JP4596216B2 - 画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、センサにより検出した信号と現実世界との違いを考慮した画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現実世界における事象をセンサで検出し、画像センサが出力するサンプリングデータを処理する技術が広く利用されている。
【０００３】
例えば、静止している所定の背景の前で移動する物体をビデオカメラで撮像して得られる画像には、物体の移動速度が比較的速い場合、動きボケが生じることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
静止している背景の前で物体が移動するとき、移動する物体の画像自身の混ざり合いによる動きボケのみならず、背景の画像と移動する物体の画像との混ざり合いが生じる。従来は、背景の画像と移動する物体の画像との混ざり合いの状態に対応する処理は、考えられていなかった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、混ざり合いが生じている領域を検出することができるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、画像データの所定のフレームと、画像データの処理対象の注目フレームとを用いて、画像データにおける背景となるオブジェクトの動きベクトルを検出し、動きベクトルに基づいて、背景が一致するように所定のフレームの画像データをシフトさせることで、所定のフレームを動き補償する動き補償手段と、注目フレームの画像データにおける注目する画素を注目画素として、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ前のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ前のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとし、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ後のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ後のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ後のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとすることで、混合領域を検出する領域検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
画像処理装置には、１つ前のフレームの注目画素と対応する位置の画素、１つ後のフレームの注目画素と対応する位置の画素、および注目画素を用いた演算により、混合領域における前景となるオブジェクトの成分と、背景となるオブジェクトの成分との混合の比率を示す混合比を注目フレームの画素ごとに算出する混合比算出手段をさらに設けることができる。
【００１２】
画像処理装置は、混合比を基に、混合領域の画素データから少なくとも前景となるオブジェクトの成分を分離する分離手段をさらに設けることができる。
【００１３】
画像処理装置は、分離された前景となるオブジェクトの成分からなる前景画像の画素を、予め定められた動きボケを調整するための動き量で除算し、動き量で除算された、いくつかの隣接する画素の和を新たな前景画像の画素とすることで、前景画像の動きボケの量を調整する動きボケ調整手段をさらに設けることができる。
【００１４】
画像処理装置は、混合比を基に、所望の他のオブジェクトと分離された前景となるオブジェクトの成分とを合成する合成手段をさらに設けることができる。
【００１８】
本発明の画像処理方法、記録媒体のプログラム、またはプログラムは、画像データの所定のフレームと、画像データの処理対象の注目フレームとを用いて、画像データにおける背景となるオブジェクトの動きベクトルを検出し、動きベクトルに基づいて、背景が一致するように所定のフレームの画像データをシフトさせることで、所定のフレームを動き補償する動き補償ステップと、注目フレームの画像データにおける注目する画素を注目画素として、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ前のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ前のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとし、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ後のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ後のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ後のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとすることで、混合領域を検出する領域検出ステップとを含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、画像データの所定のフレームと、画像データの処理対象の注目フレームとが用いられて、画像データにおける背景となるオブジェクトの動きベクトルが検出され、動きベクトルに基づいて、背景が一致するように所定のフレームの画像データをシフトさせることで、所定のフレームが動き補償され、注目フレームの画像データにおける注目する画素が注目画素とされて、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ前のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ前のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとされ、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ後のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ後のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ後のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとされることで、混合領域が検出される。
