JP4126941B2 - 画像変換方法及び画像変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広角の撮像画像を歪の無い画像に変換する為の画像変換方法及び画像変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
広角レンズのカメラにより撮像された画像は歪みを生ずるので、当該広角画像を歪みの無い画像に変化する技術は周知である。この時、例えば変換後画像の各画素の座標と、対応する広角画像（変換前画像）の座標の対応関係から、広角画像（変換前画像）の当該座標を囲む４つの画素を加重平均して変換後画像の画素の輝度とする技術がある。例えば、変換後画像の座標(P,Q)の画素に対応する広角画像（変換前画像）の座標が(X+x,Y+y)であるとする。ここで、P,Q,X,Yは整数であり、x,yは0以上1未満の数である。すると、当該広角画像（変換前画像）の座標(X+x,Y+y)を囲む４つの格子点の座標は、(X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1), (X+1,Y+1)である。この関係を図８に示す。図８のように、当該広角画像（変換前画像）上において、座標(X+x,Y+y)の点とそれを囲む座標(X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1), (X+1,Y+1)の４つの格子点とは、x座標の差とy座標の差は各々xとy、1-xとy、xと1-y、1-xと1-yである。そこでこれらを用いて重みを各々(1-x)(1-y)、x(1-y)、(1-x)y、xyとする。これにより、いずれかの格子点に座標(X+x,Y+y)が一致するときには当該格子点について重みが１、他の格子点について重みが０とできる。また、４格子点の成す正方形の中心に座標(X+x,Y+y)が位置するとき、各格子点の重みは全て1/4とすることができる。よって、４格子点の画素の輝度I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1)から、変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度I'(P,Q)を、次のように求めるものである。即ち、
I'(P,Q)＝(1-x)(1-y)I(X,Y)＋x(1-y)I(X+1,Y)＋(1-x)yI(X,Y+1)＋xyI(X+1,Y+1)… （１）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
偶数フィールドと奇数フィールドとから構成される、インターレースカメラによる撮像画像は、固定されたカメラが撮像する静止物に対しては、その偶数フィールドの撮像タイミングと奇数フィールドの撮像タイミングの差による画像のブレは生じない。しかし、カメラの撮像方向が絶えず動いている場合や高速でカメラが移動する場合、或いは撮像画像中に移動物体がある場合には、偶数フィールドの撮像タイミングと奇数フィールドの撮像タイミングの差による画像のブレが生じることとなる。これを歪みを取るために画像変換しても画像のブレを消すことはできない。ここで常に偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画素による画像を変換の元画像とする手段も有るが、垂直解像度が悪化し、静止画像の場合に画像の粗さを感じさせることとなる。
【０００４】
本発明は上記課題を解決する為になされたものであり、その目的は、インターレースカメラによる撮像画像について、偶数フィールド画像と奇数フィールド画像のブレを変換後画像に生じさせないことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の手段によれば、偶数フィールドと奇数フィールドとから構成される、インターレースカメラによる撮像画像を変換する画像変換方法であって、偶数フィールドと奇数フィールドとのずれを検出し、フィールド間のずれが所定値より小さい場合には偶数フィールドと奇数フィールドとによるインターレース画像に基づいて画像を変換し、フィールド間のずれが所定値より大きい場合には偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画像に基づいて画像を変換し、変換に際し、変換後画像の画素に対応する変換前画像の座標と、変換前画像のうち変換に用いる為の当該座標を囲む４点の画素の座標とのシティブロック距離を用いて、重み係数を決定することを特徴とする。ここでシティブロック距離とは、２点のｘ座標の差の絶対値とｙ座標の差の絶対値との和を言うものである。
【０００６】
また、請求項２に記載の手段によれば、偶数フィールドと奇数フィールドとから構成される、インターレースカメラによる撮像画像を変換する画像変換装置であって、偶数フィールドと奇数フィールドとのずれを検出するフィールド間ずれ検出手段と、フィールド間ずれ検出手段の出力が所定値より小さい場合には偶数フィールドと奇数フィールドとによるインターレース画像に基づいて画像を変換し、フィールド間ずれ検出手段の出力が所定値より大きい場合には偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画像に基づいて画像を変換する画像変換手段とを有し、画像変換手段は、変換後画像の画素に対応する変換前画像の座標と、変換前画像のうち変換に用いる為の当該座標を囲む４点の画素の座標とのシティブロック距離を用いて、重み係数を決定することを特徴とする。ここでシティブロック距離とは、２点のｘ座標の差の絶対値とｙ座標の差の絶対値との和を言うものである。
請求項３に記載の手段によれば、画像変換手段は、変換後画像の各画素の座標 (P,Q) に対し、４つの重み w 00 、 w 10 、 w 01 及び w 11 を記憶した第３の記憶手段を有し、４つの重み w 00 、 w 10 、 w 01 及び w 11 は、インターレース画像に基づいて画像を変換する際の、変換後画像の画素の座標 (P,Q) に対する変換前画像の座標 (X+x,Y+y) と当該座標を囲む座標 (X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1) 及び (X+1,Y+1) とのシティブロック距離によって決定されたものであり、偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画像に基づいて画像を変換して第２の記憶手段に出力する際には、重み w 00 、 w 10 、 w 01 及び w 11 に基づいて新たな４つの重みを算出することを特徴とする。
