JP4167469B2 - Motion vector detection device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は映像信号中の動物体の移動量及び移動方向を検出する動きベクトル検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
動きベクトルを検出する方法として、ブロックマッチング法と呼ばれる技術が知られている。係る技術はMPEG等の画像符号化技術に応用され、実用化されている。
【0003】
しかし、このブロックマッチング法は画面を複数のブロックに分割しブロック毎に動きベクトルを検出するため、ブロック間の検出結果の整合性が乱れる場合があるという問題がある。
【0004】
このブロックマッチング法のようにブロック毎に動きベクトルを検出する方法に対して、画素毎に動きベクトルを検出する方法として勾配法と呼ばれる方法がある。係る勾配法の原理は特許文献1及び非特許文献1等に詳しく記載されているが、以下簡単に説明する。
【0005】
先ず、t=0(tは時間)においてg(x、y)なる画像が、t=nにα=(a、b)だけ移動してg(x−a、y−b)となったとする。
【0006】
このg(x−a、y−b)なる関数をテーラー展開し、その1次項のみをとると、
g(x−a、y−b)=g(x、y)−a・∂/∂x・g(x、y)−b・∂/∂y・g(x、y) ・・・(1)
となる。
【0007】
フレーム間差信号をd(x、y)=g(x−a、y−b)−g(x、y)とすると、
a・∂/∂x・g(x、y)+b・∂/∂y・g(x、y)=−d(x、y) ・・・(2)
となる。
【0008】
ここで、i、jをx、y方向の基本単位ベクトルとすると、
(i・a+j・b)・(i・∂/∂x+j・∂/∂y)・g(x、y)=−d(x、y) ・・・(3)
となり、これを書き換えると、
α・gradg(x、y)=−d(x、y) ・・・(4)
となる。この第4式から、画像の勾配とフレーム時間が分かれば動きベクトルが求められることになる。
【0009】
【特許文献1】
特開昭60−158786号公報
【非特許文献1】
信学技報 No.IE78−67 “画像信号による動物体の移動量、速度の測定”
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
勾配法は画素毎に動きを検出するため、ブロックマッチング法のようにブロック毎に動きベクトルを検出することに起因する問題は発生しない。
【0011】
しかしながら、勾配法はその原理において、テーラー展開した多項式の1次項のみを用いるため、動きの激しい場合は検出結果の誤差が大きくなるという問題がある。
【0012】
また、勾配法は画面の勾配から動きベクトルを検出するが、この勾配はカメラの蓄積効果と残像効果により生じるものである。ところが、近年はカメラの撮像手段としてCCDが多く用いられるようになり、係るCCDでは、残像が非常に少なく、また、蓄積効果も小さくなる。従って、撮像手段にCCDを用いたカメラで撮影された画像に対し勾配法を適用して動きベクトルを検出する場合は、精度良く動きベクトルを検出することが困難となるという問題がある。
【0013】
本発明は係る課題を鑑み、これを解決した動きベクトル検出装置を提供することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を講じた。
【0016】
即ち、本発明に係る動きベクトル検出装置は、巡回型フィルタと、この巡回型フィルタへの入力信号と巡回型フィルタからの出力信号との差を演算する減算手段と、この減算された信号を微分する微分手段と、この微分された信号の振幅を動き量に換算する換算手段と、微分された信号の符号を検出する符号検出手段と、を具備したものである。
【0017】
また、本発明に係る動きベクトル検出装置は、巡回型フィルタと、この巡回型フィルタへの入力信号と巡回型フィルタからの出力信号との差を演算する減算手段と、この減算された信号の出力を一定の振幅レベルに調整する正規化手段と、この正規化された信号を微分する微分手段と、この微分された信号の振幅を動き量に換算する換算手段と、微分された信号の符号を検出する符号検出手段と、を具備することが好ましい。
【0018】
更に、本発明に係る動きベクトル検出装置は、巡回型フィルタと、この巡回型フィルタへの入力信号と巡回型フィルタからの出力信号との差を演算する減算手段と、この減算された信号に前記巡回型フィルタの伝達関数の逆関数を乗じる補正手段と、この補正手段の出力を一定の振幅レベルに調整する正規化手段と、この正規化された信号を微分する微分手段と、この微分された信号の振幅を動き量に換算する換算手段と、微分された信号の符号を検出する符号検出手段と、を具備することが好ましい。
【0019】
ここで、前記正規化手段は、入力信号のピークレベルを検出するピーク検出手段と、この検出されたピークレベルにより前記入力信号を除算する除算手段と、を具備することが好ましい。
【0020】
また、前記換算手段は、前記微分された信号の振幅レベルの逆数を演算することが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の原理について説明する。
【0022】
図1は良く知られた巡回型(IIR)フィルタのブロック図である。図1において、入力端子101から入力された映像信号は、第1の係数乗算器102で所定の係数(K)が乗算される。この係数(K)が乗算された映像信号は、フレームメモリ105で所定時間遅延され、更に第2の係数乗算器104で所定の係数(1−K)が乗算された信号と加算回路103で加算される。この加算された映像信号が前記フレームメモリ105に入力されると共に出力端子106から出力される。尚、係数Kの値は通常0.8程度に設定するのが良いとされている。