本発明の画像処理装置は、画像データに基づいて前景となるオブジェクトの輪郭を抽出し、画像データにおける前景となるオブジェクトに対応する画素データをそのままの値とし、画像データにおける前景となるオブジェクトとは異なる画素データの値を、予め定めた値とすることで、領域特定オブジェクトを生成する領域特定オブジェクト生成手段と、注目する注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトの動きベクトルを用いて、１つ前のフレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトが、注目フレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトと同じ位置となるように、１つ前のフレームの領域特定オブジェクトを動き補償する動き補償手段と、注目フレームの領域特定オブジェクト、および動き補償された１つ前のフレームの領域特定オブジェクトの同じ位置の画素の差分を求め、差分が閾値以上となる注目フレームの画素が混合領域を構成する画素であるとすることで、混合領域を検出する領域検出手段とを備えることを特徴とする。
本発明の画像処理装置においては、画像データに基づいて前景となるオブジェクトの輪郭が抽出され、画像データにおける前景となるオブジェクトに対応する画素データをそのままの値とし、画像データにおける前景となるオブジェクトとは異なる画素データの値を、予め定めた値とすることで、領域特定オブジェクトが生成され、注目する注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトの動きベクトルが用いられて、１つ前のフレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトが、注目フレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトと同じ位置となるように、１つ前のフレームの領域特定オブジェクトが動き補償され、注目フレームの領域特定オブジェクト、および動き補償された１つ前のフレームの領域特定オブジェクトの同じ位置の画素の差分が求められ、差分が閾値以上となる注目フレームの画素が混合領域を構成する画素であるとされて、混合領域が検出される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る信号処理装置の一実施の形態を示す図である。CPU（Central Processing Unit）２１は、ROM（Read Only Memory）２２、または記憶部２８に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM（Random Access Memory）２３には、CPU２１が実行するプログラムやデータなどが適宜記憶される。これらのCPU２１、ROM２２、およびRAM２３は、バス２４により相互に接続されている。
【００２３】
CPU２１にはまた、バス２４を介して入出力インタフェース２５が接続されている。入出力インタフェース２５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部２６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部２７が接続されている。CPU２１は、入力部２６から入力される指令に対応して各種の処理を実行する。そして、CPU２１は、処理の結果得られた画像や音声等を出力部２７に出力する。
【００２４】
入出力インタフェース２５に接続されている記憶部２８は、例えばハードディスクなどで構成され、CPU２１が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部２９は、インターネット、その他のネットワークを介して外部の装置と通信する。この例の場合、通信部２９はセンサの出力を取り込む取得部として働く。
【００２５】
また、通信部２９を介してプログラムを取得し、記憶部２８に記憶してもよい。
【００２６】
入出力インタフェース２５に接続されているドライブ３０は、磁気ディスク５１、光ディスク５２、光磁気ディスク５３、或いは半導体メモリ５４などが装着されたとき、それらを駆動し、そこに記録されているプログラムやデータなどを取得する。取得されたプログラムやデータは、必要に応じて記憶部２８に転送され、記憶される。
【００２７】
図２は、信号処理装置を示すブロック図である。
【００２８】
なお、信号処理装置の各機能をハードウェアで実現するか、ソフトウェアで実現するかは問わない。つまり、本明細書の各ブロック図は、ハードウェアのブロック図と考えても、ソフトウェアによる機能ブロック図と考えても良い。
【００２９】
この明細書では、撮像の対象となる、現実世界におけるオブジェクトに対応する画像を、画像オブジェクトと称する。
【００３０】
信号処理装置に供給された入力画像は、オブジェクト抽出部１０１、領域特定部１０３、混合比算出部１０４、および前景背景分離部１０５に供給される。
【００３１】
オブジェクト抽出部１０１は、入力画像に含まれる前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを粗く抽出して、抽出した画像オブジェクトを動き検出部１０２に供給する。オブジェクト抽出部１０１は、例えば、入力画像に含まれる前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトの輪郭を検出することで、前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを粗く抽出する。
【００３２】
オブジェクト抽出部１０１は、入力画像に含まれる背景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを粗く抽出して、抽出した画像オブジェクトを動き検出部１０２に供給する。オブジェクト抽出部１０１は、例えば、入力画像と、抽出された前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトとの差から、背景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを粗く抽出する。