【０００７】
【作用及び発明の効果】
偶数フィールドの撮像タイミングと奇数フィールドの撮像タイミングの差による画像のブレが生じる場合、当該偶数フィールドの画素と奇数フィールドの画素を合わせた画像を変換の元画像とすることは好ましくない。そこで、フィールド間ずれが小さいときは偶数フィールドの画素と奇数フィールドの画素を合わせた通常の画像を変換の元画像とし、フィールド間ずれが大きいときは偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画素による画像を変換の元画像とすることで、違和感の少ない変換画像を得ることができる。即ち、常に偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画素による画像を変換の元画像とした場合に比べ、静止画像や動きの少ない物体の画像については解像度の悪化（画像の粗さ）を感じさせず、動きの多い画像についてはブレによる画像の悪化が生じない。このとき、変換前画像のうち変換に用いる為の当該座標を囲む４点の画素の座標とのシティブロック距離を用いて重み係数を決定すると、後述の構成により、偶数フィールドの画素と奇数フィールドの画素を合わせた通常の画像を変換の元画像とする場合のテーブルのみを使用することが可能であり、極めて統一的な画像変換処理を行うことができ、装置の大型化も招かない（請求項３）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な一実施例をもって本願発明の特徴部分を説明する。尚、本願は以下の実施例に限定されない。
【０００９】
本願における画像変換は以下の式で表されるものである。尚、フィールド間ずれの計算方法は後述する。また、フィールド間ずれが所定値を上回った場合、偶数フィールドを使用するものとする。
【００１０】
まず、フィールド間ずれが所定値を下回った場合である。変換後画像の座標(P, Q)の画素に対応する広角画像（変換前画像）の座標が(X+x,Y+y)であるとする。ここで、P,Q,X,Yは整数であり、x,yは0以上1未満の数である。ここで、当該広角画像（変換前画像）の座標(X+x,Y+y)を囲む４点、即ち、座標(X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1), (X+1,Y+1)の画素の輝度I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1)から、変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度I'(P,Q)を、次のように求めるものである。即ち、
I'(P,Q)＝｛(2-x-y)I(X,Y)＋(1+x-y)I(X+1,Y)＋(1-x+y)I(X,Y+1)＋(x+y)I(X+1,Y+1)｝／4 … （２）
【００１１】
ここで、座標(X+x,Y+y)である点と、４つの格子点座標(X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1), (X+1,Y+1)とのシティブロック距離DSB、即ちｘ，ｙ座標の各々の差の絶対値の和は、0≦x, y＜1であることに注意すると、各々x+y, 1-x+y, x+1-y, 1-x+1-yである。これを図１に示す。図１のように、座標(X+x,Y+y)の点と、座標(X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1), (X+1,Y+1)の４つの格子点とのｘ，ｙ座標の各々の差の絶対値の和は、４格子点の成す正方形の各辺に平行な２本の線分により当該正方形を４分割した際の、正方形の辺上及び２つの線分上のみを通過する場合の最小距離を意味するものである。各格子点の座標の下には式（２）で示した各々の重みの４倍を記した。よって、４つの格子点の画素の輝度I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1)の式（２）に置ける重みは全てシティブロック距離DSB（0≦DSB＜2）を用いて、(2-DSB)／4としていることがわかる。図１において、各格子点の座標の下には式（２）で示した各々の重みの４倍を記した。４つの格子点に囲まれた点のシティブロック距離DSBは次のとおりである。即ち、格子点と一致すればシティブロック距離DSB＝0、その時最も離れた対角点との距離が最大値でシティブロック距離DSB＝2である。このとき他の２の格子点とのシティブロック距離DSB＝1である。本実施例によるシティブロック距離DSB（0≦DSB＜2）を用いた重み(2-DSB)／4は、格子点と一致すれば重み1/2、その時最も離れた対角点の重みが最小値で0、このとき他の２の格子点の重みが1/4である。
【００１２】
次に、フィールド間ずれが所定値を上回った場合である。変換後画像の座標(P,Q)の画素に対応する広角画像（変換前画像）の座標が(X+x,Y'+y')であるとする。ここで、P,Q,Xは整数,Y'は偶数であり、xは0以上1未満の数、y'は0以上2未満の数である。即ち、偶数フィールド(Y座標が偶数のもの)のみを使う場合を考える。ここで、当該広角画像（変換前画像）の座標(X+x,Y'+y')を囲む４点、即ち、座標(X,Y'), (X+1,Y'), (X,Y'+2), (X+1,Y'+2)の画素の輝度I(X,Y'), I(X+1,Y'), I(X,Y'+2), I(X+1,Y'+2)から、変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度I'(P,Q)を、次のように求めるものである。即ち、
I'(P,Q)＝｛(3-x-y')I(X,Y')＋(2+x-y')I(X+1,Y')＋(1-x+y')I(X,Y'+2)＋(x+y')I(X+1,Y'+2)｝／6 … （３）
【００１３】