【0023】
このような巡回型フィルタの入出力波形を図2に示す。同図において、横軸は画面上の位置を表し、縦軸は省略してあるが振幅レベルを示す。
【0024】
同図(a)は図1の入力端子101への入力信号である。同図(a)において、201は移動物体である。時刻T0において位置P(T0)にあった移動物体201が時刻Tnには位置P(Tn)に移動している様子を示している。
【0025】
同図(b)は、このような信号が入力された場合に図1の出力端子106から出力される信号波形である。
【0026】
同図(b)に示すように、出力波形は、時刻T0からTnのデータが逐次係数を乗算されながら累積加算されていくため202のような尾引き波形を伴うようになる。ここで、この尾引き波形202は実際には指数関数で表される波形となるが、以下簡単のため203のような直線で近似して考えることとする。
【0027】
次に、図1の巡回型フィルタに速い動きの動物体と遅い動きの動物体が入力された場合の出力波形を比較する。
【0028】
この様子を示した図が図3である。同図において、横軸は画面上の位置を表し、縦軸は省略してあるが振幅レベルを示す。
【0029】
同図(a)は図1の巡回型フィルタへの入力波形、(b)は出力波形である。また、黒丸の付いた波形301は遅い動きの動物体を表し、白丸の付いた波形302は速い動きの動物体を表している。即ち、遅い動きの動物体301は時刻T0からTnの間に位置Ps(T0)からPs(Tn)まで移動したことを表し、速い動きの動物体302は時刻T0からTnの間に位置Pf(T0)からPf(Tn)まで移動したことを表している。
【0030】
ここで、同図(b)に示した出力波形の尾引き波形304が横軸と成す角度303について着目すると、遅い動きの場合は角度が大きくなり、早い動きの場合は角度が小さくなることが理解できる。即ち、尾引き波形304が横軸と成す角度303は動物体の移動の早さに反比例することが分かる。本願発明は、この関係を用いて動きベクトルを検出しようとするものである。従って、従来の勾配法による動きベクトル検出装置のように、カメラの特性(残像特性・蓄積効果)等に依存することなく動きベクトルを検出することが可能となる。
【0031】
以下、本発明に係る動きベクトル検出装置の実施形態を説明する。
【0032】
図4は、本発明に係る動きベクトル検出装置の第1の実施形態を示すブロック図である。
【0033】
先ず、本ブロック図における信号の流れを説明すると、入力端子401から入力された映像信号は、図1に示した巡回型フィルタ402に入力される。その巡回型フィルタ402の入力信号と出力信号との差が減算回路403で演算され、その結果が続く正規化回路404で振幅を調整される。この振幅を調整された信号は微分回路405で微分演算され、その結果の振幅が振幅検出回路406で検出される。その振幅値が動き量換算回路407で換算され動物体の動き量として出力端子409から出力される。一方、前記微分演算された結果の符号が符号検出回路410で検出され、この符号が動物体の移動方向として出力端子410から出力される。
【0034】
本ブロック図の構成により、動物体の移動量と移動方向が求められ、動きベクトルが検出されることになる。
【0035】
次に、本ブロック図の動作を説明する。
【0036】
図5は、図4のブロック図における各ポイントでの波形図である。同図において、横軸は画面上の位置を表し、縦軸は省略してあるが振幅レベルを示す。また、501は動物体、502は静止物体、503は尾引き波形である。
【0037】
いま、入力信号として時刻T0からTnの間に位置P(T0)からP(Tn)まで移動する動物体501と、静止物体502が入力されたとする。この場合図4のA点では、動物体501に尾引き波形503が生じた信号が観測される。ここで、A点の信号と入力信号とを減算するとB点のような信号が得られる。即ち、動物体501そのものと、静止物体503は消去され、尾引き波形503のみが残ることになる。
【0038】
ところで、この波形は次に正規化回路404に入力されるが、ここでは、説明を簡単にするため正規化回路404を無視して、微分回路405へ入力されることとする。尚、正規化回路404の働きについては後述する。
【0039】
そこで、次に、この尾引き波形503の横軸Pとの成す角度を検出する必要があるが、この角度は即ち尾引き波形の傾斜角であるので、それを検出するためには微分すればよいことが分かる。つまり、尾引き波形503の傾斜をaとし、y=ax+bと表すと、その微分は、dy/dx=aとなる。
【0040】
この微分されたD点の信号の振幅が動き量に反比例する値となる。即ち、D点の信号の振幅は動き量に反比例する値であるので、これを比例する値に換算しなければならない。この換算をするのが図4の動き量換算回路407である。換算方法は、逆数を演算する、または、逆数を演算すると共に適当な係数を乗算する、或いは、換算用のテーブルを用意する等の方法が可能である。
【0041】
以上の動作を速い動きの動物体と、遅い動きの動物体とが入力された場合を対比して示したものが図6である。同図において、横軸は画面上の位置を表し、縦軸は省略してあるが振幅レベルを示す。同図(a)は速い動きの動物体が入力された場合であり、(b)は遅い動きの動物体とが入力された場合である。このように、速い動きの動物体と、遅い動きの動物体とでD点の波形、即ち微分演算された波形の振幅レベルに差が生じ、この差により動物体の移動の速さの差を検出することができる。
【0042】
次に、図1のブロック図における符号検出回路の動作について説明する。
【0043】
