JP3912866B2 - 合成ビデオ信号発生方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロマキー法により形成された前景及び背景信号からなるビデオ信号（Ｖ_out ）を発生させる方法であって、背景信号（ＢＧ）を前景信号（ＦＧ）から導出した制御信号（ｋ）を用いて所定のキーカラー（ＫＣ）により固定された前景信号部分内に減算法により挿入し、該減算法においてはキーカラー基準ベクトル（ＫＣ）を前景信号（ＦＧ）のベクトルから減算し、新背景信号（ＢＧ）のベクトルの対応する部分を次の方程式：
Ｖ_out ＝ＦＧ−ｋ・ＫＣ＋ｋ・ＢＧ
に従って加算挿入するビデオ信号発生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法はＤＥ４１４３１８０Ａ１に記載されている。しかし、この既知の減算法では、前景のバックにより発生される迷光又はスピルの問題が考慮されていない。既知のように、このクロマキー法では、前景内の物体を単色スクリーン、一般にブルースクリーン又はブルーバックの前でテレビジョンカメラにより記録することにより前景シーンを形成し、前景シーンのブルーバックの画像部分を背景シーンと置き換えている。このとき、ブルーバックにより発生されるスピル光がしばしば前景物体の部分に横方向に入射し、物体縁部上及び縁部を越えてブルーヘイズを発生しうる。従って、スピル光は完全に低減すべきである。しかし、スピルを既知のクロマキー法により抑圧しようとすると、前景物体縁部が透明になる。この透明化を避けると同時に、スピル位置に暗エッジ又は暗部を発生させることができる。
【０００３】
スピルの低減も目的の一つとする、前景及び背景信号からなる合成ビデオ信号の発生方法がＵＳＰ５、３４３、２５２から既知である。しかし、この既知の方法及びその実施装置は単一カラー成分に対し複数の制御信号を発生させる必要があり、かなり複雑である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、キーカラースピル又はブルースピルを暗エッジ又は明エッジ、又は暗部又は明部を発生することなく抑圧する頭書に記載したタイプの方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的のために、頭書に記載の方法において、前景信号内のキーカラースピルを抑圧するために、最初に背景信号用の変更制御信号を、キーカラーの制御信号が可調整しきい値を超過した後にこの制御信号から導出し、次に他の制御信号で重み付けされた人工背景スピル信号を次の方程式：
Ｖ_out ＝ＦＧ−ｋ₁ ・ＫＣ＋ｋ₂ ・ＢＧ＋（ｋ₁ −ｋ₂ ）・ＳＰ
に従ってビデオ出力信号に加算することを特徴とする。
【０００６】
本発明の方法によれば、前景物体上の（ブルー）スピルが適切な照明、拡散材料の適切な選択及びブルーバック前の物体の適切な位置調整により低減されるのみならず、人工背景スピル光を加えることにより合成シーンを一層簡単に何の問題もなしに形成することができる。更に、人工スピル光を用いて背景と前景との間の一層自然なつなぎ目を達成することもできる。
【０００７】
前記他の制御信号は、キーカラーの制御信号と背景信号の制御信号を減算して取り出すため、カラーキーイング中の比例領域内に入る画像部分、即ち迷光により照明された物体エッジ、半透明物体及び不透明物体に選択的に影響を及ぼすことができる。このような影響は追加の拡散、後方照明の印象を与える（光源自体は見えない）。これにより前述の暗エラーが完全に補償され、これまで暗かったエッジ又は部分が著しく自然な印象を与えるものとなる。
【０００８】
この影響の程度は２つの制御信号間の差の値、即ち背景信号用の制御信号の導出におけるクリップ部分の大きさに依存する。画像が除去すべき多量の迷光を含むときは大きなクリップ部分が必要とされる。従って、多量のブルースピルの除去は多量の人工背景スピル光の挿入に対応する。