ここで、座標(X+x,Y'+y')である点と、４つの格子点座標(X,Y'), (X+1,Y'), (X,Y'+2), (X+1,Y'+2)とのシティブロック距離DSB、即ちｘ，ｙ座標の各々の差の絶対値の和は、0≦x＜1、0≦y'＜2であることに注意すると、各々x+y', 1-x+y', x+2-y', 1-x+2-y'である。これを図２に示す。図２のように、座標(X+x,Y'+y')の点と、座標(X,Y'), (X+1,Y'), (X,Y'+2), (X+1,Y'+2)の４つの格子点とのｘ，ｙ座標の各々の差の絶対値の和は、４格子点の成す長方形の各辺に平行な２本の線分により当該長方形を４分割した際の、長方形の辺上及び２つの線分上のみを通過する場合の最小距離を意味するものである。よって、４つの格子点の画素の輝度I(X,Y'), I(X+1,Y'), I(X,Y'+2), I(X+1,Y'+2)の式（３）に置ける重みは全てシティブロック距離DSB（0≦DSB＜3）を用いて、(3-DSB)／6としていることがわかる。図２において、偶数フィールドの各格子点の座標の下には式（３）で示した各々の重みの６倍を記した。
【００１４】
ここで、次の変形を行う。即ち、式（３）では、Y'を偶数、y'を0以上2未満の数としたが、式（２）同様、Yを整数とし、Yが偶数のときf＝0、Yが奇数のときf＝1と置けば、Y'＝Y-f且つy'＝y+fだから、
I'(P,Q)＝｛(2-x-y+1-f)I(X,Y-f)＋(1+x-y+1-f)I(X+1,Y-f)＋(1-x+y+f)I(X,Y-f+2)＋(x+y+f)I(X+1,Y-f+2)｝／6 … （４）
【００１５】
ここで、2-x-y、1+x-y、1-x+y、x+yをw00、w10、w01、w11とおいて式（２）、（４）を書き換えれば、
I'(P,Q)＝｛w00I(X,Y)＋w10I(X+1,Y)＋w01I(X,Y+1)＋w11I(X+1,Y+1)｝／4… （２'）
I'(P,Q)＝｛(w00+1-f)I(X,Y-f)＋(w10+1-f)I(X+1,Y-f)＋(w01+f)I(X,Y-f+2)＋(w11+f)I(X+1,Y-f+2)｝／6 … （４'）
【００１６】
式（２'）、（４'）から、式（２'）で用いるw00、w10、w01、w11を各変換後画像の座標(P,Q)に対してテーブルにしておくことで、式（４'）においても使用できることがわかる。ここで図３で、Yが偶数のとき即ちf＝0のときと、Yが奇数のとき即ちf＝1のときをそれぞれ（ａ）、（ｂ）で示す。図３（ａ）、（ｂ）において、偶数フィールドの各格子点の座標の下には式（４'）で示した各々の重みの６倍を記した。
【００１７】
偶数フィールドと奇数フィールドの間でのずれの検出方法は次による。偶数フィールドの画素の輝度I(X,Y')と、y座標が1だけ異なる奇数フィールドの画素の輝度I(X,Y'+1)との差の絶対値を１画像全体で合計する。これをΣΔＩとおく。ΣΔＩが閾値Ｉthを越えているならば偶数フィールドと奇数フィールドの間でのずれが生じているものとする。
【００１８】
図４乃至図６に本実施例のフローチャートを示す。まず、ステップ００１（以下、図４では単にＳ００１で示す。以下同じ。）において、変換前画像について、１画像分の画素の輝度I(X,Y)が読み込まれる。次にステップ００２において、偶数フィールドと奇数フィールドの間でのずれが検出される。次にステップ００３において、ずれΣΔＩが閾値Ｉthを越えているか否かが判定される。ずれΣΔＩが閾値Ｉthを越えていなければステップ００４にすすみ、ずれΣΔＩが閾値Ｉthを越えていればステップ００５に進む。ステップ００４においては図５のサブルーチン１の処理を、ステップ００５においては図６のサブルーチン２の処理を行う。この後、いずれの場合もステップ００６進み、変換画像I'(P,Q)を出力する。
【００１９】
ステップ００４におけるサブルーチン１は図５の処理を行う。まずステップ１０１で変換後画像の画素のP座標を初期化(最小値に)する。例えば0とする。次にステップ１０２で、変換後画像の画素のQ座標を初期化(最小値に)する。例えば0とする。次にステップ１０３及びステップ１０４で、変換後画像の画素の座標(P,Q)に対応する重みw00、w10、w01、w11と、変換前画像で用いる４点の画素の輝度I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1)が読み込まれる。続いて、ステップ１０５において、上記式（２'）により、変換後画像の画素の輝度I'(P,Q)を計算する。
【００２０】
次にステップ１０６に進み、Q座標が最大値Qmaxに等しいかどうかが判定される。Q座標が最大値Qmaxに等しければステップ１０７に進み、Q座標が最大値Qmaxに等しくなければステップ１０８に進む。ステップ１０８ではQ座標をQ+1に置き替えて、ステップ１０３に戻る。
【００２１】
次にステップ１０７では、P座標が最大値Pmaxに等しいかどうかが判定される。P座標が最大値Pmaxに等しければサブルーチン１を終了し、P座標が最大値Pmaxに等しくなければステップ１０９に進む。ステップ１０９ではP座標をP+1に置き替えて、ステップ１０２に戻る。
【００２２】
ステップ００５におけるサブルーチン２は図６の処理を行う。まずステップ２０１で変換後画像の画素のP座標を初期化(最小値に)する。例えば0とする。次にステップ２０２で、変換後画像の画素のQ座標を初期化(最小値に)する。例えば0とする。次にステップ２０３で、変換後画像の画素の座標(P,Q)に対応する変換前画像で用いる４点の画素の座標のうち、y座標の最も小さいものYが読み込まれる。次にステップ２０４で、Yが偶数かどうかが判定される。Yが偶数であればステップ２０５に進み、Yが偶数でなく、奇数あればステップ２０６に進む。ステップ２０５ではfを0とおき、ステップ２０７に進む。ステップ２０６ではfを1とおき、ステップ２０７に進む。
【００２３】
ステップ２０７では、変換後画像の画素の座標(P,Q)に対応する重みw00、w10、w01、w11と、変換前画像で用いる４点の画素の輝度I(X,Y-f), I(X+1,Y-f), I(X,Y-f+2), I(X+1,Y-f+2)が読み込まれる。続いて、ステップ２０８において、上記式（４'）により、変換後画像の画素の輝度I'(P,Q)を計算する。
