JP4363151B2 - 撮影装置、その画像処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
撮影対象物を撮影する撮影装置において、
前記撮影対象物を撮影する撮影部と、
前記撮影部で撮影することによって得られた前記撮影対象物の画像の歪みを補正するように、前記撮影画像に対して画像処理を行う画像処理部と、を備え、
前記画像処理部は、
前記撮影対象物の画像から当該画像の輪郭を取得し、取得した前記輪郭から前記画像の形状を取得する形状取得部と、
前記形状取得部が取得した前記画像の形状と実際の撮影対象物の形状とを3次元の座標系を設定することで対応させて、前記撮影対象物の画像の頂点位置から、前記画像と実際の撮影対象物との関係を示す射影パラメータを求める射影パラメータ取得部と、
前記撮影部が有するレンズの焦点距離と前記撮影対象物の画像の頂点位置とに基づいて前記撮影対象物の縦横比を求める縦横比取得部と、
前記射影パラメータ取得部が求めた射影パラメータと前記縦横比取得部が求めた縦横比とを用いて前記撮影対象物の画像の画像変換を行う画像変換部と、を備えたことを特徴とする。
前記撮影部、前記撮影対象物が存在する空間に、3次元の(U,V,W)座標系を設定し、前記撮影対象物を射影する投影面を前記空間に配置して、前記投影面上に(X,Y,Z)座標系を設定し、前記撮影対象物を矩形として、数1及び数2に示す関係式から求められた数3に示す関係式と数4に示す射影変換式とを対応させて、数5に示す射影パラメータからなる射影変換式を取得するものであり、
前記縦横比取得部は、数6に示す関係式から撮影対象物の縦横比を求め、
前記画像変換部は、数6及び数7に示す関係式と数5に示す射影変換式とを対応させて、前記撮影対象物の画像の画像変換を行うようにしてもよい。
画像変換後の画像p( u , v)の画像サイズを( 0≦ u< u m a x , 0≦v< v m a x)とする。
撮影によって得られた原稿画像の歪みを補正する画像処理装置において、
前記原稿画像から前記原稿画像の輪郭を取得し、取得した前記輪郭から前記原稿画像の形状を取得する形状取得部と、
前記形状取得部が取得した前記原稿画像の形状と実際の原稿の形状とを3次元の座標系を設定することで対応させて、前記原稿画像の頂点位置から、前記原稿画像と実際の原稿の形状との関係を示す射影パラメータを求める射影パラメータ取得部と、
前記撮影部が有するレンズの焦点距離と前記原稿画像の頂点位置とに基づいて実際の原稿の縦横比を求める縦横比取得部と、
前記射影パラメータ取得部が求めた射影パラメータと前記縦横比取得部が求めた縦横比とを用いて前記原稿画像の画像変換を行う画像変換部と、を備えたことを特徴とする。
撮影部により撮影対象物を撮影することによって得られた前記撮影対象物の画像の歪みを補正するように、前記撮影対象物の画像に対して画像処理を行う撮影装置の画像処理方法であって、
前記撮影対象物の画像から当該画像の輪郭を取得し、取得した前記輪郭から前記画像の形状を取得するステップと、
取得した前記画像の形状と実際の撮影対象物の形状とを3次元の座標系を設定することで対応させて、前記撮影対象物の画像の頂点位置から、前記画像と実際の撮影対象物との関係を示す射影パラメータを求めるステップと、
前記撮影部が有するレンズの焦点距離と前記撮影対象物の画像の頂点位置とに基づいて前記撮影対象物の縦横比を求めるステップと、
求めた射影パラメータと縦横比とを用いて前記撮影対象物の画像の画像変換を行うステップと、を備えたことを特徴とする。
撮影部を有した撮影装置が備えるコンピュータに、
前記撮影部により撮影対象物を撮影することによって得られた前記撮影対象物の画像から当該画像の輪郭を取得し、取得した前記輪郭から前記撮影対象物の画像の形状を取得する手順、
取得した前記画像の形状と実際の撮影対象物の形状とを3次元の座標系を設定することで対応させて、前記撮影対象物の画像の頂点位置から、前記撮影対象物の画像と実際の撮影対象物との関係を示す射影パラメータを求める手順、
前記撮影部が有するレンズの焦点距離と前記撮影対象物の画像の頂点位置とに基づいて前記撮影対象物の縦横比を求める手順、
求めた射影パラメータと縦横比とを用いて、前記撮影対象物の画像の歪みを補正するように前記画像に対して画像変換を行う手順、
を実行させるためのものである。
尚、実施形態では、撮影装置をデジタルカメラとして説明する。