【０００９】
しかし、影響の程度は仮想スピル信号源の大きさにも依存し、この仮想スピル信号源は、最も簡単な場合には、静カラー部分とすることができる。このカラー部分は時間及び位置に関し一定であり、且つ互いに調整可能な３つのパラメータＹ，Ｃ_R ，Ｃ_B を有し、これらのパラメータにより暗エラーを除去することができるとともに、他のカラー補正効果、又はシーン不整合効果を達成することができる。
【００１０】
仮想スピル信号源を特に新背景信号の平均値に依存する動カラー部分としての構成することもできる。この場合、スピル信号は局部的に一定のままとなり、即ち前記画像部分に亘って一定のままとなる。スピル信号源は新背景画像の輝度及びクロミナンスに双方に関する平均値に自動的に合致する。これにより、手動調整の必要がなくなるのみならず、画像の一層自然な印象も得られる。このように背景スピル信号が背景信号の平均信号レベルに合致し、従って一層強いコヒーレンス印象をもたらす。新背景画像が暗くなると、人工スピル光も前景画像内に存在しなくなり、背景画像が明るくなると、人工背景スピル光が前景内で増大する。
【００１１】
本発明方法の有利な実施例及び該方法を実行する好適な構成は縦続請求項に特定されている。
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は以下に記載する実施例の説明から一層明らかになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は減算式クロマキー法に使用される信号の時間に対する変化を示す。図１ａは前景画像内の前景信号ＦＧ及びキーカラーＫＣ（一般にブルー）の信号の時間に対する変化を示し、このキーカラー信号を対応する背景信号ＢＧと置換する必要がある。図１ｂは制御信号ｋの時間に対する変化を示し、この制御信号により前景信号と背景信号との間の部分を形成することができる。既知のように、減算法では、キーカラー基準ベクトルＫＣの部分を前景信号ＦＧから減算し、新背景信号ＢＧの対応する部分を次の方程式：
Ｖout ＝ＦＧ−ｋ・ＫＣ＋ｋ・ＢＧ
に従って加算挿入する。
【００１３】
制御信号ｋは前景−背景部分を形成する尺度として使用され、この制御信号は次の３つのレンジに分割される。
１．前景レンジ：
制御信号ｋは値０を有し、このレンジでは画像信号をキーカラーＫＣにより全く影響されない前景に明確に指定することができる。この場合には、キーカラーも除去され、新背景も挿入されない。
２．背景レンジ：
制御信号ｋは値１を有し、このレンジでは画像信号は選択された基準キーカラーに対応する（超過することもある）キーカラー値を示す。この場合には、画像信号はキーカラーのみからなり、キーイング処理中に完全に除去されて１００％挿入の新背景と置換される。
３．比例レンジ：
制御信号ｋは比例レンジにおいて０〜１の値を有し、このレンジではキーカラーは完全には見えず、前景物体により部分的にさえぎられる又は覆われるためにこのカラーの一部分のみが見える。この場合には、基準キーカラーの比例部分のみが除去される。従って、前景信号の一部分が残り、除去されたキーカラーの相対的大きさに対応する相対的大きさを有する新背景信号の一部分が挿入される。
この３レンジへの分割は、少なくとも、カラーキーイング中のキーカラー部分の選択がブルーバックの可視度及び従って新背景の未来の可視度に関し信頼しうる結果をもたらすかぎり、通常十分である。比較的大きな制御信号ｋはブルーバックの比較的大きな部分が可視であったことを意味し、前景物体がこの位置で高度に透明にならなければならないことを意味する。従って、通常、図１ｃに示すように、背景信号の対応する大きな部分をキーカラーの除去後に挿入する必要がある。
【００１４】
