JP4077869B2 - 光源推定装置、光源推定システムおよび光源推定方法、並びに、画像高解像度化装置および画像高解像度化方法 - Google Patents
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Description
(1)被写体とは別方向を撮像し、かつ
(2)全天周に近い、広範囲な画像である
ことが望ましい。これは、以下の理由による。
図1は本発明の第1の実施形態に係る光源推定装置の構成を示すブロック図である。図1において、1001はCCDやCMOS等によって構成された撮像装置、1002は撮像行為を行う主体者である撮像者が撮像装置1001に撮像を指示するための撮像スイッチである。撮像装置1001には3軸の角度センサ1025が搭載されている。
図15は本発明の第2の実施形態に係る光源推定装置の構成を示すブロック図である。図15において、図1と共通の構成要素には図1と同一の符号を付しており、ここではその詳細な説明は省略する。
図19は本発明の第3の実施形態に係る光源推定装置の構成を示すブロック図である。図19において、図1と共通の構成要素には図1と同一の符号を付しており、ここではその詳細な説明を省略する。
M<40[deg/sec]
となり、通常の開閉動作に比べ、ゆっくりと開閉機構1031を動作させればよい。
図25は本発明の第4の実施形態に係る光源推定システムの構成を示すブロック図である。図25では、図1と共通の構成要素については図1と同一の符号を付しており、ここではその詳細な説明を省略する。
本発明の光源推定装置は、デジタルズームとして知られている画像の高解像度化に特に有効である。画像の高解像度化は、撮像した画像を任意に拡大処理することができるため、画像撮像後の編集処理において重要である。本来、このような画像の高解像度化は補間処理などによって行なわれてきたが、2x2倍以上の拡大画像を合成する場合、合成される画像がボケてしまい、画質が劣化するという問題があった。本発明の光源推定方法を利用することで、画質劣化の少ない、画像の高解像度化を実現することができる。この手法を説明する。
○被写体の拡散反射画像
○被写体の鏡面反射画像
○被写体の3次元形状情報
○光源位置・色・照度
・鏡面反射と拡散反射の偏光度の違いを利用し、偏光フィルタを用いた方法(例えば、特許第3459981号公報)
・対象物を回転させ、マルチスペクトルカメラを利用することで鏡面反射領域を分離する方法(例えば、特開2003−85531号公報)。
・様々な方向から光源を当てた対象物の画像を利用し、鏡面反射が生じない理想状態での画像である線形化画像を合成し、その線形化画像を利用して鏡面反射や影領域を分離する方法(例えば、「石井育規,福井孝太郎,向川康博,尺長健, “光学現象の分類に基づく画像の線形化“,情報処理学会論文誌,vol.44,no. SIG5 (CVIM6) ,pp.11-21,2003」)。
などがある。
・被写体情報:画像上の各点の法線方向と反射率
・光源情報:被写体の観察点における光源方向と照度
・被写体情報:画像上の各点の法線方向ベクトルと反射率
・光源情報:被写体の観察点における光源方向ベクトルと放射輝度
○撮像装置1001を通り、偏光フィルタ1016の偏光方向ψmin(またはψmaxの垂直方向)を含む平面。
○被写体の拡散反射画像
○被写体の鏡面反射画像
○被写体の3次元形状情報
○光源位置・照度
図37は学習処理の流れを説明するPAD図であり、図38は学習処理において処理される画像の処理対象画素と処理対象セルとの関係を説明する図である。以下、図37および図38を交互に用いて説明を行なう。
図41は実行時の処理の流れを示すPAD図であり、図42は実行時の処理の画素セルとの関係を示す図である。
(既知パラメータ)
○環境光成分Ia
○拡散反射成分Id
○鏡面反射成分Is
○被写体の法線方向ベクトルn
○光源方向ベクトルL
○視線ベクトルV
○中間ベクトルH
○中間ベクトルHと法線方向ベクトルnの角度β
○撮像装置1001の1画素のx方向、y方向の長さdpx, dpy
○撮像装置1001と観察点Oとの距離r
(推定すべきパラメータ)
○入射照度Ei
○鏡面反射成分の係数ks
○被写体表面の粗さm
○被写体の屈折率ηλ