本実施形態に係るデジタルカメラ1は、撮影対象物として、白板2等の文字、図、写真等を撮影し、撮影によって得られた画像から、画像の歪みを検出して補正し、あたかも正面から撮影したような画像を生成するものである。デジタルカメラ1は、撮影レンズ部11と、液晶モニタ12と、シャッタボタン13と、を備える。
シャッタボタン13は、撮影対象を撮影するときに押下するものである。
(1)撮影画像からのアフィンパラメータ抽出
(2)抽出したアフィンパラメータによる画像変換
(3)画像変換の調整処理
(4)輝度あるいは色差等に関する画像効果補正用パラメータの抽出及び画像効果処理
尚、これらの処理内容については、後述する。
ユーザがデジタルカメラ1の電源をオン(投入)すると、CPU30はプログラムコード記憶装置29に記憶されているプログラムのデータを取得する。ユーザが撮影ボタンを押下すると、操作部26は、この操作情報をCPU30に送信する。CPU30はこの操作情報を受信し、CPU30、画像処理装置25等は、図5に示すフローチャートに従って撮影処理を実行する。
CPU30は、操作部26から送信された操作情報に基づいてシャッタボタン13が押下されたか否かを判定する(ステップS12)。
読み込みが終了していないと判定した場合(ステップS15においてNo)、CPU30は、引き続き、画像データの読み込みを行うようにイメージセンサ22を制御する。
CPU30は、この圧縮データを、外部記憶IO装置28を介してメモリカード31に記録し、画像処理装置25が作成した圧縮データを保存する(ステップS18)。
抽出できたと判定した場合(ステップS20においてYes)、画像処理装置25は、抽出した射影パラメータに基づいて射影変換画像を作成する(ステップS21)。
まず、画像処理装置25が画像処理に用いるアフィン変換についての基本的な考え方(実現方法)を説明する。
また、S(Su,Sv,Sw)ベクトルは、3次元座標系U−V−Wの原点と撮影対象物との距離を示す。
投影スクリーン上の座標系をx,yとすると、この投影スクリーン上に投影される画像がデジタルカメラ1に撮影される画像と考えればよい。投影スクリーンは、W軸上から距離fだけ離れて垂直に位置するものとする。撮影対象物の任意の点P(u,v,w)と原点とを直線で結び、その直線と投影スクリーンと交差する点があるものとして、その交点のX−Y座標をp(x,y)とする。このとき、座標pは、射影変換より次の数10によって表される。
撮影対象物上の任意の点Pは、S,A,Bベクトルを用いて、次の数13によって表される。
画像処理装置25が実行する射影パラメータの抽出処理を図8に示すフローチャートに基づいて説明する。
画像処理装置25は、生成した縮小輝度画像から、撮影対象物のエッジ画像を生成する(ステップS42)。
画像処理装置25は、検出した直線パラメータから、撮影対象物の輪郭を形成する候補となる四角形を作成する(ステップS44)。
画像処理装置25は、優先順位に従って四角形を選択し、選択した四角形を抽出できたか否かを判定する(ステップS33)。
画像処理装置25がステップS41において生成した縮小輝度画像の一例を図10(a)に示す。画像処理装置25は、このような縮小輝度画像から、Robertsフィルタと呼ばれるエッジ検出用のフィルタを用いて図10(b)に示すようなエッジ画像を生成する(ステップS42)。このRobertsフィルタとは、2つの4近傍画素の重み付けを行って2つのフィルタΔ1、Δ2を取得して平均化することによって、画像のエッジを検出するフィルタである。
図12(a)に示すような画像データf(x,y)は、ラドン変換により、図12(b)に示すような画像投影データp(r,θ)に変換される。
画像処理装置25は、閾値pth = pmax * k(kは0以上1までの定数値)を求める(ステップS52)。
画像処理装置25は、B(r,θ)の画像ラベリングを行う。このとき得られたラベル数をN1とする(ステップS54)。
この方法はいくつか考えられ、本実施の形態では、撮影された四角形のうち、最外郭の四角形を選ぶものとする。最外郭の四角形とは、図6に示すように候補となる四角形をX,Y軸の平行線で囲んで長方形を形成し、そのうち、面積が最も大きいものをいう。
画像処理装置25は、候補数Nrの四角形のうちから、いずれかの四角形を選択する(ステップS61)。
画像処理装置25は、選択した四角形の面積Siを、数17に従って求める(ステップS62)。
画像処理装置25は、候補数Nrが0になったか否かを判定する(ステップS64)。