しかし、ブルーバックからのブルースピルが前景物体上に横方向に入射すると、キーカラーの可視度が前景の透明度に関し適切な結果を発生しなくなる。不透明前景物体に入射するブルースピルは所定の値の制御信号ｋを導くが、この制御信号ｋに基づいてブルーバック又は未来の背景が可視となる結果を導くことは間違いである。この場合には、制御信号が背景信号の一部分を挿入して前景物体が透明物体に見えることになる。
【００１５】
スピル光により生ずるこのような透明視を避けるために、減算すべきキーカラーの部分を決定する制御信号ｋ₁ と、挿入すべき背景信号の部分を決定する変更制御信号ｋ₂ とに区別することが既知である（ＵＳＰ５，３４３，２５２）。この目的のために、減算方程式を次のように変更する。
Ｖ_out ＝ＦＧ−ｋ₁ ・ＫＣ＋ｋ₂ ・ＢＧ
【００１６】
図２ａは、制御信号ｋ₁ 及びｋ₂ 間のコヒーレンスを示す。制御信号ｋ₁ は先の制御信号ｋに対応し、制御信号ｋ₂ は制御信号ｋ₁ （又はｋ）から慣例のクリップ／利得処理により得られる（タイプＥＰ０２６７５５３Ｂ１参照）。制御信号ｋ₂ においては、前景レンジ（値０）が制御信号ｋ₁ に対し拡張され、即ち所定のキーカラー減算が既に生ずるレンジ（ｋ₁ ＞０）内で背景挿入が抑圧されるため、図３ａ及び３ｂに示すように、制御信号ｋ₁ がスピル光のない前景の部分に適合し、新制御信号ｋ₂ がスピル光で妨害される前景の部分に適合する。
【００１７】
この方法は、ブルースピルを前景物体から完全に除去すると同時に、前景を純粋なスピルレンジＳＰで”不透明”に維持するという良好な結果をもたらす。この方法は、スピル光のこのような除去は何の信号も満たされない信号の欠落部を生ずる欠点を有する（図３ｃ）。この場合にはスピル光により先に影響された部分が暗い影になるとともに、物体エッジが暗い輪郭になる。その理由は、これらの部分から信号の一部分が除去されるためである。この表示画像は不自然であり、固い印象を与える。
【００１８】
この信号欠落を避けるために、本発明は新しい人工的なスピル信号を発生させ、画像に加えることを提案する。新背景スピル信号は仮想スピル信号源（信号Ｙ，ＣＲ，ＣＢを含む）から取り出し、適切な他の制御信号ｋ₃ により制御することができる。
【００１９】
図３ｃに示す前景及び背景信号間の信号欠落部は、制御信号ｋ₁ 及びｋ₂ 間の差により生じ、補償する必要がある。この補償は、本質的に、人工的スピル信号を好ましくは制御信号ｋ₁ 及びｋ₂ 間の差に対応する制御信号ｋ₃ により制御することにより実現することができる。従って、先に述べた方程式に項（ｋ₁ −ｋ₂ ）・ＳＰを補充して、
Ｖ_out ＝ＦＧ−ｋ₁ ・ＫＣ＋ｋ₂ ・ＢＧ＋（ｋ₁ −ｋ₂ ）・ＳＰ
とする。
【００２０】
図２ｂはｋ₁ に対する制御差信号を示す。前景レンジでは０（ｋ₁ ＝０及びｋ₂ ＝０）であり、背景レンジでは１（ｋ₁ ＝１及びｋ₂ ＝１）である。従って、これらの２つのレンジはスピル信号制御により影響されない。スピル信号効果はｋ₁ レンジの中心、即ちｋ₂ がその出発点に位置する場合に最大になる。従って、図３ｃに示すような信号の欠落をこの信号により完全に補償するこができる。
【００２１】
前景物体に入射するスピル光を除去する上述した方法では、図２ａの追加の制御信号ｋ₂ は前景制御信号ｋ₁ より低い値を有する。その結果生ずる暗化効果を本発明が提案する仮想背景スピル信号により除去する必要がある。しかし、別個の背景制御信号ｋ₂ を取り出す必要がある。”クリーンアップ”法による背景レンジにおける背景制御信号（例えば雑音又は影）の変更を避けるために、制御信号ｋ₂ はその上端に制限する必要がある。これはクリップ／利得処理により実現することもでき、図４ａに示す特性曲線を発生する。この場合には、制御信号ｋ₂ の前景レンジ代わりに背景レンジが拡張される。この場合には制御信号ｋ₂ の値が前景信号ｋ₁ の値を越える。その結果、比例レンジにおいて、先に除去されたキーカラーより多量の背景信号が加算される。これは特に物体のエッジに不自然な明るいエッジとして現れる。
