1、並びに速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0、およびV(i+1)1から、線分LiとL(i+1)との間を補間する曲面Qが生成され、これらを、いわばつなぎ合わせることでキー信号の曲面(側面)が求められる。そして、この曲面に、α=1の平面(但し、点Pi1(i=1,2,・・・,I)で囲まれる部分)と、α=0の平面(但し、点Pi0(i=1,2,・・・,I)で囲まれる部分を除く部分)とが付加され、これにより境界情報算出部1に入力された画像に対応するキー信号が生成される。このキー信号は、マスク画像生成部4に供給され、そこでは、曲面生成部3からのキー信号が、xy平面上の各画素に射影され、これにより、例えばキー信号αの値によって輝度の異なるマスク画像が生成される。
【0097】
即ち、制御情報算出部2で決定情報が算出された後は、図6のステップS10に進み、以下、曲面生成部3において、ステップS10乃至S20の処理が行われ、さらに、マスク画像生成部4において、ステップS21の処理が行われる。
【0098】
ここで、図16乃至図18を参照して、ステップS10乃至S21の処理について説明する。
【0099】
例えば、あるiについての点Pi0,Pi1,P(i+1)0、およびP(i+1)1、並びに速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0、およびV(i+1)1から決定される曲面Qに、図16に示すように、α軸方向に曲面のねじれや歪などがあるとき、これを、xy平面に射影すると、そのねじれや歪の部分が射影されたxy平面上の画素には、複数の値のキー信号が重ねて(このような重なりを、以下、適宜、干渉という)割り当てられる。
【0100】
そこで、干渉が生じる画素におけるキー信号αをどのような値とするかが問題となるが、この値を決定する方法として、例えば次のようなスーパサンプリングによるものなどがある。
【0101】
即ち、xy平面上における各画素を、それより細かい、例えば8×8の画素(この画素は、仮想的なもので、以下、適宜、副画素(サブピクセル)という)に分割し、この副画素単位に、キー信号を射影する。
【0102】
具体的には、点Pi0,Pi1,P(i+1)0、およびP(i+1)1、並びに速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0、およびV(i+1)1から決定される曲面Q上の任意の点は、助変数sまたはtを変化させていくことで表すことができる。そして、この場合、助変数sを固定して、助変数tを変化させたときには、曲面Q上の、点Pi0からP(i+1)0への方向(点Pi1からP(i+1)1への方向)にある点を表すことができ、また、助変数tを固定して、助変数sを変化させたときには、曲面Q上の、点Pi0からPi1への方向(点P(i+1)0からP(i+1)1への方向)にある点を表すことができる。
【0103】
そこで、助変数sまたはtそれぞれを、細かい刻み幅(上述したように、xy平面上の各画素を、例えば8×8に分割することができるような幅)で変化させていくことで、図17に示すように、曲面Qを格子(メッシュ)状に分割し、各格子点をxy平面に射影した点を含む所定の範囲の部分を副画素(サブピクセル)とする。そして、各格子点におけるキー信号の値を、xy平面に射影して、これを各副画素に割り当てる。
【0104】
この場合、干渉が生じることによって、1つの副画素に、複数のキー信号αが割り当てられることがあるが、このような場合には、適当な方法、即ち、例えば複数のキー信号αのうちの最小値を優先的に割り当てることによって、1つの副画素に、1つのキー信号αを割り当てる。これにより、干渉を回避することができる。
【0105】
なお、干渉が生じる場合に、複数のキー信号αのうちの最小値を優先的に割り当てるようにしたのは、例えばそのうちの最大値を優先的に割り当てるようにすると、極端なときには、1が優先的に割り当てられることになり、値の小さなキー信号が考慮されないことになるからである。
【0106】
副画素単位でのキー信号の割り当てが終了した後は、図18に示すように、各画素内に存在する副画素に割り当てられたキー信号を、ローパスフィルタでフィルタリングすることにより(時領域で考えた場合には、キー信号とローパスフィルタとを畳み込むことにより)、画素単位にキー信号が割り当てられたマスク画像を得ることができる(以上のように、副画素単位に、キー信号を射影してフィルタリングすることを、本実施例中では、スーパサンプリングと呼んでいる)。