候補数Nrが0にはなっていないと判定した場合(ステップS64においてNo)、画像処理装置25は、ステップS61〜S63の処理を、再度、実行する。
このような考え方に基づいて、画像処理装置25は、四角形の頂点からアフィンパラメータを取得する。この処理を、図17に示すフローチャートに基づいて説明する。
画像処理装置25は、画像の中心点(uc,vc)を指定する(ステップS73)。
画像処理装置25は、最大画像サイズvmax/umaxと数17で表される縦横比kとを比較する(ステップS74)。
画像処理装置25は、このアフィン変換行列Afの各要素をアフィンパラメータAとして、このアフィンパラメータAを取得する(ステップS78)。
次に、得られたアフィンパラメータを用いて補正画像を作成する画像処理方法について説明する。
まず、アフィンパラメータを用いて射影変換や他のアフィン変換を行なう場合、図20に示すように、元の画像の点p(x,y)が、変換行列Apによる射影変換等によって変換(後)画像の点P(u,v)に対応するものとする。この場合、元の画像の点pに対応する変換画像の点Pを求めるよりは、変換画像の点P(u,v)に対応する元の画像の点p(x,y)を求めたほうが好ましい。
画像処理装置25は、変換画像の画素位置uを0に初期化する(ステップS91)。
画像処理装置25は、数12及び数15で得られたアフィンパラメータAを用いて変換画像の画素位置(u,v)を代入し、数9に従って、元の画像の画素位置(x,y)を求める(ステップS93)。
画像処理装置25は、補正後画像の座標vを1つだけインクリメントする(ステップS95)。
座標uが最大値umax未満であると判定した場合(ステップS98においてNo)、画像処理装置25は、再度、ステップS92〜S97の処理を実行する。
次に、一度画像変換を行った画像に対して行われる調整(図5のステップS22)について説明する。
抽出された四角形の頂点の座標に若干の誤差等が含まれているような場合、図22(a)に示すように、得られたアフィンパラメータで射影した結果が好ましくない場合がある。このため、本実施形態のデジタルカメラ1は、一度画像変換した画像に対して調整を行い、図22(b)に示すような画像を得るために、ユーザによって射影変換の調整を行えるように構成されている。
CPU30は、画像の中心座標Xc,Ycを設定する(ステップS101)。
CPU30は、操作部26から送信された操作情報に基づいて射影補正キーが押下されたか否かを判定する(ステップ102)。
射影変換キーが押下されたと判定した場合(ステップS102においてYes)、CPU30は、射影変換キーとして、上縮小キー111、下縮小キー112、右縮小キー113、左縮小キー114のうちの押下されたキーの種別を判別する(ステップS103〜S106)。
回転補正キーが押下されたと判定した場合(ステップS107においてYes)、CPU30は、押下された回転補正キーの種別を判別する(ステップS108、S109)。
一方、回転補正キーが押下されていないと判定した場合(ステップS107においてNo)、CPU30は、そのまま、この画像変換の調整処理を終了させる。
次に、このように得られた画像から、画像効果補正用パラメータを抽出する処理と、このパラメータを用いて行う画像効果処理と、について説明する。画像効果処理は、より鮮明な画像を得るための処理である。
(2−a)白の判定条件
白判定条件は、次の数28によって表され、数28に示す条件を満足したときに、撮影対象物の背景色は白(W)と判定される。
黒判定条件は、次の数29によって表され、数29に示す条件を満足したときに、撮影対象物の背景色は黒(b)と判定される。
画像処理装置25は、各輝度(Y)値を有する画素の数を計数して、図25に示すような輝度ヒストグラムを生成する(ステップS121)。
画像処理装置25は、画像効果補正用パラメータと撮影対象物の背景色のデータをメモリ23に記憶する(ステップS124)。
前述のように、画像効果処理を効果的に行うには、背景色によって処理内容を換える必要がある。
画像処理装置25は、保存した画像効果補正用パラメータをメモリ23から読み出す(ステップS131)。
背景が白と判定した場合(ステップS132においてYes)、画像処理装置25は、背景をより白くして、視認性が良くなるように、図27(a)に示すような輝度変換を行って、輝度ヒストグラムの調整を行う(ステップS133)。