【００２２】
これらの明るいエッジを避けるために、この場合にも人工スピル信号ＳＰを加算することができる。図４ｂに示すように、この場合には制御差信号ｋ₁ −ｋ₂ は負値を有する。これは、この場合には背景スピル信号を臨界レンジ内で減算することを意味する。スピル信号ＳＰが背景信号の平均輝度に対応する場合には、先に多く加えすぎた量が比例レンジにおいて（平均して）正確に減算される。
【００２３】
図５は本発明の方法を実行する有利な装置の構成を示す。この装置は入力端子１に前景信号ＦＧを、入力端子２に背景信号ＢＧを受信し、両信号は輝度成分Ｙ及びクロミナンス成分Ｃ_R 及びＣ_B からなる。前景信号ＦＧは第１加算段３の第１入力端子に供給するとともに制御信号ｋ₁ を発生するキープロセッサ４に供給する。前景信号から取り出した制御信号ｋ₁ を次に第１乗算器５の第１入力端子に供給し、その第２入力端子にキーカラー信号発生器６の出力信号−ＫＣを供給する。第１乗算器５の出力信号を加算段３の第２入力端子に供給する。入力端子２からの背景信号ＢＧを第２乗算器７の第１入力端子に供給し、その第２入力端子に、クリップ及び利得段８において制御信号ｋ₁ から取り出した制御信号ｋ₂ を供給する。第２乗算器７の出力信号を第１加算段３の第３入力端子に供給する。
【００２４】
更に、背景スピル信号ＳＰを背景信号ＢＧから積分段９により取り出し、第３乗算器１０の第１入力端子に供給するとともに、この乗算器の第２入力端子に、段１１において制御信号ｋ₁ 及びｋ₂ の減算により得られた他の制御信号ｋ₃ を供給する。この背景スピル信号ｋ₃ ・ＳＰを、一方の入力端子に第１加算段３の出力信号が供給される第２加算段１２の他方の入力端子に供給する。こうして、次の方程式：
Ｖ_out ＝ＦＧ−ｋ₁ ・ＫＣ＋ｋ₂ ・ＢＧ＋（ｋ₁ −ｋ₂ ）・ＳＰ
により規定され、スピル信号部分を殆ど有しないビデオ出力信号Ｖ_out が装置の出力端子１３から得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａは前景信号及びキーカラー信号の時間に関する変化を示す図であり、
ｂは関連する制御信号の時間に関する変化を示す図であり、
ｃは前景信号及び対応する背景信号の時間に関する変化を示す図である。
【図２】ａは前景信号及び背景信号用の２つの新制御信号間のコヒーレンスを示す図であり、
ｂは２つの新制御信号の差信号を示す図である。
【図３】ａは前景信号及びスピル成分を有するキーカラー信号の時間に関する変化を示す図であり、
ｂは２つの新制御信号の差信号を示す図であり、
ｃは前景信号及び対応するスピル除去成分を有する背景信号の時間に関する変化を示す図である。
【図４】ａは他の用途用の２つの新制御信号間のコヒーレンスを示す図であり、
ｂはこの他の用途用の２つの新制御信号の差信号を示す図である。
【図５】本発明の方法を実行する装置の構成を示す。
【符号の説明】
ＦＧ 前景信号
ＢＧ 背景信号
ＫＣ キーカラー信号
ｋ₁ 第１制御信号
ｋ₂ 第２制御信号
ｋ₁ −ｋ₂ 第３制御信号
ＳＰ スピル信号
１ 前景信号入力端子
２ 背景信号入力端子
３ 第１加算段
４ キープロセッサ
５ 第１乗算器
６ キーカラー信号発生器
７ 第２乗算器
８ クリップ及び利得段
９ 積分段
１０ 第３乗算器
１１ 減算段
１２ 第２加算段

Claims (11)

1. クロマキー法により形成された前景及び背景信号からなるビデオ信号（Ｖ_out ）を発生させる方法であって、背景信号（ＢＧ）を前景信号（ＦＧ）から導出した制御信号（ｋ）を用いて所定のキーカラー（ＫＣ）により固定された前景信号部分内に減算法により挿入し、該減算法においてはキーカラー基準ベクトル（ＫＣ）を前景信号（ＦＧ）のベクトルから減算し、新背景信号（ＢＧ）のベクトルの対応する部分を次の方程式：