【００２４】
次にステップ２０９に進み、Q座標が最大値Qmaxに等しいかどうかが判定される。Q座標が最大値Qmaxに等しければステップ２１０に進み、Q座標が最大値Qmaxに等しくなければステップ２１１に進む。ステップ２１１ではQ座標をQ+1に置き替えて、ステップ２０３に戻る。
【００２５】
次にステップ２１０では、P座標が最大値Pmaxに等しいかどうかが判定される。P座標が最大値Pmaxに等しければサブルーチン２を終了し、P座標が最大値Pmaxに等しくなければステップ２１２に進む。ステップ２１２ではP座標をP+1に置き替えて、ステップ２０２に戻る。
【００２６】
図７は、本実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図である。インターレースカメラ（撮像装置）１により、偶数フィールドと奇数フィールドから成る撮像画像（変換前画像）がメモリ（第１の記憶手段）２に蓄えられる。ＣＰＵ（フィールド間ずれ検出手段及び画像変換手段）３は、図４乃至図６のフローチャートに従い、メモリ（第１の記憶手段）２に蓄えられた画素の輝度を用いて撮像画像（変換前画像）から変換した変換後画像の各画素の輝度を算出し、メモリ（第２の記憶手段）４に蓄える。メモリ（第２の記憶手段）４からはモニタ（表示装置）５に変換画像が出力される。図７において、メモリ（第１の記憶手段）２、ＣＰＵ（フィールド間ずれ検出手段及び画像変換手段）３、メモリ（第２の記憶手段）４が本願請求項２及び請求項３に係る発明の画像変換装置を構成する。
【００２７】
上記実施例では変換後画像の画素の座標(P,Q)に対応する重みw00、w10、w01、w11と、変換前画像で用いる４点の画素の輝度I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1)の読み込みを全て終了した後、上記式（２'）による変換後画像の画素の輝度I'(P,Q)の計算をするサブルーチン１を、また、変換後画像の画素の座標(P,Q)に対応する重みw00、w10、w01、w11と、変換前画像で用いる４点の画素の輝度I(X,Y-f), I(X+1,Y-f), I(X,Y-f+2), I(X+1,Y-f+2)の読み込みを全て終了した後、上記式（４'）による変換後画像の画素の輝度I'(P,Q)の計算をするサブルーチン２を示したが、適当なルーチンを組んで、w00とI(X,Y)を読み込んだ後に積和、それにw10とI(X+1,Y)を読み込んだ後に積和、…とった方法を用い変換後画像の画素の輝度I'(P,Q)の計算をしても、本願発明の範囲に包含されることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の、サブルーチン１の計算内容の意味を示す説明図。
【図２】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の、サブルーチン２の計算内容の意味を示す第１の説明図。
【図３】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の、サブルーチン２の計算内容の意味を示す第２の説明図。
【図４】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の作用を示すフローチャート。
【図５】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の作用の一部であるサブルーチン１の内容を示すフローチャート。
【図６】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の作用の一部であるサブルーチン２の内容を示すフローチャート。
【図７】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図８】従来の画像変換装置の重み付けについての説明図。
【符号の説明】
I'(P,Q) 変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度
(X+x,Y+y) 変換後画像の座標(P,Q)に対応する変換前画像の座標
I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1) 変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度I'(P,Q)を計算するために用いられる変換前画像の４画素の輝度
I(X,Y-f), I(X+1,Y-f), I(X,Y-f+2), I(X+1,Y-f+2) 変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度I'(P,Q)を計算するために用いられる変換前画像の偶数フィールドの４画素の輝度
【発明の属する技術分野】
本発明は、広角の撮像画像を歪の無い画像に変換する為の画像変換方法及び画像変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
広角レンズのカメラにより撮像された画像は歪みを生ずるので、当該広角画像を歪みの無い画像に変化する技術は周知である。この時、例えば変換後画像の各画素の座標と、対応する広角画像（変換前画像）の座標の対応関係から、広角画像（変換前画像）の当該座標を囲む４つの画素を加重平均して変換後画像の画素の輝度とする技術がある。例えば、変換後画像の座標(P,Q)の画素に対応する広角画像（変換前画像）の座標が(X+x,Y+y)であるとする。ここで、P,Q,X,Yは整数であり、x,yは0以上1未満の数である。すると、当該広角画像（変換前画像）の座標(X+x,Y+y)を囲む４つの格子点の座標は、(X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1), (X+1,Y+1)である。この関係を図８に示す。図８のように、当該広角画像（変換前画像）上において、座標(X+x,Y+y)の点とそれを囲む座標(X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1), (X+1,Y+1)の４つの格子点とは、x座標の差とy座標の差は各々xとy、1-xとy、xと1-y、1-xと1-yである。そこでこれらを用いて重みを各々(1-x)(1-y)、x(1-y)、(1-x)y、xyとする。これにより、いずれかの格子点に座標(X+x,Y+y)が一致するときには当該格子点について重みが１、他の格子点について重みが０とできる。また、４格子点の成す正方形の中心に座標(X+x,Y+y)が位置するとき、各格子点の重みは全て1/4とすることができる。よって、４格子点の画素の輝度I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1)から、変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度I'(P,Q)を、次のように求めるものである。即ち、