【0107】
図6のステップS10乃至S21では、以上のような処理が行われる。即ち、ステップS10では、変数jに、初期値としての1がセットされ、ステップS11に進み、xy平面上の画像が、M×N個の副画素W(m,n)に分割される。但し、MまたはNは、xy平面上の画像を構成する横または縦方向それぞれの画素の数より大きい整数であり、mまたはnは、1乃至Mまたは1乃至Nの範囲の整数値をそれぞれとる。
【0108】
さらに、ステップS11では、副画素W(m,n)に割り当てるキー信号αを記憶する変数を、w(m,n)とするとき、この変数w(m,n)が、そこに初期値としての0がセットされることにより初期化され、ステップS12に進み、点Pj0,Pj1,P(j+1)0、およびP(j+1)1、並びに速度ベクトルVj0,Vj1,V(j+1)0、およびV(j+1)1から、線分LjとL(j+1)との間を補間する曲面Qが算出され、ステップS13に進む。
【0109】
ステップS13では、助変数sまたはtそれぞれを変化させる、上述した細かい刻み幅δsまたはδtが決定され、ステップS14に進み、変数sまたはtに、初期値としてのδsまたはδtがそれぞれセットされる。
【0110】
そして、ステップS15に進み、点(格子点)Q(s,t)を、xy平面へ射影して得られる点(以下、適宜、射影点という)Mj(x,y)が算出され、ステップS16に進む。ステップS16では、射影点Mj(x,y)を含む副画素W(m,n)が求められ、ステップS17に進み、変数w(m,n)が0に等しいか否かと、変数w(m,n)が変数s以上であるか否かとが判定される。
【0111】
ステップS17において、変数w(m,n)が0に等しいと判定されるか、または変数w(m,n)が変数s以上であると判定された場合、変数w(m,n)に変数s(変数(助変数)sは、式(2)に示したように、キー信号αに等しい)がセットされ、ステップS18に進む。即ち、変数w(m,n)に、副画素W(m,n)に割り当てられたキー信号sが、まだセットされていない場合、および変数w(m,n)に、既にキー信号がセットされているが、副画素W(m,n)に干渉が生じており、セットされているキー信号より値の小さなキー信号sが存在する場合、変数w(m,n)に、変数sがセットされる。
【0112】
また、ステップS17において、変数w(m,n)が0に等しくないと判定され、かつ変数w(m,n)が変数s以上でないと判定された場合、ステップS18に進み、変数s,tが、ステップS13で決定された所定の刻み幅δs,δtだけインクリメントされ、ステップS19に進む。
【0113】
なお、ステップS18における変数s,tのインクリメントは、例えば変数sを固定して、変数tのみがインクリメントされ、ステップS15乃至S19の処理を繰り返すことにより、変数tが1に等しくなったときには、変数tがδtに初期化されるとともに、変数sのインクリメントが行われ、再び変数sを固定して、変数tのみがインクリメントされることが、変数s,tがともに1に等しくなるまで行われる。但し、変数s,tのインクリメントは、上述した方法の他、刻み幅δs,δt単位でとることのできる変数s,tの組み合わせすべてを網羅することができるような方法で行うことが可能である。
【0114】
ステップS19では、変数s,tのうちのいずれか一方が1以下であるか否かが判定される。ステップS19において、変数s,tのうちのいずれか一方が1以下であると判定された場合、ステップS15に戻り、ステップS19で変数s,tがいずれも1以下でないと判定されるまで、ステップS15乃至S19の処理を繰り返す。
【0115】
ステップS19において、変数s,tがいずれも1以下でないと判定された場合、ステップS20に進み、変数jが、図5のステップS1で求められた前景の境界上の点Piの総数I以下であるか否かが判定される。ステップS20において、変数jがI以下であると判定された場合、ステップS12に戻る。また、ステップS20において、変数jがI以下でないと判定された場合、ステップS21に進み、変数w(m,n)にローパスフィルタがかけられ、これにより、画素単位にキー信号が割り当てられたマスク画像が算出され、処理を終了する。