【００３３】
また、例えば、オブジェクト抽出部１０１は、内部に設けられている背景メモリに記憶されている背景の画像と、入力画像との差から、前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクト、および背景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを粗く抽出するようにしてもよい。
【００３４】
動き検出部１０２は、例えば、ブロックマッチング法、勾配法、位相相関法、およびペルリカーシブ法などの手法により、粗く抽出された前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトの動きベクトルを算出して、算出した動きベクトルおよび動きベクトルの位置情報（動きベクトルに対応する画素の位置を特定する情報）を領域特定部１０３および動きボケ調整部１０６に供給する。
【００３５】
動き検出部１０２が出力する動きベクトルには、動き量vに対応する情報が含まれるている。
【００３６】
また、例えば、動き検出部１０２は、画像オブジェクトに画素を特定する画素位置情報と共に、画像オブジェクト毎の動きベクトルを動きボケ調整部１０６に出力するようにしてもよい。
【００３７】
動き量vは、動いているオブジェクトに対応する画像の位置の変化を画素間隔を単位として表す値である。例えば、前景に対応するオブジェクトの画像が、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分離れた位置に表示されるように移動しているとき、前景に対応するオブジェクトの画像の動き量vは、４とされる。
【００３８】
なお、オブジェクト抽出部１０１および動き検出部１０２は、動いているオブジェクトに対応した動きボケ量の調整を行う場合に必要となる。
【００３９】
領域特定部１０３は、入力された画像の画素のそれぞれを、前景領域、背景領域、または混合領域のいずれかに特定し、画素毎に前景領域、背景領域、または混合領域のいずれかに属するかを示す情報（以下、領域情報と称する）を混合比算出部１０４、前景背景分離部１０５、および動きボケ調整部１０６に供給する。
【００４０】
混合比算出部１０４は、入力画像、および領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、混合領域６３に含まれる画素に対応する混合比（以下、混合比αと称する）を算出して、算出した混合比を前景背景分離部１０５に供給する。
【００４１】
混合比αは、後述する式（３）に示されるように、画素値における、背景のオブジェクトに対応する画像の成分（以下、背景の成分とも称する）の割合を示す値である。
【００４２】
前景背景分離部１０５は、領域特定部１０３から供給された領域情報、および混合比算出部１０４から供給された混合比αを基に、前景のオブジェクトに対応する画像の成分（以下、前景の成分とも称する）のみから成る前景成分画像と、背景の成分のみから成る背景成分画像とに入力画像を分離して、前景成分画像を動きボケ調整部１０６および選択部１０７に供給する。なお、分離された前景成分画像を最終的な出力とすることも考えられる。従来の混合領域を考慮しないで前景と背景だけを特定し、分離していた方式に比べ正確な前景と背景を得ることが出来る。
【００４３】
動きボケ調整部１０６は、動きベクトルからわかる動き量vおよび領域情報を基に、前景成分画像に含まれる１以上の画素を示す処理単位を決定する。処理単位は、動きボケの量の調整の処理の対象となる１群の画素を指定するデータである。
【００４４】
動きボケ調整部１０６は、信号処理装置に入力された動きボケ調整量、前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像、動き検出部１０２から供給された動きベクトルおよびその位置情報、並びに処理単位を基に、前景成分画像に含まれる動きボケを除去する、動きボケの量を減少させる、または動きボケの量を増加させるなど前景成分画像に含まれる動きボケの量を調整して、動きボケの量を調整した前景成分画像を選択部１０７に出力する。動きベクトルとその位置情報は使わないこともある。
【００４５】
ここで、動きボケとは、撮像の対象となる、現実世界におけるオブジェクトの動きと、センサの撮像の特性とにより生じる、動いているオブジェクトに対応する画像に含まれている歪みをいう。
【００４６】
選択部１０７は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像、および動きボケ調整部１０６から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【００４７】
次に、図３乃至図１８を参照して、信号処理装置に供給される入力画像について説明する。
【００４８】
図３は、センサによる撮像を説明する図である。センサは、例えば、固体撮像素子であるCCD（Charge-Coupled Device）エリアセンサを備えたCCDビデオカメラなどで構成される。現実世界における、前景に対応するオブジェクトは、現実世界における、背景に対応するオブジェクトと、センサとの間を、例えば、図中の左側から右側に水平に移動する。
【００４９】
センサは、前景に対応するオブジェクトを、背景に対応するオブジェクトと共に撮像する。センサは、撮像した画像を１フレーム単位で出力する。例えば、センサは、１秒間に３０フレームから成る画像を出力する。センサの露光時間は、１／３０秒とすることができる。露光時間は、センサが入力された光の電荷への変換を開始してから、入力された光の電荷への変換を終了するまでの期間である。以下、露光時間をシャッタ時間とも称する。
【００５０】
図４は、画素の配置を説明する図である。図４中において、Ａ乃至Ｉは、個々の画素を示す。画素は、画像に対応する平面上に配置されている。１つの画素に対応する１つの検出素子は、センサ上に配置されている。センサが画像を撮像するとき、１つの検出素子は、画像を構成する１つの画素に対応する画素値を出力する。例えば、検出素子のＸ方向の位置は、画像上の横方向の位置に対応し、検出素子のＹ方向の位置は、画像上の縦方向の位置に対応する。
【００５１】