図7に図4のブロック図における各ポイントでの波形図を示す。同図において、横軸は画面上の位置を表し、縦軸は省略してあるが振幅レベルを示す。同図(a)は、動物体が左から右に移動している場合であり、同図(b)は、動物体が右から左に移動している場合である。同図に示すように、尾引き波形は動物体の移動方向により傾斜が反転し、その結果、微分値(D点)の符号が反転する。即ち、動物体が左から右に移動している(a)の場合は微分値(D点)の符号は正となるが、その反対に、動物体が右から左に移動している(b)の場合は微分値(D点)の符号は負となる。
【0044】
従って、この微分値(D点)の符号を検出すれば、動物体の移動方向が検出できることになる。
【0045】
次に、先ほど説明を省略した図1の正規化回路404について説明する。
【0046】
以上の説明では、動物体の振幅レベルは全て同一として考えてきた。しかしながら、実際には動物体として様々な振幅レベルのものが混在しているのが通常である。このような場合、正規化回路404がないと以下の述べるような弊害が生じる。
【0047】
図8は、その弊害が生じる様子を説明した図である。同図において、横軸は画面上の位置を表し、縦軸は省略してあるが振幅レベルを示す。
【0048】
同図は、入力信号として時刻T0からTnの間に位置P(T0)からP(Tn)まで移動する動物体を示したものであるが、(b)は動物体802の振幅レベルが(a)の動物体802の振幅レベルより小さく、また、(b)の動物体の移動の速さは、(a)の動物体の移動の速さより遅い状況を設定している。係る状況では、A点、B点での尾引き波形803の傾斜は同程度となり、その微分値であるD点での波形の振幅は同程度となり差が出ない。従って、実際には(a)の動物体と(b)の動物体とでは移動速度に差があるにもかかわらず、検出される動き量としては同程度になってしまう。
【0049】
係る弊害は、動物体の振幅レベルを一定値に揃える事で解決される。具体的には、図9に示すような信号の振幅レベルの調整を行えばよい。即ち、B点の波形のピーク値が所定の規定値になるように、その振幅レベルを大きくし或いは小さくすれば良い。
【0050】
そこで、この動物体の振幅レベルを一定値に揃える回路が、図1の正規化回路404であり、この正規化回路404の構成を図10に示す。
【0051】
図10において、入力端子1001から入力された信号、即ち、図1におけるB点の信号(Y)はピーク検出回路1002で信号のピーク値(X)が検出される。このピーク値(X)で入力信号(Y)を除算し、その結果を出力端子1004から出力する。このような構成で、出力はそのピーク値が“1”となるように振幅調整されて出力されることとなる。
【0052】
次に本発明に係る動きベクトル検出装置の第2の実施形態について説明する。
【0053】
第1の実施形態では、巡回型フィルタから出力される尾引き波形は直線に近似して考えてきたため近似による誤差が生じる。ここで、より精度良く動きベクトルを検出するためには、この尾引き波形を、直線に補正することが好ましい。
【0054】
この補正の様子を図11に示す。図11において、1101は巡回型フィルタから出力される尾引き波形である。この尾引き波形1101にこの尾引き波形1101と逆関数をなす波形1102を掛け合わせることにより直線状の尾引き波形1103が得られる。即ち、この尾引き波形1101は巡回型フィルタの伝達関数で求められる波形であるので、その伝達関数の逆関数を掛け合わせればよい。
【0055】
本発明に係る動きベクトル検出装置の第2の実施形態のブロック図を図12に示す。図4と同じ構成要素には同じ符号を付している。本実施形態では、減算回路403と正規化回路404の間に新たに補正回路1201が追加されている。この補正回路により、図11に示したような補正を行うことで、より精度の良い動きベクトルの検出が可能となる。即ち、従来の勾配法による動きベクトル検出装置のようにテーラー展開した多項式の中から1次項のみを用いるというような近似的な処理を行わないので、より精度の良い動きベクトルの検出が可能となる。
【0056】
尚、正規化回路404と補正回路1201の位置は入れ替わっても同様の目的を達成でき、同様の効果を奏するものである。また、以上の説明では水平方向の移動のみの1次元で説明したが、これを水平・垂直の2次元に拡大することは容易である。また、以上の説明では連続的な信号として扱ってきたが、テレビジョン信号等では、信号は時間方向にサンプリングされている。このため、以上説明した各波形は離散的なものとなるが、離散的な信号に対しても以上の理論は適用できるものである。
【0057】
【発明の効果】
本発明に係る動きベクトル検出装置によれば、比較的簡単な構成で精度良く動きベクトルを検出することが可能となる。
【0058】
また、速い動きに対しても、精度良く動きベクトルを検出することができる。
【0059】
更に、動きベクトルの検出精度がカメラ等の撮像装置の特性に影響されることが無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】巡回型フィルタのブロック図である。
【図2】巡回型フィルタの入出力波形図である。
【図3】本発明による動きベクトル検出装置の原理図である。
【図4】本発明にかかる動きベクトル検出装置の第1の実施例である。
【図5】本発明にかかる動きベクトル検出装置の第1の実施例における各部の波形図である。
【図6】本発明にかかる動きベクトル検出装置での動き量の検出を説明する波形図である。
【図7】本発明にかかる動きベクトル検出装置での動き方向の検出を説明する波形図である。
【図8】本発明にかかる動きベクトル検出装置での正規化回路の必要性を説明する波形図である。
【図9】本発明にかかる動きベクトル検出装置での正規化回路の働きを説明する波形図である。
【図10】本発明にかかる動きベクトル検出装置での正規化回路のブロック図である。
【図11】本発明にかかる動きベクトル検出装置での補正回路の働きを説明する波形図である。
【図12】本発明にかかる動きベクトル検出装置の第2の実施例である。
【符号の説明】