【0116】
マスク画像生成部4で求められたマスク画像は、表示部5に出力されて表示される。また、必要に応じて、曲面生成部3で求められたキー信号も表示部5に出力されて表示される。この場合、表示部5には、マスク画像またはキー信号とともに、各曲面Qを決定する決定情報としての速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0、およびV(i+1)1が、各曲面Qの4端点に表示される。装置の操作者としての、例えば編集者(映像の編集者)は、この表示部5に表示されたマスク画像またはキー信号を見て、生成されたキー信号を所望するものに変更する。
【0117】
即ち、編集者は、表示部5に表示されたマスク画像またはキー信号が所望するものでない場合には、同じく表示部5に表示された速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0,V(i+1)1を変えることで、表示部5に表示されたマスク画像またはキー信号を所望するものに変更する。
【0118】
速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0,V(i+1)1は、制御信号変更部6を操作することで、その向きおよび大きさ変えることができ、即ち、制御情報算出部2では、制御信号変更部6の操作に応じて、速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0,V(i+1)1が変更され、曲面生成部3では、その変更後の速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0,V(i+1)1に基づいて、曲面が生成される。これにより、制御信号変更部6の操作に応じて変更されたマスク画像またはキー信号が、表示部5に表示される。
【0119】
そして、編集者は、表示部5に表示されたマスク画像またはキー信号が所望するものとなった場合には、そのキー信号を用いて、画像合成などの画像処理を行う。
【0120】
速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0,V(i+1)1の大きさの変更は、図13に示した曲線C0,C1の曲がり具合に反映され、またその向きの変更は、曲線C0,C1の曲がる方向に反映されるので、速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0,V(i+1)1の変更がキー信号に与える影響が、直感的に分かりやすく、従って、編集者は、所望するキー信号への変更を容易に行うことができる。
【0121】
さらに、以上のようにして求めたキー信号を保持しておくには、位置ベクトルPi0,Pi1,P(i+1)0、およびP(i+1)1、並びに速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0、およびV(i+1)1だけを記憶しておくだけで良いので、例えば画素単位でキー信号を記憶しておく場合に比較して、記憶容量が少なくて済む。
【0122】
また、位置ベクトルPi0,Pi1,P(i+1)0、およびP(i+1)1、並びに速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0、およびV(i+1)1で決定される曲面は、前景の境界上の点Piの法線方向に、その点Piにおける画像の勾配の大きさに対応した傾斜を有するので、この曲面の集合で形成されるキー信号は、エイリアスの影響を低減し、かつモーションブラーの影響を正確に反映したものとなる。
【0123】
さらに、本実施例では、キー信号を構成する曲面Qが、位置ベクトルPi0,Pi1,P(i+1)0、およびP(i+1)1、並びに速度ベクトルVi0,Vi1,V(i+1)0、およびV(i+1)1で決定されるので、例えば時間的に連続するフレームF1,F2,F3があった場合、フレームF1またはF3についてのキー信号α1またはα3を求めておいたときには、フレームF2についてのキー信号α2に対応する位置ベクトル、速度ベクトルとしては、キー信号α1またはα3それぞれを構成する曲面を決定する位置ベクトル、速度ベクトルの平均値を採用することができる。即ち、フレームF2についてのキー信号α2に対応する位置ベクトル、速度ベクトルは、いわばベクトルの内挿を行うようにして求めることができる。以上のようにして求めたフレームF2についてのキー信号α2に対応する位置ベクトル、速度ベクトルは、実際に、図5および図6に示した処理を行った結果得られる値を、比較的精度良く近似する。
