JP4214527B2 - 擬似立体画像生成装置及び擬似立体画像生成プログラム並びに擬似立体画像表示システム - Google Patents
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さらに、非立体画像をブロック状に分割し、それぞれについて輝度積算、高周波成分積算、輝度コントラスト算出、彩度積算の計算を行うことにより画像の奥行き量を推定する手法も開示されている(例えば、特許文献2参照)。
Y.Horry, K.Anjyo, K.Arai:"Tour Into the Picture:Using a Spidery Mesh Interface to Make Animation from a Single Image",SIGGRAPH'97 Proceedings,pp.225-232(1997) C.Tomasi and T.Kanade: "Shape and Motion from Image Streams under Orthography: A Factorization Method", Int. Journal of Computer Vision.Vol.9,No.2, pp.137-154(1992)
また遠近法的な構造推定が適合する場合であっても自動的に正しい奥行き構造モデルを構成して違和感の無い立体視を実現させることは容易ではない。
本発明は、高速処理を必要とする動画像間の相関性を用いずに、独立した1枚の画面内の情報のみを用いて、かつ簡便な処理によって、自然な擬似立体画像を生成することを可能とするための、擬似立体画像生成装置、擬似立体画像生成プログラム、並びに擬似立体画像表示システムを提供することを目的とする。
(1)奥行き情報が明示的にも又はステレオ画像のように暗示的にも与えられておらず、また時系列的に連続した複数の画像で動画を構成する非立体画像から擬似立体動画像を生成するための奥行き推定データを生成する擬似立体画像生成装置であって、
基本となる複数のシーン構造のそれぞれについて奥行き値を示す複数の基本奥行きモデルを記憶する、及び/又は所定の計算式より算出して得る複数の基本奥行きモデルを記憶する第一の記憶手段(4、5、6)と、
入力する前記非立体画像のシーン構造を推定するために、前記入力する非立体画像の画面内の所定領域における画素値の統計量を利用して、前記複数の基本奥行きモデル間の合成比率である第一の合成比率を算定する第一の算定手段(7、70)と、
前記第一の算定手段で現在算定する対象の1枚の非立体画像に対して時系列的に少なくとも直前の1枚の非立体画像における前記第一の合成比率を記憶する第二の記憶手段(7、75〜80)と、
前記第二の記憶手段から読み出す、前記少なくとも直前の1枚の非立体画像における前記第一の合成比率と、前記第一の算定手段にて算定する現在の非立体画像における前記第一の合成比率とを用いて、前記現在の非立体画像に実際に適用するための第二の合成比率を算定する第二の算定手段(7、81〜92)と、
前記第一の記憶手段から読み出した前記複数の基本奥行きモデルを、前記第二の算定手段にて算定した前記第二の合成比率で合成して、合成基本奥行きモデルを生成する合成手段(7、71〜74)と、
前記合成手段により合成した合成基本奥行きモデルと、前記現在の非立体画像とから前記奥行き推定データを生成する生成手段(10)と
を有することを特徴とする擬似立体画像生成装置。
(2)奥行き情報が明示的にも又はステレオ画像のように暗示的にも与えられていない非立体動画像から擬似的な立体動画像を生成し表示する擬似立体画像表示システムであって、
前記奥行き推定データを生成する上記(1)記載の擬似立体画像生成装置(30)と、
前記擬似立体画像生成装置の生成手段より供給される前記奥行き推定データと擬似立体画像生成の対象となる前記非立体画像とを用いて、前記非立体画像のテクスチャのシフトを対応部分の奥行き応じた量だけ行うことによって擬似立体画像表示を実現するための別視点画像を生成する複数視点画像生成装置(40)と、
前記複数視点画像生成装置で生成した複数の別視点画像及び/または擬似立体画像生成の対象となる前記非立体画像を用いて擬似立体画像を表示する表示装置(50)と、
から構成することを特徴とする擬似立体画像表示システム。
(3)奥行き情報が明示的にも又はステレオ画像のように暗示的にも与えられていない非立体動画像から擬似立体画像を生成するための奥行き推定データを生成する機能をコンピュータに実現させる擬似立体画像生成プログラムであって、
入力する前記非立体画像のシーン構造を推定するために、前記入力する前記非立体動画像の画面内の所定領域における画素値の統計量を利用して、擬似立体画像を生成するための基本となり所定の計算式で求められる、複数のシーン構造のそれぞれについて奥行き値を示す複数の基本奥行きモデルを合成するための合成比率である第一の合成比率を算定する第一の算定機能(S2、S3)と、