101、401、1001・・・入力端子、102・・・第1の係数乗算器、103・・・加算回路、104・・・第2の係数乗算器、105・・・フレームメモリ、106、409、410、1004・・・出力端子、201、301、302、501、801、802・・・動物体、202、1101・・・尾引き波形、203、304、503、803・・・直線近似された尾引き波形、303・・・尾びき波形と横軸との成す角度、402・・・巡回型フィルタ、403・・・減算回路、404・・・正規化回路、405・・・微分回路、406・・・振幅検出回路、407・・・動き量換算回路、408・・・符号検出回路、502・・・静止物体、1002・・・ピーク検出回路、1003・・・除算回路、1102・・・尾引き波形の逆関数波形、1103・・・補正された尾引き波形、1201・・・補正回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motion vector detection device that detects the amount and direction of movement of a moving object in a video signal.
[0002]
[Prior art]
A technique called a block matching method is known as a method for detecting a motion vector. Such a technique is applied to an image encoding technique such as MPEG and put into practical use.
[0003]
However, since this block matching method divides the screen into a plurality of blocks and detects a motion vector for each block, there is a problem that consistency of detection results between blocks may be disturbed.
[0004]
In contrast to the method of detecting a motion vector for each block as in the block matching method, there is a method called a gradient method as a method of detecting a motion vector for each pixel. The principle of the gradient method is described in detail in Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and the like, but will be briefly described below.
[0005]
First, assume that an image g (x, y) at t = 0 (t is time) has moved to t = n by α = (a, b) and becomes g (x−a, y−b). .
[0006]
If this function g (xa, yb) is Taylor-expanded and only its first order term is taken,
g (x−a, y−b) = g (x, y) −a · ∂ / ∂x · g (x, y) −b · ∂ / ∂y · g (x, y) (1) )
It becomes.
[0007]
If the inter-frame difference signal is d (x, y) = g (x−a, y−b) −g (x, y),
a · ∂ / ∂x · g (x, y) + b · ∂ / ∂y · g (x, y) = − d (x, y) (2)
It becomes.
[0008]
Here, if i and j are basic unit vectors in the x and y directions,
(I · a + j · b) · (i · ∂ / ∂x + j · ∂ / ∂y) · g (x, y) = − d (x, y) (3)
And rewriting this,
α · gradg (x, y) = − d (x, y) (4)
It becomes. From this fourth equation, the motion vector can be obtained if the gradient of the image and the frame time are known.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 60-158786 A [Non-patent Document 1]
IEICE Technical Report No. IE78-67 “Measurement of moving amount and speed of moving object by image signal”
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Since the gradient method detects motion for each pixel, there is no problem caused by detecting a motion vector for each block unlike the block matching method.