【0124】
次に、図19は、本発明を適用した画像合成装置の一実施例の構成を示している。この画像合成装置は、キー信号生成装置11およびミキサ12で構成されている。キー信号生成装置11は、図4のキー信号生成装置と同様に構成されており、上述したようにしてキー信号αを生成し、ミキサ12に出力するようになされている。ミキサ12(合成手段)は、キー信号生成装置11からのキー信号を用いて、そこに入力される画像T1とT2とを合成するようになされている。
【0125】
次に、その動作について説明する。なお、ここでは、キー信号を生成する対象とする画像を、前景または背景をそれぞれFまたはBとする画像T1とし、キー信号生成装置11では、前景Fを抜き出すためのキー信号αが生成されるものとする。また、ミキサ12では、画像T2に、前景Fが合成されるものとする。
【0126】
キー信号を生成する対象の画像T1は、キー信号生成装置11およびミキサ12に入力され、前景Fを合成する画像T2は、ミキサ12に入力される。キー信号生成装置11では、上述したようにしてキー信号αが生成され、ミキサ12に出力される。ミキサ12では、キー信号αを用いて、そこに入力される画像T1から前景Fが抜き出され、さらにその前景Fが、画像T2に合成される。
【0127】
即ち、例えばミキサ12では、まず画像T1から、キー信号αを用いて前景Fが抜き出される。具体的には、例えば画像T1を構成する各位置pの画素の画素値に対し、キー信号α(p)(α(p)は、位置pにおけるキー信号の値)が乗算されることにより、前景Fが求められる。但し、画素値が、例えば色相、彩度、および明度の3成分を有するとした場合には、0<α<1の範囲のキー信号αは、そのうちの明度にのみ乗算される(値が0,1のキー信号αは、3成分すべてに乗算される)。
【0128】
同時に、ミキサ12においては、画像T2から、前景Fを合成する部分が取り除かれる。具体的には、例えば画像T2を構成する各位置pの画素の画素値に対し、1−αが乗算される。そして、これに、上述したようにして抜き出された前景Fが重畳され、これにより合成画像T3が生成される。
【0129】
即ち、いま、画像T1またはT2を構成する各位値pの画素の画素値を、それぞれP(p)またはQ(p)と表すとすると、ミキサ12では、式α(p)P(p)+(1−α)Q(p)にしたがって、前景Fを、画像T2に合成した画像T3が求められる。
【0130】
キー信号生成装置11から出力されるキー信号は、上述したように変更容易なものであるため、これを用いて画像の合成を行った場合には、所望する合成画像を容易に得ることができる。
【0131】
なお、ミキサ12における画像の合成方法は、上述した方法に限定されるものではない。
【0132】
また、本実施例では、助変数sの最高次数を1次とするようにしたが、助変数sの最高次数は2次としたり、また助変数tと同様に3次とすることも可能である。
【0133】
さらに、本実施例では、前景の境界を3次のベジェ曲線で近似するようにしたが、前景の境界を近似するベジェ曲線の次数は3次以外であっても良いし、またベジェ曲線以外の曲線によって、前景の境界を近似するようにすることも可能である。
【0134】
また、本実施例においては、キー信号の曲面を、3次のベジェ曲面によって表現するようにしたが、ベジェ曲面の次数は3次に限定されるものではない。さらに、キー信号の曲面は、位置ベクトルおよび速度ベクトルに相当する決定情報(制御情報)により決定される、ベジェ曲面以外のパラメトリックな曲面や、パラメトリックでない曲面などによって表現することも可能である。
【0135】
また、本実施例では、速度ベクトルを変えることで、キー信号の変更を行うようにしたが、この他、例えば位置ベクトルを変えることによって、キー信号の変更を行うようにすることも可能である。
【0136】
さらに、本実施例においては、速度ベクトルおよび位置ベクトルによって決定される曲面の傾きは、点Piにおける画像の勾配によって決まるようにしたので、この曲面の傾きを変えることによって、キー信号の変更を行うようにすることも可能である。
【0137】