前記第一の算定機能で現在算定する対象の1枚の非立体画像に対して時系列的に少なくとも直前の1枚の非立体画像における前記第一の合成比率と、前記第一の算定機能にて算定する現在の非立体画像の前記第一の合成比率とを用いて、前記現在の非立体画像に実際に適用するための第二の合成比率を算定する第二の算定機能(S4、S5)と、
前記複数の基本奥行きモデルを、前記第二の算定機能にて算定した前記第二の合成比率で合成して、合成基本奥行きモデルを生成する合成機能(S6)と、
前記合成機能により合成した合成基本奥行きモデルと、入力する前記非立体画像とから前記奥行き推定データを生成する生成機能(S7)と
をコンピュータに実現させることを特徴とする擬似立体画像生成プログラム。
(4)上記(3)記載の擬似立体画像生成プログラムにおいて生成した奥行き推定データに応じて、前記非立体画像のテクスチャのシフトを対応部分の奥行き応じた量だけ行うことによって擬似立体画像表示を実現するための別視点画像を生成する複数視点画像生成機能をコンピュータに実現させることを特徴とする複数視点画像生成プログラム。
更に、画像を明確なブロックとして分けずに奥行き推定データを生成するので、各ブロックの境界付近で不自然な立体画像となること無しに自然な擬似立体画像を得るための奥行き推定データを生成することができる。
また、本発明の擬似立体画像表示システムによれば、前記擬似立体画像生成装置によって生成した奥行き推定データを用いて、どのような非立体画像からも違和感の少ない擬似立体画像を表示することができる。
本発明の擬似立体画像生成装置及び擬似立体画像生成プログラムでは、所謂シェープ・フロム・モーションのような動き情報を利用した奥行き推定は行わず、奥行き情報が明示的にも又はステレオ画像のように暗示的にも与えられていない非立体画像の、画面内の所定領域における輝度信号の高域成分を算定して、その非立体画像のシーンの奥行き構造を推定する。このとき推定されるシーンの奥行き構造は厳密なものではなく、"経験知からあるタイプのシーン奥行き構造が比較的近い可能性が高いので選択する"という程度のものにとどめ、誤判定された場合でも強い違和感を感じさせないようなものを採用する、所謂フェイルセーフの思想に基づくものとする。この理由は、事実上1枚の非立体画像からその内容を確実に検知し、詳細なシーン構造を決定することは技術的に不可能であるためである。
<基本奥行きモデル>
ここで、本実施例で使用する複数の基本奥行きモデルの一例について説明する。
[タイプ1]
基本奥行きモデルタイプ1は、図20の座標系によれば各画素毎の奥行き量zは数式1で表される。rは球の半径、wは基本奥行きモデル1の画像の水平サイズ、hは基本奥行きモデル1の画像の垂直サイズであるとする。
この基本奥行きモデルタイプ1でこのような凹面を使用する理由は、基本的にオブジェクトが存在しないシーンにおいては画面中央を一番遠距離に設定することにより違和感の少ない立体感及び適度な奥行き感が得られるからである。基本奥行きモデルタイプ1が使用されるシーン構成の一例として、図6のようなシーンがあげられる。
[タイプ2]
基本奥行きモデルタイプ2は、図20の座標系によれば各画素毎の奥行き量zは数式2で表される。rは円筒、及び球の半径、wはモデル画像の水平サイズ、hはモデル画像の垂直サイズである。
[タイプ3]
基本奥行きモデルタイプ3は、図20の座標系によれば各画素毎の奥行き量zは数式3で表される。rは円筒の半径、wはモデル画像の水平サイズ、hはモデル画像の垂直サイズである。
<装置の構成>
次に、本発明の擬似立体画像生成装置の具体的な実施例を図面と共に説明する。図1は本発明の擬似立体画像生成装置の一実施例のブロック図である。
<処理の詳細説明>
<擬似立体画像生成装置>
次に、図1の実施例の動作を図3のフローチャートと共に詳細に説明する。
ここで合成部7の詳細な内部構成と動作について説明する。
合成比率決定部により合成する前記3種類の基本奥行きモデルのnフレームにおける合成比率k1(n)、k2(n)、k3(n)を決定する。但しk1(n)+k2(n)+k3(n)=1とする。(ステップS4)。
上記ステップ4、ステップ5、ステップ6の一連の処理は実質上、基本奥行きモデルの形状をテンポラルフィルタによって平滑化することに相当する。これによりシーン内容の急激な変化によって、基本奥行き構造が大きく変化したとしても、視覚的に違和感が生じることを抑制できる。
(top_act−tps):(tpl−top_act)
の比率で基本奥行きモデルタイプ1(Type1)と基本奥行きモデルタイプ2(Type2)の合成比率を決定する。すなわち、Type1/2の合成比率は、基本奥行きモデルタイプ3(Type3)は使用せず、
Type1:Type2:Type3 =