[0011]
However, since the gradient method uses only the first-order term of the Taylor-expanded polynomial in its principle, there is a problem that the error of the detection result becomes large when the motion is intense.
[0012]
The gradient method detects a motion vector from the gradient of the screen, and this gradient is caused by the accumulation effect and afterimage effect of the camera. However, in recent years, CCDs are often used as imaging means of cameras, and such CCDs have very little afterimages and the accumulation effect is small. Therefore, when a motion vector is detected by applying a gradient method to an image photographed by a camera using a CCD as an imaging means, there is a problem that it is difficult to detect the motion vector with high accuracy.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a motion vector detection device that solves this problem.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has taken the following measures.
[0016]
That is, the motion vector detection apparatus according to the present invention includes a recursive filter, a subtracting unit that calculates a difference between an input signal to the recursive filter and an output signal from the recursive filter, and a differential signal for the subtracted signal. Differentiating means, conversion means for converting the amplitude of the differentiated signal into a motion amount, and sign detection means for detecting the sign of the differentiated signal.
[0017]
The motion vector detection device according to the present invention includes a recursive filter, subtracting means for calculating a difference between an input signal to the recursive filter and an output signal from the recursive filter, and an output of the subtracted signal. Normalizing means for adjusting the signal to a constant amplitude level, differentiating means for differentiating the normalized signal, conversion means for converting the amplitude of the differentiated signal into an amount of motion, and the sign of the differentiated signal It is preferable to comprise a code detecting means for detecting.
[0018]
Furthermore, the motion vector detection device according to the present invention includes a recursive filter, subtracting means for calculating a difference between an input signal to the recursive filter and an output signal from the recursive filter, and the subtracted signal to the subtracted signal. Correction means for multiplying the inverse function of the transfer function of the recursive filter, normalization means for adjusting the output of the correction means to a constant amplitude level, differentiation means for differentiating the normalized signal, and this differentiated It is preferable to include conversion means for converting the amplitude of the signal into the amount of motion and sign detection means for detecting the sign of the differentiated signal.
[0019]
Here, it is preferable that the normalization means includes a peak detection means for detecting a peak level of the input signal, and a division means for dividing the input signal by the detected peak level.
[0020]
Moreover, it is preferable that the said conversion means calculates the reciprocal number of the amplitude level of the differentiated signal.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the principle of the present invention will be described.
[0022]
FIG. 1 is a block diagram of a well-known recursive (IIR) filter. In FIG. 1, the video signal input from the input terminal 101 is multiplied by a predetermined coefficient (K) by a first coefficient multiplier 102. The video signal multiplied by the coefficient (K) is delayed by a predetermined time in the frame memory 105 and further added by the adder circuit 103 with the signal multiplied by the predetermined coefficient (1-K) by the second coefficient multiplier 104. Is done. The added video signal is input to the frame memory 105 and output from the output terminal 106. Note that the value of the coefficient K is normally set to about 0.8.
[0023]
FIG. 2 shows input / output waveforms of such a cyclic filter. In the figure, the horizontal axis represents the position on the screen, and the vertical axis represents the amplitude level although omitted.
[0024]
FIG. 2A shows an input signal to the input terminal 101 in FIG. In FIG. 2A, reference numeral 201 denotes a moving object. A state is shown in which the moving object 201 at the position P (T0) at the time T0 is moving to the position P (Tn) at the time Tn.
[0025]
FIG. 2B shows a signal waveform output from the output terminal 106 of FIG. 1 when such a signal is input.
[0026]
As shown in FIG. 6B, the output waveform is accompanied by a tailing waveform such as 202 because the data from time T0 to Tn is cumulatively added while being sequentially multiplied by the coefficient. Here, the tailing waveform 202 is actually a waveform represented by an exponential function. However, for the sake of simplicity, it is assumed that the tailing waveform 202 is approximated by a straight line as shown in FIG.
[0027]
Next, output waveforms when a fast-moving moving object and a slow-moving moving object are input to the cyclic filter of FIG. 1 are compared.
[0028]
FIG. 3 shows this state. In the figure, the horizontal axis represents the position on the screen, and the vertical axis represents the amplitude level although omitted.
[0029]
FIG. 4A shows an input waveform to the cyclic filter of FIG. 1, and FIG. A waveform 301 with a black circle represents a slow-moving animal body, and a waveform 302 with a white circle represents a fast-moving animal body. That is, the slow-moving moving object 301 moves from the position Ps (T0) to Ps (Tn) between the times T0 and Tn, and the fast-moving moving object 302 moves between the positions T0 and Tn at the position Pf ( It represents that the movement from T0) to Pf (Tn).