I'(P,Q)＝(1-x)(1-y)I(X,Y)＋x(1-y)I(X+1,Y)＋(1-x)yI(X,Y+1)＋xyI(X+1,Y+1)… （１）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
偶数フィールドと奇数フィールドとから構成される、インターレースカメラによる撮像画像は、固定されたカメラが撮像する静止物に対しては、その偶数フィールドの撮像タイミングと奇数フィールドの撮像タイミングの差による画像のブレは生じない。しかし、カメラの撮像方向が絶えず動いている場合や高速でカメラが移動する場合、或いは撮像画像中に移動物体がある場合には、偶数フィールドの撮像タイミングと奇数フィールドの撮像タイミングの差による画像のブレが生じることとなる。これを歪みを取るために画像変換しても画像のブレを消すことはできない。ここで常に偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画素による画像を変換の元画像とする手段も有るが、垂直解像度が悪化し、静止画像の場合に画像の粗さを感じさせることとなる。
【０００４】
本発明は上記課題を解決する為になされたものであり、その目的は、インターレースカメラによる撮像画像について、偶数フィールド画像と奇数フィールド画像のブレを変換後画像に生じさせないことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の手段によれば、偶数フィールドと奇数フィールドとから構成される、インターレースカメラによる撮像画像を変換する画像変換方法であって、偶数フィールドと奇数フィールドとのずれを検出し、フィールド間のずれが所定値より小さい場合には偶数フィールドと奇数フィールドとによるインターレース画像に基づいて画像を変換し、フィールド間のずれが所定値より大きい場合には偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画像に基づいて画像を変換し、変換に際し、変換後画像の画素に対応する変換前画像の座標と、変換前画像のうち変換に用いる為の当該座標を囲む４点の画素の座標とのシティブロック距離を用いて、重み係数を決定することを特徴とする。ここでシティブロック距離とは、２点のｘ座標の差の絶対値とｙ座標の差の絶対値との和を言うものである。
【０００６】
また、請求項２に記載の手段によれば、偶数フィールドと奇数フィールドとから構成される、インターレースカメラによる撮像画像を変換する画像変換装置であって、偶数フィールドと奇数フィールドとのずれを検出するフィールド間ずれ検出手段と、フィールド間ずれ検出手段の出力が所定値より小さい場合には偶数フィールドと奇数フィールドとによるインターレース画像に基づいて画像を変換し、フィールド間ずれ検出手段の出力が所定値より大きい場合には偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画像に基づいて画像を変換する画像変換手段とを有し、画像変換手段は、変換後画像の画素に対応する変換前画像の座標と、変換前画像のうち変換に用いる為の当該座標を囲む４点の画素の座標とのシティブロック距離を用いて、重み係数を決定することを特徴とする。ここでシティブロック距離とは、２点のｘ座標の差の絶対値とｙ座標の差の絶対値との和を言うものである。
請求項３に記載の手段によれば、画像変換手段は、変換後画像の各画素の座標 (P,Q) に対し、４つの重み w 00 、 w 10 、 w 01 及び w 11 を記憶した第３の記憶手段を有し、４つの重み w 00 、 w 10 、 w 01 及び w 11 は、インターレース画像に基づいて画像を変換する際の、変換後画像の画素の座標 (P,Q) に対する変換前画像の座標 (X+x,Y+y) と当該座標を囲む座標 (X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1) 及び (X+1,Y+1) とのシティブロック距離によって決定されたものであり、偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画像に基づいて画像を変換して第２の記憶手段に出力する際には、重み w 00 、 w 10 、 w 01 及び w 11 に基づいて新たな４つの重みを算出することを特徴とする。
【０００７】
【作用及び発明の効果】
偶数フィールドの撮像タイミングと奇数フィールドの撮像タイミングの差による画像のブレが生じる場合、当該偶数フィールドの画素と奇数フィールドの画素を合わせた画像を変換の元画像とすることは好ましくない。そこで、フィールド間ずれが小さいときは偶数フィールドの画素と奇数フィールドの画素を合わせた通常の画像を変換の元画像とし、フィールド間ずれが大きいときは偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画素による画像を変換の元画像とすることで、違和感の少ない変換画像を得ることができる。即ち、常に偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画素による画像を変換の元画像とした場合に比べ、静止画像や動きの少ない物体の画像については解像度の悪化（画像の粗さ）を感じさせず、動きの多い画像についてはブレによる画像の悪化が生じない。このとき、変換前画像のうち変換に用いる為の当該座標を囲む４点の画素の座標とのシティブロック距離を用いて重み係数を決定すると、後述の構成により、偶数フィールドの画素と奇数フィールドの画素を合わせた通常の画像を変換の元画像とする場合のテーブルのみを使用することが可能であり、極めて統一的な画像変換処理を行うことができ、装置の大型化も招かない（請求項３）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な一実施例をもって本願発明の特徴部分を説明する。尚、本願は以下の実施例に限定されない。