   Ｖ_out ＝ＦＧ−ｋ・ＫＣ＋ｋ・ＢＧ
   に従って加算挿入する合成ビデオ信号発生方法において、
   前景信号（ＦＧ）内のキーカラースピルを抑圧するために、最初に背景信号（ＢＧ）用の変更制御信号（ｋ₂ ）を、キーカラーの制御信号（ｋ₁ ）が可調整しきい値を超過した後にこの制御信号（ｋ₁ ）から導出し、次に他の制御信号（ｋ₃ ）で重み付けされた人工背景スピル信号（ＳＰ）を次の方程式：
   Ｖ_out ＝ＦＧ−ｋ₁ ・ＫＣ＋ｋ₂ ・ＢＧ＋（ｋ₁ −ｋ₂ ）・ＳＰ
   に従ってビデオ出力信号（Ｖ_out ）に加算することを特徴とする合成ビデオ信号発生方法。
2. 背景信号（ＢＧ）の制御信号（ｋ₂ ）をキーカラー（ＫＣ）の制御信号（ｋ₁ ）からクリップ及び利得処理により取り出すことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記他の制御信号（ｋ₃ ）はキーカラー（ＫＣ）の制御信号（ｋ₁ ）と背景信号（ＢＧ）の制御信号（ｋ₂ ）との減算：
   ｋ₃ ＝ｋ₁ −ｋ₂
   により取り出すことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記背景スピル信号（ＳＰ）は仮想スピル信号源により発生させることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記仮想スピル信号源は静カラー部分であることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記静カラー部分は時間及び位置に関し一定であり、且つ互いに調整可能な３つのパラメータ（Ｙ，Ｃ_R ，Ｃ_B ）を有することを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記仮想スピル信号源は背景信号（ＢＧ）に依存する動カラー部分であることを特徴とする請求項４記載の方法。
8. 背景信号（ＢＧ）の依存度はその輝度及びクロミナンスの双方に関する平均値により決まることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 請求項１記載の方法を実行する装置であって、
   前記信号（ＦＧ）を第１加算段（３）の第１入力端子と、制御信号（ｋ₁ ）を発生するキープロセッサ（４）とに供給し、
   制御信号（ｋ₁ ）を第１乗算器（５）の第１入力端子に供給し、その第２入力端子にキーカラー信号（−ＫＣ）を供給し、その出力端子を第１加算段（３）の第２入力端子に接続し、
   背景信号（ＢＧ）を第２乗算器（７）の第１入力端子に供給し、その第２入力端子に変更制御信号（ｋ₂ ）を供給し、その出力端子を第１加算段（３）の第３入力端子に接続し、
   制御信号（ｋ₁ ）及び変更制御信号（ｋ₂ ）を減算（１１）後に第３乗算器（１０）の第１入力端子に供給するとともに、その第２入力端子を仮想スピル信号源（ＳＰ）に接続し、その出力端子を、第１入力端子が第１加算段（３）の出力端子に接続された第２加算段（１２）の第２入力端子に接続し、且つ
   第２加算段（１２）の出力端子１３からキーカラースピルのないビデオ出力信号（Ｖ_out ）を得ることができることを特徴とする合成ビデオ信号発生装置。
10. キープロセッサ（４）から制御信号（ｋ₁ ）を受信し、変更制御信号（ｋ₂ ）を出力するクリップ及び利得段（８）が設けられていることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 前記仮想スピル信号源用に、背景信号（ＢＧ）を受信し、仮想スピル信号（ＳＰ）を出力する積分段（９）が設けられていることを特徴とする請求項９記載の装置。

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