[0030]
Here, when focusing on the angle 303 formed by the tail waveform 304 of the output waveform shown in FIG. 5B with the horizontal axis, the angle increases in the slow motion, and the angle decreases in the fast motion. Understandable. That is, it can be seen that the angle 303 formed by the trailing waveform 304 with the horizontal axis is inversely proportional to the speed of movement of the moving object. The present invention intends to detect a motion vector using this relationship. Therefore, unlike the conventional motion vector detection device based on the gradient method, it is possible to detect a motion vector without depending on the camera characteristics (afterimage characteristics / accumulation effect) and the like.
[0031]
Hereinafter, an embodiment of a motion vector detection device according to the present invention will be described.
[0032]
FIG. 4 is a block diagram showing a first embodiment of a motion vector detection device according to the present invention.
[0033]
First, the flow of signals in this block diagram will be described. A video signal input from the input terminal 401 is input to the recursive filter 402 shown in FIG. The difference between the input signal and the output signal of the recursive filter 402 is calculated by the subtraction circuit 403, and the amplitude is adjusted by the normalization circuit 404 that follows the result. The amplitude adjusted signal is differentiated by the differentiation circuit 405, and the resulting amplitude is detected by the amplitude detection circuit 406. The amplitude value is converted by the movement amount conversion circuit 407 and output from the output terminal 409 as the movement amount of the moving object. On the other hand, the sign resulting from the differential operation is detected by the sign detection circuit 410, and this sign is output from the output terminal 410 as the moving direction of the moving object.
[0034]
With the configuration of this block diagram, the moving amount and moving direction of the moving object are obtained, and the motion vector is detected.
[0035]
Next, the operation of this block diagram will be described.
[0036]
FIG. 5 is a waveform diagram at each point in the block diagram of FIG. In the figure, the horizontal axis represents the position on the screen, and the vertical axis represents the amplitude level although omitted. Reference numeral 501 denotes a moving object, 502 a stationary object, and 503 a tail waveform.
[0037]
Now, it is assumed that a moving object 501 moving from a position P (T0) to P (Tn) and a stationary object 502 are input as input signals between times T0 and Tn. In this case, at point A in FIG. 4, a signal in which the trailing waveform 503 is generated in the moving object 501 is observed. Here, when the signal at point A and the input signal are subtracted, a signal like point B is obtained. That is, the moving object 501 itself and the stationary object 503 are deleted, and only the trailing waveform 503 remains.
[0038]
By the way, this waveform is next input to the normalization circuit 404. Here, for simplicity of explanation, the normalization circuit 404 is ignored and input to the differentiation circuit 405. The operation of the normalization circuit 404 will be described later.
[0039]
Therefore, next, it is necessary to detect the angle formed with the horizontal axis P of the tailing waveform 503. This angle is the inclination angle of the tailing waveform. I know it ’s good. In other words, when the slope of the trailing waveform 503 is a and y = ax + b, the differentiation is dy / dx = a.
[0040]
The amplitude of the differentiated signal at point D is a value that is inversely proportional to the amount of motion. That is, since the amplitude of the signal at point D is a value that is inversely proportional to the amount of motion, it must be converted to a proportional value. This conversion is performed by the motion amount conversion circuit 407 in FIG. The conversion method may be a method of calculating the reciprocal number, calculating the reciprocal number and multiplying by an appropriate coefficient, or preparing a conversion table.
[0041]
FIG. 6 shows the above operation in comparison with a case where a fast-moving moving object and a slow-moving moving object are input. In the figure, the horizontal axis represents the position on the screen, and the vertical axis represents the amplitude level although omitted. FIG. 4A shows a case where a fast-moving moving object is input, and FIG. 5B shows a case where a slow-moving moving object is input. In this way, there is a difference in the amplitude level of the waveform of point D, that is, the differentially calculated waveform, between the fast-moving moving object and the slow-moving moving object, and this difference gives the difference in moving speed of the moving object. Can be detected.
[0042]
Next, the operation of the code detection circuit in the block diagram of FIG. 1 will be described.
[0043]
FIG. 7 shows a waveform diagram at each point in the block diagram of FIG. In the figure, the horizontal axis represents the position on the screen, and the vertical axis represents the amplitude level although omitted. FIG. 4A shows a case where the moving object is moving from left to right, and FIG. 4B shows a case where the moving object is moving from right to left. As shown in the figure, the inclination of the tailing waveform is inverted depending on the moving direction of the moving object, and as a result, the sign of the differential value (point D) is inverted. That is, when the moving object is moving from left to right (a), the sign of the differential value (point D) is positive, but the moving object is moving from right to left (b) ), The sign of the differential value (D point) is negative.