ここで、拡散反射成分の係数kd、および拡散反射成分の反射率(アルベド)ρdも未知パラメータであるが、鏡面反射成分のパラメータのみを推定するため、ここでは推定処理を行なわない。
○拡散反射成分の係数kd
○拡散反射成分の反射率(アルベド)ρd
そこで、これらのパラメータを推定する。図50は拡散反射画像のパラメータ推定処理の流れを示した図である。処理は、図45で示した鏡面反射画像のパラメータ推定部210の処理後、さらに以下の2段階の処理を行なう。
102 光源画像取得部
103 第1の撮像装置情報取得部
104 第2の撮像装置情報取得部
105 光源情報推定部
106 光源画像合成部
201 画像撮像部
203 光源情報推定部
204 形状情報取得部
217 画像高解像度化部
1001 撮像装置
1026 バイブレーション機構(光軸方向変動手段)
1031 開閉機構(光軸方向変動手段)
1100 通信端末
1101 サーバ
Claims (16)
- 撮像装置の状況が、光源情報の取得に適しているか否かを判断する撮像装置状況判断部と、
前記撮像装置状況判断部によって適していると判断されたとき、前記撮像装置によって撮像を行い、この撮像画像を光源画像として取得する光源画像取得部と、
前記光源画像取得部によって光源画像が取得されたときにおける、前記撮像装置の状況を表す第1の撮像装置情報を、取得する第1の撮像装置情報取得部と、
撮像者の操作によって前記撮像装置による撮像が行われた撮像時における、前記撮像装置の状況を表す第2の撮像装置情報を、取得する第2の撮像装置情報取得部と、
前記光源画像、並びに前記第1および第2の撮像装置情報を用いて、前記撮像時における、光源の方向および位置のうち少なくともいずれか一方を含む光源情報を推定する光源情報推定部とを備えた
ことを特徴とする光源推定装置。 - 請求項1において、
前記撮像装置状況判断部は、
前記撮像装置の光軸の方向を検出し、光軸が上方向を向いているとき、適していると判断するものである
ことを特徴とする光源推定装置。 - 請求項1において、
前記光源画像取得部は、
撮像者の操作による前記撮像装置による撮像が行われないことを確認した後に、光源画像の取得を行うものである
ことを特徴とする光源推定装置。 - 請求項1において、
前記光源情報推定部は、光源の方向および位置のうち少なくともいずれか一方に加えて、光源の輝度、色、およびスペクトル情報のうち少なくともいずれか1つを推定するものである
ことを特徴とする光源推定装置。 - 請求項1において、
前記光源画像取得部は、前記光源画像を、複数枚、取得するものであり、
前記第1の撮像装置情報取得部は、前記光源画像取得部によって各光源画像が取得されたとき、それぞれ、前記第1の撮像装置情報を取得するものであり、
前記光源推定装置は、
前記光源画像取得部によって取得された複数の光源画像から、前記第1の撮像装置情報取得部によって取得された複数の第1の撮像装置情報を用いて、パノラマ光源画像を合成する光源画像合成部を備え、
前記光源情報推定部は、前記パノラマ光源画像および前記第2の撮像装置情報を用いて、光源情報の推定を行う
ことを特徴とする光源推定装置。 - 請求項1において、
前記撮像装置の光軸方向を変動させる光軸方向変動手段を備え、
前記光軸方向変動手段によって前記撮像装置の光軸方向が変動している状態で、前記光源画像取得部が複数枚の光源画像の取得を行うように、構成されている
ことを特徴とする光源推定装置。 - 請求項6において、
前記光源推定装置は、折り畳み式携帯電話に搭載されており、
前記光軸方向変動手段は、前記折り畳み式携帯電話を開閉させる開閉機構である
ことを特徴とする光源推定装置。 - 請求項6において、
前記光軸方向変動手段は、バイブレーション機構である
ことを特徴とする光源推定装置。 - 撮像装置によって撮像を行い、この撮像画像を光源画像として取得する光源画像取得部と、
前記光源画像取得部によって光源画像が取得されたときにおける、前記撮像装置の状況を表す第1の撮像装置情報を、取得する第1の撮像装置情報取得部と、
撮像者の操作によって前記撮像装置による撮像が行われた撮像時における、前記撮像装置の状況を表す第2の撮像装置情報を、取得する第2の撮像装置情報取得部と、
前記光源画像、並びに前記第1および第2の撮像装置情報を用いて、前記撮像時における、光源の方向および位置のうち少なくともいずれか一方を含む光源情報を推定する光源情報推定部と、