図５に示すように、例えば、CCDである検出素子は、シャッタ時間に対応する期間、入力された光を電荷に変換して、変換された電荷を蓄積する。電荷の量は、入力された光の強さと、光が入力されている時間にほぼ比例する。検出素子は、シャッタ時間に対応する期間において、入力された光から変換された電荷を、既に蓄積されている電荷に加えていく。すなわち、検出素子は、シャッタ時間に対応する期間、入力される光を積分して、積分された光に対応する量の電荷を蓄積する。検出素子は、時間に対して、積分効果があるとも言える。
【００５２】
検出素子に蓄積された電荷は、図示せぬ回路により、電圧値に変換され、電圧値は更にデジタルデータなどの画素値に変換されて出力される。従って、センサから出力される個々の画素値は、前景または背景に対応するオブジェクトの空間的に広がりを有するある部分を、シャッタ時間について積分した結果である、１次元の空間に射影された値を有する。
【００５３】
信号処理装置は、このようなセンサの蓄積の動作により、出力信号に埋もれてしまった有意な情報、例えば、混合比αを抽出する。信号処理装置は、前景の画像オブジェクト自身が混ざり合うことによる生ずる歪みの量、例えば、動きボケの量などを調整する。また、信号処理装置は、前景の画像オブジェクトと背景の画像オブジェクトとが混ざり合うことにより生ずる歪みの量を調整する。
【００５４】
図６は、動いている前景に対応するオブジェクトと、静止している背景に対応するオブジェクトとを撮像して得られる画像を説明する図である。図６（Ａ）は、動きを伴う前景に対応するオブジェクトと、静止している背景に対応するオブジェクトとを撮像して得られる画像を示している。図６（Ａ）に示す例において、前景に対応するオブジェクトは、画面に対して水平に左から右に動いている。
【００５５】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す画像の１つのラインに対応する画素値を時間方向に展開したモデル図である。図６（Ｂ）の横方向は、図６（Ａ）の空間方向Ｘに対応している。
【００５６】
背景領域の画素は、背景の成分、すなわち、背景のオブジェクトに対応する画像の成分のみから、その画素値が構成されている。前景領域の画素は、前景の成分、すなわち、前景のオブジェクトに対応する画像の成分のみから、その画素値が構成されている。
【００５７】
混合領域の画素は、背景の成分、および前景の成分から、その画素値が構成されている。混合領域は、背景の成分、および前景の成分から、その画素値が構成されているので、歪み領域ともいえる。混合領域は、更に、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域に分類される。
【００５８】
カバードバックグラウンド領域は、前景領域に対して、前景のオブジェクトの進行方向の前端部に対応する位置の混合領域であり、時間の経過に対応して背景成分が前景に覆い隠される領域をいう。
【００５９】
これに対して、アンカバードバックグラウンド領域は、前景領域に対して、前景のオブジェクトの進行方向の後端部に対応する位置の混合領域であり、時間の経過に対応して背景成分が現れる領域をいう。
【００６０】
このように、前景領域、背景領域、またはカバードバックグラウンド領域若しくはアンカバードバックグラウンド領域を含む画像が、領域特定部１０３、混合比算出部１０４、および前景背景分離部１０５に入力画像として入力される。
【００６１】
図７は、以上のような、背景領域、前景領域、混合領域、カバードバックグラウンド領域、およびアンカバードバックグラウンド領域を説明する図である。図６に示す画像に対応する場合、背景領域は、静止部分であり、前景領域は、動き部分であり、混合領域のカバードバックグラウンド領域は、背景から前景に変化する部分であり、混合領域のアンカバードバックグラウンド領域は、前景から背景に変化する部分である。
【００６２】
図８は、静止している前景に対応するオブジェクトおよび静止している背景に対応するオブジェクトを撮像した画像における、隣接して１列に並んでいる画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。例えば、隣接して１列に並んでいる画素として、画面の１つのライン上に並んでいる画素を選択することができる。
【００６３】
図８に示すF01乃至F04の画素値は、静止している前景のオブジェクトに対応する画素の画素値である。図８に示すB01乃至B04の画素値は、静止している背景のオブジェクトに対応する画素の画素値である。
【００６４】
図８における縦方向は、図中の上から下に向かって時間が経過する。図８中の矩形の上辺の位置は、センサが入力された光の電荷への変換を開始する時刻に対応し、図８中の矩形の下辺の位置は、センサが入力された光の電荷への変換を終了する時刻に対応する。すなわち、図８中の矩形の上辺から下辺までの距離は、シャッタ時間に対応する。
【００６５】
以下において、シャッタ時間とフレーム間隔とが同一である場合を例に説明する。
【００６６】
図８における横方向は、図６で説明した空間方向Xに対応する。より具体的には、図８に示す例において、図８中の”F01”と記載された矩形の左辺から”B04”と記載された矩形の右辺までの距離は、画素のピッチの８倍、すなわち、連続している８つの画素の間隔に対応する。
【００６７】
前景のオブジェクトおよび背景のオブジェクトが静止している場合、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される光は変化しない。
【００６８】
ここで、シャッタ時間に対応する期間を２つ以上の同じ長さの期間に分割する。例えば、仮想分割数を４とすると、図８に示すモデル図は、図９に示すモデルとして表すことができる。仮想分割数は、前景に対応するオブジェクトのシャッタ時間内での動き量vなどに対応して設定される。例えば、４である動き量vに対応して、仮想分割数は、４とされ、シャッタ時間に対応する期間は４つに分割される。
【００６９】
図中の最も上の行は、シャッタが開いて最初の、分割された期間に対応する。
図中の上から２番目の行は、シャッタが開いて２番目の、分割された期間に対応する。図中の上から３番目の行は、シャッタが開いて３番目の、分割された期間に対応する。図中の上から４番目の行は、シャッタが開いて４番目の、分割された期間に対応する。
【００７０】
以下、動き量vに対応して分割されたシャッタ時間をシャッタ時間/vとも称する。
【００７１】