[0044]
Therefore, if the sign of this differential value (D point) is detected, the moving direction of the moving object can be detected.
[0045]
Next, the normalization circuit 404 of FIG. 1 whose description has been omitted will be described.
[0046]
In the above description, all the amplitude levels of the moving object have been considered to be the same. However, in reality, it is normal that animals having various amplitude levels are mixed. In such a case, if the normalization circuit 404 is not provided, the following adverse effects occur.
[0047]
FIG. 8 is a diagram for explaining how the adverse effect occurs. In the figure, the horizontal axis represents the position on the screen, and the vertical axis represents the amplitude level although omitted.
[0048]
This figure shows an moving object that moves from position P (T0) to P (Tn) between times T0 and Tn as an input signal. FIG. 5B shows the amplitude level of moving object 802 (a ) Is smaller than the amplitude level of the moving object 802, and the moving speed of the moving object in (b) is set to be slower than the moving speed of the moving object in (a). In such a situation, the slope of the trailing waveform 803 at the points A and B is approximately the same, and the amplitude of the waveform at the point D, which is a differential value thereof, is approximately the same and no difference is produced. Therefore, in reality, although the moving body of (a) and the moving body of (b) have a difference in moving speed, the detected amount of movement is almost the same.
[0049]
Such an adverse effect is solved by aligning the amplitude level of the moving object to a constant value. Specifically, the amplitude level of the signal as shown in FIG. 9 may be adjusted. That is, the amplitude level may be increased or decreased so that the peak value of the waveform at point B becomes a predetermined specified value.
[0050]
Therefore, the circuit for aligning the amplitude level of the moving object to a constant value is the normalization circuit 404 in FIG. 1, and the configuration of this normalization circuit 404 is shown in FIG.
[0051]
In FIG. 10, the peak value (X) of the signal input from the input terminal 1001, that is, the signal (Y) at point B in FIG. The input signal (Y) is divided by this peak value (X), and the result is output from the output terminal 1004. With such a configuration, the output is output with the amplitude adjusted so that the peak value becomes “1”.
[0052]
Next, a second embodiment of the motion vector detection device according to the present invention will be described.
[0053]
In the first embodiment, since the tailing waveform output from the recursive filter has been considered to approximate a straight line, an error due to approximation occurs. Here, in order to detect a motion vector with higher accuracy, it is preferable to correct the trailing waveform to a straight line.
[0054]
The state of this correction is shown in FIG. In FIG. 11, reference numeral 1101 denotes a trailing waveform output from the recursive filter. By multiplying this trailing waveform 1101 by a waveform 1102 having an inverse function with this trailing waveform 1101, a linear trailing waveform 1103 is obtained. That is, since the tailing waveform 1101 is a waveform obtained from the transfer function of the recursive filter, the inverse function of the transfer function may be multiplied.
[0055]
FIG. 12 shows a block diagram of a second embodiment of the motion vector detection apparatus according to the present invention. The same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, a correction circuit 1201 is newly added between the subtraction circuit 403 and the normalization circuit 404. By performing the correction as shown in FIG. 11 by this correction circuit, it is possible to detect a motion vector with higher accuracy. In other words, unlike the conventional motion vector detection device based on the gradient method, it is possible to detect a motion vector with higher accuracy because it does not perform an approximate process such as using only a first-order term from a Taylor-expanded polynomial. .
[0056]
Even if the positions of the normalization circuit 404 and the correction circuit 1201 are switched, the same purpose can be achieved and the same effect can be obtained. In the above description, the description has been made in one dimension only for horizontal movement, but it is easy to expand this to two dimensions in the horizontal and vertical directions. In the above description, the signals have been treated as continuous signals, but in television signals and the like, the signals are sampled in the time direction. For this reason, although each waveform demonstrated above becomes discrete, the above theory is applicable also to a discrete signal.
[0057]
【The invention's effect】
According to the motion vector detection device of the present invention, it is possible to detect a motion vector with high accuracy with a relatively simple configuration.
[0058]
In addition, a motion vector can be detected with high accuracy even for a fast motion.
[0059]
Furthermore, the motion vector detection accuracy is not affected by the characteristics of the imaging device such as a camera.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a recursive filter.
FIG. 2 is an input / output waveform diagram of a recursive filter.
FIG. 3 is a principle diagram of a motion vector detection device according to the present invention.
FIG. 4 is a first embodiment of a motion vector detection device according to the present invention.
FIG. 5 is a waveform diagram of each part in the first embodiment of the motion vector detection apparatus according to the present invention;
FIG. 6 is a waveform diagram for explaining detection of a motion amount in the motion vector detection device according to the present invention.
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the detection of the direction of motion in the motion vector detection apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a waveform diagram for explaining the necessity of a normalization circuit in the motion vector detection device according to the present invention.