【０００９】
本願における画像変換は以下の式で表されるものである。尚、フィールド間ずれの計算方法は後述する。また、フィールド間ずれが所定値を上回った場合、偶数フィールドを使用するものとする。
【００１０】
まず、フィールド間ずれが所定値を下回った場合である。変換後画像の座標(P, Q)の画素に対応する広角画像（変換前画像）の座標が(X+x,Y+y)であるとする。ここで、P,Q,X,Yは整数であり、x,yは0以上1未満の数である。ここで、当該広角画像（変換前画像）の座標(X+x,Y+y)を囲む４点、即ち、座標(X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1), (X+1,Y+1)の画素の輝度I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1)から、変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度I'(P,Q)を、次のように求めるものである。即ち、
I'(P,Q)＝｛(2-x-y)I(X,Y)＋(1+x-y)I(X+1,Y)＋(1-x+y)I(X,Y+1)＋(x+y)I(X+1,Y+1)｝／4 … （２）
【００１１】
ここで、座標(X+x,Y+y)である点と、４つの格子点座標(X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1), (X+1,Y+1)とのシティブロック距離DSB、即ちｘ，ｙ座標の各々の差の絶対値の和は、0≦x, y＜1であることに注意すると、各々x+y, 1-x+y, x+1-y, 1-x+1-yである。これを図１に示す。図１のように、座標(X+x,Y+y)の点と、座標(X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1), (X+1,Y+1)の４つの格子点とのｘ，ｙ座標の各々の差の絶対値の和は、４格子点の成す正方形の各辺に平行な２本の線分により当該正方形を４分割した際の、正方形の辺上及び２つの線分上のみを通過する場合の最小距離を意味するものである。各格子点の座標の下には式（２）で示した各々の重みの４倍を記した。よって、４つの格子点の画素の輝度I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1)の式（２）に置ける重みは全てシティブロック距離DSB（0≦DSB＜2）を用いて、(2-DSB)／4としていることがわかる。図１において、各格子点の座標の下には式（２）で示した各々の重みの４倍を記した。４つの格子点に囲まれた点のシティブロック距離DSBは次のとおりである。即ち、格子点と一致すればシティブロック距離DSB＝0、その時最も離れた対角点との距離が最大値でシティブロック距離DSB＝2である。このとき他の２の格子点とのシティブロック距離DSB＝1である。本実施例によるシティブロック距離DSB（0≦DSB＜2）を用いた重み(2-DSB)／4は、格子点と一致すれば重み1/2、その時最も離れた対角点の重みが最小値で0、このとき他の２の格子点の重みが1/4である。
【００１２】
次に、フィールド間ずれが所定値を上回った場合である。変換後画像の座標(P,Q)の画素に対応する広角画像（変換前画像）の座標が(X+x,Y'+y')であるとする。ここで、P,Q,Xは整数,Y'は偶数であり、xは0以上1未満の数、y'は0以上2未満の数である。即ち、偶数フィールド(Y座標が偶数のもの)のみを使う場合を考える。ここで、当該広角画像（変換前画像）の座標(X+x,Y'+y')を囲む４点、即ち、座標(X,Y'), (X+1,Y'), (X,Y'+2), (X+1,Y'+2)の画素の輝度I(X,Y'), I(X+1,Y'), I(X,Y'+2), I(X+1,Y'+2)から、変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度I'(P,Q)を、次のように求めるものである。即ち、
I'(P,Q)＝｛(3-x-y')I(X,Y')＋(2+x-y')I(X+1,Y')＋(1-x+y')I(X,Y'+2)＋(x+y')I(X+1,Y'+2)｝／6 … （３）
【００１３】
ここで、座標(X+x,Y'+y')である点と、４つの格子点座標(X,Y'), (X+1,Y'), (X,Y'+2), (X+1,Y'+2)とのシティブロック距離DSB、即ちｘ，ｙ座標の各々の差の絶対値の和は、0≦x＜1、0≦y'＜2であることに注意すると、各々x+y', 1-x+y', x+2-y', 1-x+2-y'である。これを図２に示す。図２のように、座標(X+x,Y'+y')の点と、座標(X,Y'), (X+1,Y'), (X,Y'+2), (X+1,Y'+2)の４つの格子点とのｘ，ｙ座標の各々の差の絶対値の和は、４格子点の成す長方形の各辺に平行な２本の線分により当該長方形を４分割した際の、長方形の辺上及び２つの線分上のみを通過する場合の最小距離を意味するものである。よって、４つの格子点の画素の輝度I(X,Y'), I(X+1,Y'), I(X,Y'+2), I(X+1,Y'+2)の式（３）に置ける重みは全てシティブロック距離DSB（0≦DSB＜3）を用いて、(3-DSB)／6としていることがわかる。図２において、偶数フィールドの各格子点の座標の下には式（３）で示した各々の重みの６倍を記した。
【００１４】
ここで、次の変形を行う。即ち、式（３）では、Y'を偶数、y'を0以上2未満の数としたが、式（２）同様、Yを整数とし、Yが偶数のときf＝0、Yが奇数のときf＝1と置けば、Y'＝Y-f且つy'＝y+fだから、
I'(P,Q)＝｛(2-x-y+1-f)I(X,Y-f)＋(1+x-y+1-f)I(X+1,Y-f)＋(1-x+y+f)I(X,Y-f+2)＋(x+y+f)I(X+1,Y-f+2)｝／6 … （４）