(top_act−tps):(tpl−top_act):0
で合成比率を決定する。
(bottom_act−bms):(bml−bottom_act)
の比率で基本奥行きモデルタイプ2と基本奥行きモデルタイプ3の合成比率を決定し、基本奥行きモデルタイプ1と基本奥行きモデルタイプ3の合成比率を決定する。すなわち、Type2/3の合成比率は、基本奥行きモデルタイプ1(Type1)は使用せず、
Type1:Type2:Type3 =
0:(bottom_act−bms):(bml−bottom_act)
で合成比率を決定し、Type1/3の合成比率は、基本奥行きモデルタイプ2(Type2)は使用せず、
Type1:Type2:Type3 =
(bottom_act−bms):0:(bml−bottom_act)
で合成比率を決定する。
Type1:Type2:Type3 =
(top_act−tps)+(bottom_act−bms):
(tpl−top_act):(bml−bottom_act)
で合成比率を決定する。なお、図2における合成比率k1、k2、k3は
k1= Type1/(Type1+Type2+Type3)
k2= Type2/(Type1+Type2+Type3)
k3= Type3/(Type1+Type2+Type3)
のように表現する。なお、ここでのk1、k2、k3は現在のフレームであることが明白であるのでこのような表記になっているが、本説明の他の部分では第nフレームにおける混合比はk1(n)、k2(n)、k3(n)のように表記している。
上記のようにして合成器7にて得た合成基本奥行きモデルを加算器10に供給し、ここで画像入力部1により入力した、基となる擬似立体画像生成対象の非立体画像の三原色信号(RGB信号)のうちの赤色信号(R信号)9と重畳して最終的な奥行き推定データ11を生成する(ステップS7)。前記R信号はそのままの値を用いなくても良く、本実施例では例えば1/10にして重畳している。
そして、前記擬似立体画像生成装置により生成した奥行き推定データ11を基に別視点の画像を生成することが可能になる。例えば、左に視点移動する場合、画面より手前に表示するものについては、近い物ほど画像を見る者の内側(鼻側)に見えるので、内側すなわち右に対応部分のテクスチャを奥行きに応じた量だけ移動する。
テクスチャシフト部12では、このYdについて小さい値すなわち奥に位置するものから順に、その値に対応する部分の入力画像15のテクスチャを(Yd−m)/n画素右にシフトする。ここで、mは画面上の奥行きに表示する奥行きデータであり、これより大きなYdに関しては画面より手前に、小さなYdに関しては奥に表示される。また、nは奥行き感を調整するパラメータである。これらのパラメータは例えばm=200、n=20などとする。
なお、本実施例ではステレオペア生成装置として2視点での例を説明しているが、2視点以上の表示が可能な表示装置にて表示する場合、その視点数に応じた数の別視点画像を生成する複数視点画像生成装置を構成することも可能である。
生成した擬似立体画像である奥行き推定データと、画像入力部1に入力された非立体画像
とを図17に示した構成のステレオペア生成装置40のテクスチャシフト部17に供給し、これによりステレオペア生成装置40で生成されたステレオペア画像(右目画像20及び左目画像21)をステレオ表示装置50に供給する構成である。
テム、時分割表示と液晶シャッタメガネを組み合わせたプロジェクションシステム若しく
はディスプレイシステム、レンチキュラ方式のステレオディスプレイ、アナグリフ方式の
ステレオディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどを含む。特にステレオ画像の各
画像に対応した2台のプロジェクタによるプロジェクタシステムを含む。また、上記のよ
うに2視点以上の表示が可能な表示装置を用いた多視点立体画像表示システムの構築も可能である。また、本立体表示システムにおいては音声出力を装備する形態のものも考えられる。この場合、静止画等音声情報を持たない画像コンテンツについては、画像にふさわしい環境音を付加するような態様のものが考えられる。
奥行きモデルの合成を基本にし、経験知に基づき、現実のシーン構造に比較的に近い可能
性が高いようにすることを目標としつつも、複雑なシーンの場合には、球面の基本モデル
タイプ1が主体になるように、いわばフェイルセーフに配慮した処理を行う。さらに基本奥行きモデルを時間軸方向に平滑化することにより、シーン内容に急激な変化によって推定奥行きが不自然に変化しないようにしている。得られたステレオペア(擬似立体画像)は、左画像について目立った破綻がなく、また立体視した場合、大きな違和感がないため、動画像からシーン内容に応じた奥行きモデルを構築することが可能になり、これを基に違和感の少ない擬似立体画像を生成することができる。