また、本実施例では、1つの副画素に複数のキー信号αが割り当てられた場合に、干渉を回避するため、そのうちの最小値を優先的に用いるようにしたが、その他の制御(手法)によって干渉を回避するようにすることも可能である。
【0138】
【発明の効果】
本発明のキー信号生成装置およびキー信号生成方法によれば、キー信号の曲面を決定する決定情報が算出される。そして、その決定情報に基づいて、キー信号の曲面が生成される。従って、決定情報を変えることで、キー信号の変更を容易に行うことが可能となる。
【0139】
本発明の画像合成装置によれば、キー信号の曲面を決定する決定情報が算出される。そして、その決定情報に基づいて、キー信号の曲面が生成され、そのキー信号を用いて、所定の画像と他の画像とが合成される。従って、所望する合成画像を容易に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】背景に対して前景が静止している画像の画素値とその変化との関係を示す図である。
【図2】背景に対して前景が動いている画像の画素値とその変化との関係を示す図である。
【図3】画像の勾配と、その画像を構成する前景の境界との関係を示す図である。
【図4】本発明を適用したキー信号生成装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図5】図4のキー信号生成装置の動作を説明するフローチャートである。
【図6】図5のフローチャートに続くフローチャートである。
【図7】ソーベルオペレータを示す図である。
【図8】図5のステップS3およびS4の処理を説明するための図である。
【図9】α=1の平面およびα=0の平面を定義する方法を説明するための図である。
【図10】3次のベジェ曲面を示す図である。
【図11】キー信号の曲面を表現する曲面として採用する3次のベジェ曲面を示す図である。
【図12】速度ベクトルVi0およびV(i+1)0、またはVi1およびV(i+1)1それぞれが平面α=0、またはα=1上に存在することを示す図である。
【図13】ベジェ曲面Qを、xy平面上に射影した状態を示す図である。
【図14】ベジェ曲面Qをxy平面上に射影して得られる領域qの幅(膨らみ)の振動を説明するための図である。
【図15】ベジェ曲面Qをxy平面上に射影して得られる領域qの幅(膨らみ)の振動を防止する方法を説明するための図である。
【図16】干渉を説明するための図である。
【図17】ベジェ曲面Qを格子状に分割した状態を示す図である。
【図18】図6のステップS21の処理を説明するための図である。
【図19】本発明を適用した画像合成装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図20】ハードキーおよびソフトキーを説明するための図である。
【図21】エイリアスを説明するための図である。
【図22】モーションブラーを説明するための図である。
【符号の説明】
1 境界情報算出部
2 制御情報算出部
3 曲面生成部
4 マスク画像生成部
5 表示部
6 制御信号変更部
11 キー信号生成装置
12 ミキサ
Claims (24)
- 画像から対象物体のキー信号を生成するキー信号生成装置であって、
前記対象物体の境界を求め、前記境界を近似する複数の曲線のそれぞれの始点となる複数の境界点と、複数の前記境界点のそれぞれにおける前記画像の勾配のそれぞれとを算出する境界情報算出手段と、
前記対象物体の前記境界の法線方向に、複数の前記境界点のそれぞれにおける前記画像の勾配に対応した傾斜をそれぞれ有する複数の線分を求め、求められた複数の前記線分のうちの隣接する所定の2つの線分同士の間を補間する1以上の補間曲面のそれぞれを決定するために必要な決定情報を算出する決定情報算出手段と、
前記決定情報算出手段により算出された前記決定情報に基づいて、1以上の前記補間曲面を生成し、1以上の前記補間曲面から前記キー信号の曲面を生成する曲面生成手段とを備え、
前記決定情報算出手段は、所定の1つの前記補間曲面を所定の平面上に射影させたときに得られる領域における、前記所定の2つの線分の対応する端点同士を結ぶ2つの曲線のそれぞれに対応する2つの像のうちの一方から他方に向かう方向への幅によって、その所定の1つの補間曲面についての決定情報のうちの少なくとも一部を算出する