前記撮像装置の光軸方向を変動させる光軸方向変動手段とを備え、
前記光軸方向変動手段によって前記撮像装置の光軸方向が変動している状態で、前記光源画像取得部が複数枚の光源画像の取得を行うように、構成されている
ことを特徴とする光源推定装置。 - 光源情報を推定する光源推定システムであって、
請求項1記載の撮像装置状況判断部、光源画像取得部、第1の撮像装置情報取得部、および第2の撮像装置情報取得部を有し、前記光源画像取得部によって取得された光源画像、前記第1の撮像装置情報取得部によって取得された第1の撮像装置情報、および、前記第2の撮像装置情報取得部によって取得された第2の撮像装置情報を送信する通信端末と、
請求項1記載の光源情報推定部を有し、前記通信端末から送信された前記光源画像、並びに前記第1および第2の撮像装置情報を受信し、前記光源情報推定部に与えるサーバとを備えた
ことを特徴とする光源推定システム。 - 撮像装置の状況が、光源情報の取得に適しているか否かを判断する第1のステップと、
前記第1のステップにおいて適していると判断したとき、前記撮像装置によって撮像を行い、この撮像画像を光源画像として取得する第2のステップと、
前記第2のステップにおいて光源画像を取得したときにおける、前記撮像装置の状況を表す第1の撮像装置情報を、取得する第3のステップと、
撮像者の操作によって前記撮像装置による撮像が行われた撮像時における、前記撮像装置の状況を表す第2の撮像装置情報を、取得する第4のステップと、
前記光源画像、並びに前記第1および第2の撮像装置情報を用いて、前記撮像時における、光源の方向および位置のうち少なくともいずれか一方を含む光源情報を推定する第5のステップとを備えた
ことを特徴とする光源推定方法。 - 撮像装置によって撮像を行い、この撮像画像を光源画像として取得する第1のステップと、
前記第1のステップにおいて光源画像を取得したときにおける、前記撮像装置の状況を表す第1の撮像装置情報を、取得する第2のステップと、
撮像者の操作によって前記撮像装置による撮像が行われた撮像時における、前記撮像装置の状況を表す第2の撮像装置情報を、取得する第3のステップと、
前記光源画像、並びに前記第1および第2の撮像装置情報を用いて、前記撮像時における、光源の方向および位置のうち少なくともいずれか一方を含む光源情報を推定する第4のステップとを備え、
前記第1のステップにおいて、光軸方向変動手段によって前記撮像装置の光軸方向を変動させ、前記撮像装置の光軸方向が変動している状態で、複数枚の光源画像の取得を行う
ことを特徴とする光源推定方法。 - 撮像装置によって撮像を行う画像撮像部と、
請求項11または12の光源推定方法によって、被写体に照射する光源の方向および位置のうち少なくともいずれか一方を含む光源情報を推定する光源情報推定部と、
前記被写体の、表面の法線情報または3次元位置情報を、形状情報として取得する形状情報取得部と、
前記光源情報および形状情報を用いて、前記画像撮像部によって撮像された画像を高解像度化する画像高解像度化部とを備えた
ことを特徴とする画像高解像度化装置。 - 請求項13において、
前記画像高解像度化部は、前記画像撮像部によって撮像された画像を、拡散反射成分と鏡面反射成分とに分離し、分離した拡散反射成分と鏡面反射成分とを、個別に、高解像化するものである
ことを特徴とする画像高解像度化装置。 - 請求項13において、
前記画像高解像度化部は、前記画像撮像部によって撮像された画像を、パラメータに分解し、分解したパラメータを、個別に、高解像化するものである
ことを特徴とする画像高解像度化装置。 - 撮像装置によって撮像を行う第1のステップと、
請求項11または12の光源推定方法によって、被写体に照射する光源の方向および位置のうち少なくともいずれか一方を含む光源情報を推定する第2のステップと、
前記被写体の、表面の法線情報または3次元位置情報を、形状情報として取得する第3のステップと、
前記光源情報および形状情報を用いて、前記第1のステップにおいて撮像した画像を高解像度化する第4のステップとを備えた
ことを特徴とする画像高解像度化方法。
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