なお、本発明は、ハードウェアにより図1の構成の擬似立体画像作成装置を構成する場
合に限定されるものではなく、図3の手順を実行するコンピュータプログラムによるソフ
トウェアにより擬似立体画像作成を行うこともできる。この場合、コンピュータプログラ
ムは、記録媒体からコンピュータに取り込まれてもよいし、ネットワーク経由でコンピュ
ータに取り込まれてもよい。
2 上部の高域成分評価部
3 下部の高域成分評価部
4、5、6 フレームメモリ
7 合成部
9 R信号
10 加算器
11 奥行き推定データ
Claims (4)
- 奥行き情報が明示的にも又はステレオ画像のように暗示的にも与えられておらず、また時系列的に連続した複数の画像で動画を構成する非立体画像から擬似立体動画像を生成するための奥行き推定データを生成する擬似立体画像生成装置であって、
基本となる複数のシーン構造のそれぞれについて奥行き値を示す複数の基本奥行きモデルを記憶する、及び/又は所定の計算式より算出して得る複数の基本奥行きモデルを記憶する第一の記憶手段と、
入力する前記非立体画像のシーン構造を推定するために、前記入力する非立体画像の画面内の所定領域における画素値の統計量を利用して、前記複数の基本奥行きモデル間の合成比率である第一の合成比率を算定する第一の算定手段と、
前記第一の算定手段で現在算定する対象の1枚の非立体画像に対して時系列的に少なくとも直前の1枚の非立体画像における前記第一の合成比率を記憶する第二の記憶手段と、
前記第二の記憶手段から読み出す、前記少なくとも直前の1枚の非立体画像における前記第一の合成比率と、前記第一の算定手段にて算定する現在の非立体画像における前記第一の合成比率とを用いて、前記現在の非立体画像に実際に適用するための第二の合成比率を算定する第二の算定手段と、
前記第一の記憶手段から読み出した前記複数の基本奥行きモデルを、前記第二の算定手段にて算定した前記第二の合成比率で合成して、合成基本奥行きモデルを生成する合成手段と、
前記合成手段により合成した合成基本奥行きモデルと、前記現在の非立体画像とから前記奥行き推定データを生成する生成手段と
を有することを特徴とする擬似立体画像生成装置。 - 奥行き情報が明示的にも又はステレオ画像のように暗示的にも与えられていない非立体動画像から擬似的な立体動画像を生成し表示する擬似立体画像表示システムであって、
前記奥行き推定データを生成する請求項1記載の擬似立体画像生成装置と、
前記擬似立体画像生成装置の生成手段より供給される前記奥行き推定データと擬似立体画像生成の対象となる前記非立体画像とを用いて、前記非立体画像のテクスチャのシフトを対応部分の奥行き応じた量だけ行うことによって擬似立体画像表示を実現するための別視点画像を生成する複数視点画像生成装置と、
前記複数視点画像生成装置で生成した複数の別視点画像及び/または擬似立体画像生成の対象となる前記非立体画像を用いて擬似立体画像を表示する表示装置と、
から構成することを特徴とする擬似立体画像表示システム。 - 奥行き情報が明示的にも又はステレオ画像のように暗示的にも与えられていない非立体動画像から擬似立体画像を生成するための奥行き推定データを生成する機能をコンピュータに実現させる擬似立体画像生成プログラムであって、
入力する前記非立体画像のシーン構造を推定するために、前記入力する前記非立体動画像の画面内の所定領域における画素値の統計量を利用して、擬似立体画像を生成するための基本となり所定の計算式で求められる、複数のシーン構造のそれぞれについて奥行き値を示す複数の基本奥行きモデルを合成するための合成比率である第一の合成比率を算定する第一の算定機能と、
前記第一の算定機能で現在算定する対象の1枚の非立体画像に対して時系列的に少なくとも直前の1枚の非立体画像における前記第一の合成比率と、前記第一の算定機能にて算定する現在の非立体画像の前記第一の合成比率とを用いて、前記現在の非立体画像に実際に適用するための第二の合成比率を算定する第二の算定機能と、
前記複数の基本奥行きモデルを、前記第二の算定機能にて算定した前記第二の合成比率で合成して、合成基本奥行きモデルを生成する合成機能と、
前記合成機能により合成した合成基本奥行きモデルと、入力する前記非立体画像とから前記奥行き推定データを生成する生成機能と
をコンピュータに実現させることを特徴とする擬似立体画像生成プログラム。 - 請求項3記載の擬似立体画像生成プログラムにおいて生成した奥行き推定データに応じて、前記非立体画像のテクスチャのシフトを対応部分の奥行き応じた量だけ行うことによって擬似立体画像表示を実現するための別視点画像を生成する複数視点画像生成機能をコンピュータに実現させることを特徴とする複数視点画像生成プログラム。
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