前景に対応するオブジェクトが静止しているとき、センサに入力される光は変化しないので、前景の成分F01/vは、画素値F01を仮想分割数で除した値に等しい。同様に、前景に対応するオブジェクトが静止しているとき、前景の成分F02/vは、画素値F02を仮想分割数で除した値に等しく、前景の成分F03/vは、画素値F03を仮想分割数で除した値に等しく、前景の成分F04/vは、画素値F04を仮想分割数で除した値に等しい。
【００７２】
背景に対応するオブジェクトが静止しているとき、センサに入力される光は変化しないので、背景の成分B01/vは、画素値B01を仮想分割数で除した値に等しい。同様に、背景に対応するオブジェクトが静止しているとき、背景の成分B02/vは、画素値B02を仮想分割数で除した値に等しく、B03/vは、画素値B03を仮想分割数で除した値に等しく、B04/vは、画素値B04を仮想分割数で除した値に等しい。
【００７３】
すなわち、前景に対応するオブジェクトが静止している場合、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される前景のオブジェクトに対応する光が変化しないので、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vと、シャッタが開いて２番目の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vと、シャッタが開いて３番目の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vと、シャッタが開いて４番目の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vとは、同じ値となる。F02/v乃至F04/vも、F01/vと同様の関係を有する。
【００７４】
背景に対応するオブジェクトが静止している場合、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される背景のオブジェクトに対応する光は変化しないので、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vと、シャッタが開いて２番目の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vと、シャッタが開いて３番目の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vと、シャッタが開いて４番目の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vとは、同じ値となる。B02/v乃至B04/vも、同様の関係を有する。
【００７５】
次に、前景に対応するオブジェクトが移動し、背景に対応するオブジェクトが静止している場合について説明する。
【００７６】
図１０は、前景に対応するオブジェクトが図中の右側に向かって移動する場合の、カバードバックグラウンド領域を含む、１つのライン上の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１０において、前景の動き量vは、４である。１フレームは短い時間なので、前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で移動していると仮定することができる。図１０において、前景に対応するオブジェクトの画像は、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分右側に表示されるように移動する。
【００７７】
図１０において、最も左側の画素乃至左から４番目の画素は、前景領域に属する。図１０において、左から５番目乃至左から７番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。図１０において、最も右側の画素は、背景領域に属する。
【００７８】
前景に対応するオブジェクトが時間の経過と共に背景に対応するオブジェクトを覆い隠すように移動しているので、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値に含まれる成分は、シャッタ時間に対応する期間のある時点で、背景の成分から、前景の成分に替わる。
【００７９】
例えば、図１０中に太線枠を付した画素値Mは、式（１）で表される。
【００８０】
M=B02/v+B02/v+F07/v+F06/v （１）
【００８１】
例えば、左から５番目の画素は、１つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、３つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から５番目の画素の混合比αは、1/4である。左から６番目の画素は、２つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、２つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から６番目の画素の混合比αは、1/2である。左から７番目の画素は、３つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、１つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から７番目の画素の混合比αは、3/4である。
【００８２】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F07/vは、図１０中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F07/vは、図１０中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００８３】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分F06/vは、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F06/vは、図１０中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００８４】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分F05/vは、図１０中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vのに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F05/vは、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００８５】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の最も左側の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分F04/vは、図１０中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F04/vは、図１０中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００８６】