【００１５】
ここで、2-x-y、1+x-y、1-x+y、x+yをw00、w10、w01、w11とおいて式（２）、（４）を書き換えれば、
I'(P,Q)＝｛w00I(X,Y)＋w10I(X+1,Y)＋w01I(X,Y+1)＋w11I(X+1,Y+1)｝／4… （２'）
I'(P,Q)＝｛(w00+1-f)I(X,Y-f)＋(w10+1-f)I(X+1,Y-f)＋(w01+f)I(X,Y-f+2)＋(w11+f)I(X+1,Y-f+2)｝／6 … （４'）
【００１６】
式（２'）、（４'）から、式（２'）で用いるw00、w10、w01、w11を各変換後画像の座標(P,Q)に対してテーブルにしておくことで、式（４'）においても使用できることがわかる。ここで図３で、Yが偶数のとき即ちf＝0のときと、Yが奇数のとき即ちf＝1のときをそれぞれ（ａ）、（ｂ）で示す。図３（ａ）、（ｂ）において、偶数フィールドの各格子点の座標の下には式（４'）で示した各々の重みの６倍を記した。
【００１７】
偶数フィールドと奇数フィールドの間でのずれの検出方法は次による。偶数フィールドの画素の輝度I(X,Y')と、y座標が1だけ異なる奇数フィールドの画素の輝度I(X,Y'+1)との差の絶対値を１画像全体で合計する。これをΣΔＩとおく。ΣΔＩが閾値Ｉthを越えているならば偶数フィールドと奇数フィールドの間でのずれが生じているものとする。
【００１８】
図４乃至図６に本実施例のフローチャートを示す。まず、ステップ００１（以下、図４では単にＳ００１で示す。以下同じ。）において、変換前画像について、１画像分の画素の輝度I(X,Y)が読み込まれる。次にステップ００２において、偶数フィールドと奇数フィールドの間でのずれが検出される。次にステップ００３において、ずれΣΔＩが閾値Ｉthを越えているか否かが判定される。ずれΣΔＩが閾値Ｉthを越えていなければステップ００４にすすみ、ずれΣΔＩが閾値Ｉthを越えていればステップ００５に進む。ステップ００４においては図５のサブルーチン１の処理を、ステップ００５においては図６のサブルーチン２の処理を行う。この後、いずれの場合もステップ００６進み、変換画像I'(P,Q)を出力する。
【００１９】
ステップ００４におけるサブルーチン１は図５の処理を行う。まずステップ１０１で変換後画像の画素のP座標を初期化(最小値に)する。例えば0とする。次にステップ１０２で、変換後画像の画素のQ座標を初期化(最小値に)する。例えば0とする。次にステップ１０３及びステップ１０４で、変換後画像の画素の座標(P,Q)に対応する重みw00、w10、w01、w11と、変換前画像で用いる４点の画素の輝度I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1)が読み込まれる。続いて、ステップ１０５において、上記式（２'）により、変換後画像の画素の輝度I'(P,Q)を計算する。
【００２０】
次にステップ１０６に進み、Q座標が最大値Qmaxに等しいかどうかが判定される。Q座標が最大値Qmaxに等しければステップ１０７に進み、Q座標が最大値Qmaxに等しくなければステップ１０８に進む。ステップ１０８ではQ座標をQ+1に置き替えて、ステップ１０３に戻る。
【００２１】
次にステップ１０７では、P座標が最大値Pmaxに等しいかどうかが判定される。P座標が最大値Pmaxに等しければサブルーチン１を終了し、P座標が最大値Pmaxに等しくなければステップ１０９に進む。ステップ１０９ではP座標をP+1に置き替えて、ステップ１０２に戻る。
【００２２】
ステップ００５におけるサブルーチン２は図６の処理を行う。まずステップ２０１で変換後画像の画素のP座標を初期化(最小値に)する。例えば0とする。次にステップ２０２で、変換後画像の画素のQ座標を初期化(最小値に)する。例えば0とする。次にステップ２０３で、変換後画像の画素の座標(P,Q)に対応する変換前画像で用いる４点の画素の座標のうち、y座標の最も小さいものYが読み込まれる。次にステップ２０４で、Yが偶数かどうかが判定される。Yが偶数であればステップ２０５に進み、Yが偶数でなく、奇数あればステップ２０６に進む。ステップ２０５ではfを0とおき、ステップ２０７に進む。ステップ２０６ではfを1とおき、ステップ２０７に進む。
【００２３】
ステップ２０７では、変換後画像の画素の座標(P,Q)に対応する重みw00、w10、w01、w11と、変換前画像で用いる４点の画素の輝度I(X,Y-f), I(X+1,Y-f), I(X,Y-f+2), I(X+1,Y-f+2)が読み込まれる。続いて、ステップ２０８において、上記式（４'）により、変換後画像の画素の輝度I'(P,Q)を計算する。
【００２４】
次にステップ２０９に進み、Q座標が最大値Qmaxに等しいかどうかが判定される。Q座標が最大値Qmaxに等しければステップ２１０に進み、Q座標が最大値Qmaxに等しくなければステップ２１１に進む。ステップ２１１ではQ座標をQ+1に置き替えて、ステップ２０３に戻る。
【００２５】
次にステップ２１０では、P座標が最大値Pmaxに等しいかどうかが判定される。P座標が最大値Pmaxに等しければサブルーチン２を終了し、P座標が最大値Pmaxに等しくなければステップ２１２に進む。ステップ２１２ではP座標をP+1に置き替えて、ステップ２０２に戻る。
【００２６】
図７は、本実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図である。インターレースカメラ（撮像装置）１により、偶数フィールドと奇数フィールドから成る撮像画像（変換前画像）がメモリ（第１の記憶手段）２に蓄えられる。ＣＰＵ（フィールド間ずれ検出手段及び画像変換手段）３は、図４乃至図６のフローチャートに従い、メモリ（第１の記憶手段）２に蓄えられた画素の輝度を用いて撮像画像（変換前画像）から変換した変換後画像の各画素の輝度を算出し、メモリ（第２の記憶手段）４に蓄える。メモリ（第２の記憶手段）４からはモニタ（表示装置）５に変換画像が出力される。図７において、メモリ（第１の記憶手段）２、ＣＰＵ（フィールド間ずれ検出手段及び画像変換手段）３、メモリ（第２の記憶手段）４が本願請求項２及び請求項３に係る発明の画像変換装置を構成する。
【００２７】