操作部26の再生キーが押下されると、操作部26は、この操作情報をCPU30に送信する。
CPU30は、メモリカード31内に記録されている画像ファイルの中から、ユーザの選択された一枚の画像を選択する(ステップS141)。
CPU30は、読み出した画像から縮小画像を作成する(ステップS143)。
CPU30は、この操作情報に従って、次の画像が指定されたか否かを判定する(ステップS145)。
撮影キーが押下されなければ、CPU30は、再生モードは終了していないと判定して(ステップS147においてNo)、ステップ145(次の画像が指定されたか否かの判定)に戻る。
元画像と補正画像とを、共にJPEGフォーマットの画像として記録する際に、元画像のファイル名を画像ファイルのヘッダ(オプションデータ)領域に記録する。補正画像を再度修正したい場合に、修正画像ファイルを補正するのでは元の画像から作成することによって劣化の少ない画像を作成することができる。この画像編集は、デジタルカメラ1内で行われてもよい。しかし、画像編集は、コンピュータで行われることもできる。コンピュータで画像編集を行えば、さらに高度の画像補正を行えることが期待される。
CPU30は、このヘッダ情報を、ヘッダ情報記憶領域に順次、元画像データの画像ファイル名、補正画像の画像サイズ、アフィンパラメータ、ヒストグラムテーブルを作成するための入出力のデータセットを記憶する。
画像データを一度保存した後、この画像データを再度補正したい場合がある。この場合、前述のように、元の画像データを一括して補正した方が、画像劣化が少ないという点で、好ましい。
CPU30は、操作部26から送信された操作情報に従って、補正画像を選択する(ステップS151)。
CPU30は、元画像を読み込む(ステップS153)。
CPU30は、読み込んだ補正画像、ヘッダ情報、元画像を画像処理装置25に送り、再度、補正するように、画像処理装置25を制御する(ステップS154)。
画像処理装置25は、ヘッダ情報と共に射影手動補正処理された補正画像をメモリカード31に記録し(ステップS158)、この編集処理を終了させる。
例えば、上記実施形態では、補正画像の作成に用いたパラメータを補正画像のファイルに保存した。しかし、元画像のファイルにこのパラメータを保存することもできる。元画像のファイルにパラメータを保存すれば、補正画像を保存しなくても、元画像から容易に補正画像を作成することができる。
画像処理装置25は、射影補正画像を作成し(ステップS161〜169)、画像の調整、変換画像の効果処理、ヘッダの補正データ作成を行う(ステップS170〜S172)。
画像処理装置25は、元画像データを圧縮し、CPU30は、作成したヘッダ情報を、圧縮した元画像データと共にメモリカード31に記録する(ステップS174)。
CPU30は、元画像を選択し、元画像のファイルからヘッダ情報を読み出す(ステップS181,S182)。
CPU30と画像処理装置25とは、射影手動補正処理を行い、補正終了後、CPU30は、変更された射影補正パラメータに基づいてヘッダ情報を作成し、作成したヘッダ情報を元画像のファイルに再度記録する(ステップS185〜S187)。
Claims (11)
- 撮影対象物を撮影する撮影装置において、
前記撮影対象物を撮影する撮影部と、
前記撮影部で撮影することによって得られた前記撮影対象物の画像の歪みを補正するように、前記撮影画像に対して画像処理を行う画像処理部と、を備え、
前記画像処理部は、
前記撮影対象物の画像から当該画像の輪郭を取得し、取得した前記輪郭から前記画像の形状を取得する形状取得部と、
前記形状取得部が取得した前記画像の形状と実際の撮影対象物の形状とを3次元の座標系を設定することで対応させて、前記撮影対象物の画像の頂点位置から、前記画像と実際の撮影対象物との関係を示す射影パラメータを求める射影パラメータ取得部と、
前記撮影部が有するレンズの焦点距離と前記撮影対象物の画像の頂点位置とに基づいて前記撮影対象物の縦横比を求める縦横比取得部と、
前記射影パラメータ取得部が求めた射影パラメータと前記縦横比取得部が求めた縦横比とを用いて前記撮影対象物の画像の画像変換を行う画像変換部と、を備えた、
ことを特徴とする撮影装置。 - 前記射影パラメータ取得部は、
前記撮影部、前記撮影対象物が存在する空間に、3次元の(U,V,W)座標系を設定し、前記撮影対象物を射影する投影面を前記空間に配置して、前記投影面上に(X,Y,Z)座標系を設定し、前記撮影対象物を矩形として、数1及び数2に示す関係式から求められた数3に示す関係式と数4に示す射影変換式とを対応させて、数5に示す射影パラメータからなる射影変換式を取得するものであり、