動いているオブジェクトに対応する前景の領域は、このように動きボケを含むので、歪み領域とも言える。
【００８７】
図１１は、前景が図中の右側に向かって移動する場合の、アンカバードバックグラウンド領域を含む、１つのライン上の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１１において、前景の動き量vは、４である。１フレームは短い時間なので、前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で移動していると仮定することができる。図１１において、前景に対応するオブジェクトの画像は、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分右側に移動する。
【００８８】
図１１において、最も左側の画素乃至左から４番目の画素は、背景領域に属する。図１１において、左から５番目乃至左から７番目の画素は、アンカバードバックグラウンドである混合領域に属する。図１１において、最も右側の画素は、前景領域に属する。
【００８９】
背景に対応するオブジェクトを覆っていた前景に対応するオブジェクトが時間の経過と共に背景に対応するオブジェクトの前から取り除かれるように移動しているので、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値に含まれる成分は、シャッタ時間に対応する期間のある時点で、前景の成分から、背景の成分に替わる。
【００９０】
例えば、図１１中に太線枠を付した画素値M'は、式（２）で表される。
【００９１】
M'=F02/v+F01/v+B26/v+B26/v （２）
【００９２】
例えば、左から５番目の画素は、３つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、１つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から５番目の画素の混合比αは、3/4である。左から６番目の画素は、２つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、２つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から６番目の画素の混合比αは、1/2である。左から７番目の画素は、１つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、３つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から７番目の画素の混合比αは、1/4である。
【００９３】
式（１）および式（２）をより一般化すると、画素値Mは、式（３）で表される。
【００９４】
【数１】
ここで、αは、混合比である。Ｂは、背景の画素値であり、Fi/vは、前景の成分である。
【００９５】
前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で動くと仮定でき、かつ、動き量vが４であるので、例えば、図１１中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F01/vは、図１１中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、F01/vは、図１１中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１１中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００９６】
前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で動くと仮定でき、かつ、仮想分割数が４であるので、例えば、図１１中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F02/vは、図１１中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F02/vは、図１１中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。
【００９７】
前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で動くと仮定でき、かつ、動き量vが４であるので、例えば、図１１中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F03/vは、図１１中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。
【００９８】
図９乃至図１１の説明において、仮想分割数は、４であるとして説明したが、仮想分割数は、動き量vに対応する。動き量vは、一般に、前景に対応するオブジェクトの移動速度に対応する。例えば、前景に対応するオブジェクトが、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分右側に表示されるように移動しているとき、動き量vは、４とされる。動き量vに対応し、仮想分割数は、４とされる。同様に、例えば、前景に対応するオブジェクトが、あるフレームを基準として次のフレームにおいて６画素分左側に表示されるように移動しているとき、動き量vは、６とされ、仮想分割数は、６とされる。
【００９９】