上記実施例では変換後画像の画素の座標(P,Q)に対応する重みw00、w10、w01、w11と、変換前画像で用いる４点の画素の輝度I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1)の読み込みを全て終了した後、上記式（２'）による変換後画像の画素の輝度I'(P,Q)の計算をするサブルーチン１を、また、変換後画像の画素の座標(P,Q)に対応する重みw00、w10、w01、w11と、変換前画像で用いる４点の画素の輝度I(X,Y-f), I(X+1,Y-f), I(X,Y-f+2), I(X+1,Y-f+2)の読み込みを全て終了した後、上記式（４'）による変換後画像の画素の輝度I'(P,Q)の計算をするサブルーチン２を示したが、適当なルーチンを組んで、w00とI(X,Y)を読み込んだ後に積和、それにw10とI(X+1,Y)を読み込んだ後に積和、…とった方法を用い変換後画像の画素の輝度I'(P,Q)の計算をしても、本願発明の範囲に包含されることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の、サブルーチン１の計算内容の意味を示す説明図。
【図２】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の、サブルーチン２の計算内容の意味を示す第１の説明図。
【図３】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の、サブルーチン２の計算内容の意味を示す第２の説明図。
【図４】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の作用を示すフローチャート。
【図５】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の作用の一部であるサブルーチン１の内容を示すフローチャート。
【図６】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の作用の一部であるサブルーチン２の内容を示すフローチャート。
【図７】本願の具体的な一実施例に係る画像変換装置の構成を示すブロック図。
【図８】従来の画像変換装置の重み付けについての説明図。
【符号の説明】
I'(P,Q) 変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度
(X+x,Y+y) 変換後画像の座標(P,Q)に対応する変換前画像の座標
I(X,Y), I(X+1,Y), I(X,Y+1), I(X+1,Y+1) 変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度I'(P,Q)を計算するために用いられる変換前画像の４画素の輝度
I(X,Y-f), I(X+1,Y-f), I(X,Y-f+2), I(X+1,Y-f+2) 変換後画像の座標(P,Q)の画素の輝度I'(P,Q)を計算するために用いられる変換前画像の偶数フィールドの４画素の輝度
Claims (3)
- 偶数フィールドと奇数フィールドとから構成される、インターレースカメラによる撮像画像を変換する画像変換方法であって、
偶数フィールドと奇数フィールドとのずれを検出し、
フィールド間のずれが所定値より小さい場合には偶数フィールドと奇数フィールドとによるインターレース画像に基づいて画像を変換し、
フィールド間のずれが所定値より大きい場合には偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画像に基づいて画像を変換し、
前記変換に際し、変換後画像の画素に対応する変換前画像の座標と、変換前画像のうち変換に用いる為の当該座標を囲む４点の画素の座標とのシティブロック距離を用いて、重み係数を決定することを特徴とする画像変換方法。 - 偶数フィールドと奇数フィールドとから構成される、インターレースカメラによる撮像画像を変換する画像変換装置であって、
偶数フィールドと奇数フィールドとから構成される撮像画像の各画素の輝度を記憶する第１の記憶手段と、
変換後の画像の各画素の輝度を記憶する第２の記憶手段と、
前記第１の記憶手段から撮像画像の各画素の輝度を読み出し、偶数フィールドと奇数フィールドとのずれを検出するフィールド間ずれ検出手段と、
前記フィールド間ずれ検出手段の出力が所定値より小さい場合には前記第１の記憶手段から撮像画像の各画素の輝度を読み出し、偶数フィールドと奇数フィールドとによるインターレース画像に基づいて画像を変換して第２の記憶手段に出力し、
前記フィールド間ずれ検出手段の出力が所定値より大きい場合には前記第１の記憶手段から撮像画像うち偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの各画素の輝度を読み出し、当該偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画像に基づいて画像を変換して第２の記憶手段に出力する画像変換手段とを有し、
前記画像変換手段は、変換後画像の画素に対応する変換前画像の座標と、変換前画像のうち変換に用いる為の当該座標を囲む４点の画素の座標とのシティブロック距離を用いて、重み係数を決定することを特徴とする画像変換装置。 - 前記画像変換手段は、変換後画像の各画素の座標 (P,Q) に対し、４つの重み w 00 、 w 10 、 w 01 及び w 11 を記憶した第３の記憶手段を有し、
前記４つの重み w 00 、 w 10 、 w 01 及び w 11 は、インターレース画像に基づいて画像を変換する際の、変換後画像の画素の座標 (P,Q) に対する変換前画像の座標 (X+x,Y+y) と当該座標を囲む座標 (X,Y), (X+1,Y), (X,Y+1) 及び (X+1,Y+1) とのシティブロック距離によって決定されたものであり、
前記偶数フィールドと奇数フィールドの一方のみの画像に基づいて画像を変換して第２の記憶手段に出力する際には、前記重み w 00 、 w 10 、 w 01 及び w 11 に基づいて新たな４つの重みを算出することを特徴とする請求項２に記載の画像変換装置。
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