FIG. 9 is a waveform diagram for explaining the operation of a normalization circuit in the motion vector detection device according to the present invention.
FIG. 10 is a block diagram of a normalization circuit in the motion vector detection device according to the present invention.
FIG. 11 is a waveform diagram for explaining the operation of the correction circuit in the motion vector detection device according to the present invention.
FIG. 12 is a second embodiment of the motion vector detection device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101, 401, 1001 ... Input terminal, 102 ... 1st coefficient multiplier, 103 ... Adder circuit, 104 ... 2nd coefficient multiplier, 105 ... Frame memory, 106, 409 , 410, 1004... Output terminal, 201, 301, 302, 501, 801, 802 ... moving object, 202, 1101 ... tail waveform, 203, 304, 503, 803 ... linear approximation Tail waveform, 303... Angle between tail waveform and horizontal axis, 402... Cyclic filter, 403... Subtraction circuit, 404... Normalization circuit, 405. 406 ... Amplitude detection circuit, 407 ... Motion amount conversion circuit, 408 ... Signal detection circuit, 502 ... Still object, 1002 ... Peak detection circuit, 1003 ... Division circuit, 1102.・ Ohiki Inverse function waveform of the waveform, 1103 ... corrected tailing waveform, 1201 ... correction circuit

Claims (5)

巡回型フィルタと、A recursive filter,
この巡回型フィルタへの入力信号と巡回型フィルタからの出力信号との差を演算する減算手段と、Subtracting means for calculating a difference between an input signal to the cyclic filter and an output signal from the cyclic filter;
この減算された信号を微分する微分手段と、Differentiating means for differentiating the subtracted signal;
この微分された信号の振幅を動き量に換算する換算手段と、A conversion means for converting the amplitude of the differentiated signal into a motion amount;
微分された信号の符号を検出する符号検出手段と、Code detection means for detecting the sign of the differentiated signal;
を具備したことを特徴とする動きベクトル検出装置。A motion vector detection apparatus comprising:
巡回型フィルタと、A recursive filter,
この巡回型フィルタへの入力信号と巡回型フィルタからの出力信号との差を演算する減算手段と、Subtracting means for calculating a difference between an input signal to the cyclic filter and an output signal from the cyclic filter;
この減算された信号の出力を一定の振幅レベルに調整する正規化手段と、Normalizing means for adjusting the output of the subtracted signal to a constant amplitude level;
この正規化された信号を微分する微分手段と、Differentiating means for differentiating the normalized signal;
この微分された信号の振幅を動き量に換算する換算手段と、A conversion means for converting the amplitude of the differentiated signal into a motion amount;
微分された信号の符号を検出する符号検出手段と、Code detection means for detecting the sign of the differentiated signal;
を具備したことを特徴とする動きベクトル検出装置。A motion vector detection apparatus comprising:
巡回型フィルタと、A recursive filter,
この巡回型フィルタへの入力信号と巡回型フィルタからの出力信号との差を演算する減算手段と、Subtracting means for calculating a difference between an input signal to the cyclic filter and an output signal from the cyclic filter;
この減算された信号に前記巡回型フィルタの伝達関数の逆関数を乗じる補正手段と、Correction means for multiplying the subtracted signal by the inverse function of the transfer function of the cyclic filter;
この補正手段の出力を一定の振幅レベルに調整する正規化手段と、Normalizing means for adjusting the output of the correcting means to a constant amplitude level;
この正規化された信号を微分する微分手段と、Differentiating means for differentiating the normalized signal;
この微分された信号の振幅を動き量に換算する換算手段と、A conversion means for converting the amplitude of the differentiated signal into a motion amount;
微分された信号の符号を検出する符号検出手段と、Code detection means for detecting the sign of the differentiated signal;
を具備したことを特徴とする動きベクトル検出装置。A motion vector detection apparatus comprising:
請求項3または請求項4に記載の動きベクトル検出装置において、In the motion vector detection apparatus according to claim 3 or 4,
前記正規化手段は、  The normalizing means includes
入力信号のピークレベルを検出するピーク検出手段と、Peak detection means for detecting the peak level of the input signal;
この検出されたピークレベルにより前記入力信号を除算する除算手段と、Dividing means for dividing the input signal by the detected peak level;
を具備することを特徴とする動きベクトル検出装置。A motion vector detection apparatus comprising:
請求項2乃至請求項5の何れかに記載の動きベクトル検出装置において、The motion vector detection device according to any one of claims 2 to 5,
前記換算手段は、前記微分された信号の振幅レベルの逆数を演算することを特徴とする動きベクトル検出装置。  The said conversion means calculates the reciprocal number of the amplitude level of the differentiated signal, The motion vector detection apparatus characterized by the above-mentioned.
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