図１２および図１３に、以上で説明した、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域若しくはアンカバードバックグラウンド領域から成る混合領域と、分割されたシャッタ時間に対応する前景の成分および背景の成分との関係を示す。
【０１００】
図１２は、静止している背景の前を移動しているオブジェクトに対応する前景を含む画像から、前景領域、背景領域、および混合領域の画素を抽出した例を示す。図１２に示す例において、前景に対応するオブジェクトは、画面に対して水平に移動している。
【０１０１】
フレーム#n+1は、フレーム#nの次のフレームであり、フレーム#n+2は、フレーム#n+1の次のフレームである。
【０１０２】
フレーム#n乃至フレーム#n+2のいずれかから抽出した、前景領域、背景領域、および混合領域の画素を抽出して、動き量vを４として、抽出された画素の画素値を時間方向に展開したモデルを図１３に示す。
【０１０３】
前景領域の画素値は、前景に対応するオブジェクトが移動するので、シャッタ時間/vの期間に対応する、４つの異なる前景の成分から構成される。例えば、図１３に示す前景領域の画素のうち最も左側に位置する画素は、F01/v,F02/v,F03/v、およびF04/vから構成される。すなわち、前景領域の画素は、動きボケを含んでいる。
【０１０４】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される背景に対応する光は変化しない。この場合、背景領域の画素値は、動きボケを含まない。
【０１０５】
カバードバックグラウンド領域若しくはアンカバードバックグラウンド領域から成る混合領域に属する画素の画素値は、前景の成分と、背景の成分とから構成される。
【０１０６】
次に、オブジェクトに対応する画像が動いているとき、複数のフレームにおける、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデルについて説明する。例えば、オブジェクトに対応する画像が画面に対して水平に動いているとき、隣接して１列に並んでいる画素として、画面の１つのライン上に並んでいる画素を選択することができる。
【０１０７】
図１４は、静止している背景に対応するオブジェクトを撮像した画像の３つのフレームの、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。フレーム#nは、フレーム#n-1の次のフレームであり、フレーム#n+1は、フレーム#nの次のフレームである。他のフレームも同様に称する。
【０１０８】
図１４に示すB01乃至B12の画素値は、静止している背景のオブジェクトに対応する画素の画素値である。背景に対応するオブジェクトが静止しているので、フレーム#n-1乃至フレームn+1において、対応する画素の画素値は、変化しない。例えば、フレーム#n-1におけるB05の画素値を有する画素の位置に対応する、フレーム#nにおける画素、およびフレーム#n+1における画素は、それぞれ、B05の画素値を有する。
【０１０９】
図１５は、静止している背景に対応するオブジェクトと共に図中の右側に移動する前景に対応するオブジェクトを撮像した画像の３つのフレームの、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１５に示すモデルは、カバードバックグラウンド領域を含む。
【０１１０】
図１５において、前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、前景の動き量vは、４であり、仮想分割数は、４である。
【０１１１】
例えば、図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなり、図１５中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F12/vとなる。図１５中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１５中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなる。
【０１１２】
図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなり、図１５中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F11/vとなる。図１５中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなる。
【０１１３】
図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F10/vとなり、図１５中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F10/vとなる。図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F09/vとなる。
【０１１４】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１５中のフレーム#n-1の左から２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの背景の成分は、B01/vとなる。図１５中のフレーム#n-1の左から３番目の画素の、シャッタが開いて最初および２番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B02/vとなる。図１５中のフレーム#n-1の左から４番目の画素の、シャッタが開いて最初乃至３番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B03/vとなる。
【０１１５】
図１５中のフレーム#n-1において、最も左側の画素は、前景領域に属し、左側から２番目乃至４番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１１６】
図１５中のフレーム#n-1の左から５番目の画素乃至１２番目の画素は、背景領域に属し、その画素値は、それぞれ、B04乃至B11となる。
【０１１７】
図１５中のフレーム#nの左から１番目の画素乃至５番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#nの前景領域における、シャッタ時間/vの前景の成分は、F05/v乃至F12/vのいずれかである。