ことを特徴とするキー信号生成装置。 - 前記曲面生成手段により前記曲面が生成された前記キー信号に対応するマスク画像を生成するマスク画像生成手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載のキー信号生成装置。 - 前記所定の1つの補間曲面についての決定情報は、前記所定の2つの線分の各端点のそれぞれにおける速度ベクトルを少なくとも含む
ことを特徴とする請求項1に記載のキー信号生成装置。 - 前記所定の1つの補間曲面についての決定情報は、さらに、前記所定の2つの線分の各端点のそれぞれの位置を示す位置ベクトルを少なくとも含み、
前記曲面生成手段により前記曲面が生成された前記キー信号を表示する表示手段と、
前記表示手段に表示された前記キー信号を変更するときに操作される操作手段と
をさらに備え、
前記決定情報算出手段は、前記操作手段の操作に対応して、いま出力している前記決定情報を構成する各速度ベクトルおよび各移動ベクトルのうちの少なくとも1つを変更する
ことを特徴とする請求項3に記載のキー信号生成装置。 - 前記決定情報算出手段は、前記所定の1つの補間曲面についての前記領域の前記幅との間に一定の関係が存在する前記画像の前記境界の曲率に基づいて、その所定の1つの補間曲面についての前記決定情報ののうちの少なくとも一部を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載のキー信号生成装置。 - 前記画像の勾配とは、前記画像に平行な 1 以上の軸、および前記画像に対して垂直な垂直軸からなる空間において、前記垂直軸方向に、前記画像を構成する各画素の画素値に対応する各点のそれぞれをプロットしたときに、前記各点で構成される面の傾きである
ことを特徴とする請求項1に記載のキー信号生成装置。 - 前記補間曲面は、パラメトリックな曲面である
ことを特徴とする請求項1に記載のキー信号生成装置。 - 前記補間曲面は、ベジェ(Bezier)曲面である
ことを特徴とする請求項7に記載のキー信号生成装置。 - 画像から対象物体のキー信号を生成するキー信号生成装置のキー信号生成方法であって、
前記対象物体の境界を求め、前記境界を近似する複数の曲線のそれぞれの始点となる複数の境界点と、複数の前記境界点のそれぞれにおける前記画像の勾配のそれぞれとを算出する境界情報算出ステップと、
前記対象物体の前記境界の法線方向に、複数の前記境界点のそれぞれにおける前記画像 の勾配に対応した傾斜をそれぞれ有する複数の線分を求め、求められた複数の前記線分のうちの隣接する所定の2つの線分同士の間を補間する1以上の補間曲面のそれぞれを決定するために必要な決定情報を算出する決定情報算出ステップと、
前記決定情報算出ステップの処理により算出された前記決定情報に基づいて、1以上の前記補間曲面を生成し、1以上の前記補間曲面から前記キー信号の曲面を生成する曲面生成ステップとを含み、
前記決定情報算出ステップは、所定の1つの前記補間曲面を所定の平面上に射影させたときに得られる領域における、前記所定の2つの線分の対応する端点同士を結ぶ2つの曲線のそれぞれに対応する2つの像のうちの一方から他方に向かう方向への幅によって、その所定の1つの補間曲面についての決定情報のうちの少なくとも一部を算出する算出ステップを少なくとも含む
ことを特徴とするキー信号生成方法。 - 前記曲面生成ステップの処理により前記曲面が生成された前記キー信号に対応するマスク画像を生成するマスク画像生成ステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項9に記載のキー信号生成方法。 - 前記所定の1つの補間曲面についての決定情報は、前記所定の2つの線分の各端点のそれぞれにおける速度ベクトルを少なくとも含む
ことを特徴とする請求項9に記載のキー信号生成方法。 - 前記所定の1つの補間曲面についての決定情報は、さらに、前記所定の2つの線分の各端点のそれぞれの位置を示す位置ベクトルを少なくとも含み、
前記曲面生成ステップの処理により前記曲面が生成された前記キー信号を表示する表示ステップと、
前記表示ステップの処理で表示された前記キー信号を変更するときの操作を検出する操作検出ステップと
をさらに含み、
前記決定情報算出ステップでは、前記操作検出ステップの処理で検出された操作に対応して、いま出力している前記決定情報を構成する各速度ベクトルおよび各移動ベクトルのうちの少なくとも1つを変更する