前記縦横比取得部は、数6に示す関係式から撮影対象物の縦横比を求め、
前記画像変換部は、数6及び数7に示す関係式と数5に示す射影変換式とを対応させて、前記撮影対象物の画像の画像変換を行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮影装置。
画像変換後の画像p( u , v)の画像サイズを( 0≦ u< u m a x , 0≦v< v m a x)とする。 - 前記形状取得部は、前記撮影対象物の画像の解像度を低減して縮小画像を生成し、生成した縮小画像に基づいて前記撮影対象物の画像の輪郭を取得する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮影装置。 - 前記撮影対象物の画像データを記憶する記憶部を備えた、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮影装置。 - 前記記憶部は、前記撮影対象物の画像データとして、前記撮影部で撮影することによって得られた画像処理前の画像データを記憶する、
ことを特徴とする請求項4に記載の撮影装置。 - 前記記憶部は、前記撮影対象物の画像データとして、前記画像処理部が画像処理を行った画像を記憶する、
ことを特徴とする請求項4に記載の撮影装置。 - 前記撮影対象物の画像を表示する表示部を備えた、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮影装置。 - 前記画像処理部は、前記表示部に前記撮影対象物の画像を、画像処理を施す画像よりも低い解像度のプレビュー画像を表示させる、
ことを特徴とする請求項7に記載の撮影装置。 - 撮影によって得られた原稿画像の歪みを補正する画像処理装置において、
前記原稿画像から前記原稿画像の輪郭を取得し、取得した前記輪郭から前記原稿画像の形状を取得する形状取得部と、
前記形状取得部が取得した前記原稿画像の形状と実際の原稿の形状とを3次元の座標系を設定することで対応させて、前記原稿画像の頂点位置から、前記原稿画像と実際の原稿の形状との関係を示す射影パラメータを求める射影パラメータ取得部と、
前記撮影部が有するレンズの焦点距離と前記原稿画像の頂点位置とに基づいて実際の原稿の縦横比を求める縦横比取得部と、
前記射影パラメータ取得部が求めた射影パラメータと前記縦横比取得部が求めた縦横比とを用いて前記原稿画像の画像変換を行う画像変換部と、を備えた、
ことを特徴とする画像処理装置。 - 撮影部により撮影対象物を撮影することによって得られた前記撮影対象物の画像の歪みを補正するように、前記撮影対象物の画像に対して画像処理を行う撮影装置の画像処理方法であって、
前記撮影対象物の画像から当該画像の輪郭を取得し、取得した前記輪郭から前記画像の形状を取得するステップと、
取得した前記画像の形状と実際の撮影対象物の形状とを3次元の座標系を設定することで対応させて、前記撮影対象物の画像の頂点位置から、前記画像と実際の撮影対象物との関係を示す射影パラメータを求めるステップと、
前記撮影部が有するレンズの焦点距離と前記撮影対象物の画像の頂点位置とに基づいて前記撮影対象物の縦横比を求めるステップと、
求めた射影パラメータと縦横比とを用いて前記撮影対象物の画像の画像変換を行うステップと、を備えた、
ことを特徴とする撮影装置の画像処理方法。 - 撮影部を有した撮影装置が備えるコンピュータに、
前記撮影部により撮影対象物を撮影することによって得られた前記撮影対象物の画像から当該画像の輪郭を取得し、取得した前記輪郭から前記撮影対象物の画像の形状を取得する手順、
取得した前記画像の形状と実際の撮影対象物の形状とを3次元の座標系を設定することで対応させて、前記撮影対象物の画像の頂点位置から、前記撮影対象物の画像と実際の撮影対象物との関係を示す射影パラメータを求める手順、
前記撮影部が有するレンズの焦点距離と前記撮影対象物の画像の頂点位置とに基づいて前記撮影対象物の縦横比を求める手順、
求めた射影パラメータと縦横比とを用いて、前記撮影対象物の画像の歪みを補正するように前記画像に対して画像変換を行う手順、
を実行させるためのプログラム。
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