ことを特徴とする請求項11に記載のキー信号生成方法。 - 前記決定情報算出ステップの算出ステップは、前記所定の1つの補間曲面についての前記領域の前記幅との間に一定の関係が存在する前記画像の前記境界の曲率に基づいて、その所定の1つの補間曲面についての前記決定情報ののうちの少なくとも一部を算出するステップである
ことを特徴とする請求項9に記載のキー信号生成方法。 - 前記画像の勾配とは、前記画像に平行な 1 以上の軸、および前記画像に対して垂直な垂直軸からなる空間において、前記垂直軸方向に、前記画像を構成する各画素の画素値に対応する各点のそれぞれをプロットしたときに、前記各点で構成される面の傾きである
ことを特徴とする請求項9に記載のキー信号生成方法。 - 前記補間曲面は、パラメトリックな曲面である
ことを特徴とする請求項9に記載のキー信号生成方法。 - 前記補間曲面は、ベジェ(Bezier)曲面である
ことを特徴とする請求項15に記載のキー信号生成方法。 - 所定の画像から対象物体のキー信号を生成し、そのキー信号を用いて画像どうしを合成する画像合成装置であって、
前記対象物体の境界を求め、前記境界を近似する複数の曲線のそれぞれの始点となる複数の境界点と、複数の前記境界点のそれぞれにおける前記画像の勾配のそれぞれとを算出する境界情報算出手段と、
前記対象物体の前記境界の法線方向に、複数の前記境界点のそれぞれにおける前記画像の勾配に対応した傾斜をそれぞれ有する複数の線分を求め、求められた複数の前記線分の うちの隣接する所定の2つの線分同士の間を補間する1以上の補間曲面のそれぞれを決定するために必要な決定情報を算出する決定情報算出手段と、
前記決定情報算出手段により算出された前記決定情報に基づいて、1以上の前記補間曲面を生成し、1以上の前記補間曲面から前記キー信号の曲面を生成する曲面生成手段と、
前記曲面生成手段により前記曲面の生成された前記キー信号を用いて、前記所定の画像と他の画像とを合成する合成手段と
を備え、
前記決定情報算出手段は、所定の1つの前記補間曲面を所定の平面上に射影させたときに得られる領域における、前記所定の2つの線分の対応する端点同士を結ぶ2つの曲線のそれぞれに対応する2つの像のうちの一方から他方に向かう方向への幅によって、その所定の1つの補間曲面についての決定情報のうちの少なくとも一部を算出する
ことを特徴とする画像合成装置。 - 前記曲面生成手段により前記曲面が生成された前記キー信号に対応するマスク画像を生成するマスク画像生成手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項17に記載の画像合成装置。 - 前記所定の1つの補間曲面についての決定情報は、前記所定の2つの線分の各端点のそれぞれにおける速度ベクトルを少なくとも含む
ことを特徴とする請求項17に記載の画像合成装置。 - 前記所定の1つの補間曲面についての決定情報は、さらに、前記所定の2つの線分の各端点のそれぞれの位置を示す位置ベクトルを少なくとも含み、
前記曲面生成手段により前記曲面が生成された前記キー信号を表示する表示手段と、
前記表示手段に表示された前記キー信号を変更するときに操作される操作手段と
をさらに備え、
前記決定情報算出手段は、前記操作手段の操作に対応して、いま出力している前記決定情報を構成する各速度ベクトルおよび各移動ベクトルのうちの少なくとも1つを変更する
ことを特徴とする請求項19に記載の画像合成装置。 - 前記決定情報算出手段は、前記所定の1つの補間曲面についての前記領域の前記幅との間に一定の関係が存在する前記画像の前記境界の曲率に基づいて、その所定の1つの補間曲面についての前記決定情報ののうちの少なくとも一部を算出する
ことを特徴とする請求項17に記載の画像合成装置。 - 前記画像の勾配とは、前記画像に平行な 1 以上の軸、および前記画像に対して垂直な垂直軸からなる空間において、前記垂直軸方向に、前記画像を構成する各画素の画素値に対応する各点のそれぞれをプロットしたときに、前記各点で構成される面の傾きである
ことを特徴とする請求項17に記載の画像合成装置。 - 前記補間曲面は、パラメトリックな曲面である
ことを特徴とする請求項17に記載の画像合成装置。 - 前記補間曲面は、ベジェ(Bezier)曲面である
ことを特徴とする請求項23に記載の画像合成装置。
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