【０１１８】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなり、図１５中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F12/vとなる。図１５中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１５中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなる。
【０１１９】
図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなり、図１５中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F11/vとなる。図１５中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなる。
【０１２０】
図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F10/vとなり、図１５中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F10/vとなる。図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F09/vとなる。
【０１２１】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１５中のフレーム#nの左から６番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの背景の成分は、B05/vとなる。図１５中のフレーム#nの左から７番目の画素の、シャッタが開いて最初および２番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B06/vとなる。図１５中のフレーム#nの左から８番目の画素の、シャッタが開いて最初乃至３番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B07/vとなる。
【０１２２】
図１５中のフレーム#nにおいて、左側から６番目乃至８番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１２３】
図１５中のフレーム#nの左から９番目の画素乃至１２番目の画素は、背景領域に属し、画素値は、それぞれ、B08乃至B11となる。
【０１２４】
図１５中のフレーム#n+1の左から１番目の画素乃至９番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#n+1の前景領域における、シャッタ時間/vの前景の成分は、F01/v乃至F12/vのいずれかである。
【０１２５】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなり、図１５中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F12/vとなる。図１５中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１５中の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなる。
【０１２６】
図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの期間の前景の成分は、F11/vとなり、図１５中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F11/vとなる。図１５中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて４番目の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなる。
【０１２７】
図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて３番目の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F10/vとなり、図１５中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F10/vとなる。図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F09/vとなる。
【０１２８】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１５中のフレーム#n+1の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの背景の成分は、B09/vとなる。図１５中のフレーム#n+1の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて最初および２番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B10/vとなる。図１５中のフレーム#n+1の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて最初乃至３番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B11/vとなる。
【０１２９】
図１５中のフレーム#n+1において、左側から１０番目乃至１２番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に対応する。
【０１３０】
図１６は、図１５に示す画素値から前景の成分を抽出した画像のモデル図である。
【０１３１】
図１７は、静止している背景と共に図中の右側に移動するオブジェクトに対応する前景を撮像した画像の３つのフレームの、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１７において、アンカバードバックグラウンド領域が含まれている。
【０１３２】
図１７において、前景に対応するオブジェクトは、剛体であり、かつ等速で移動していると仮定できる。前景に対応するオブジェクトが、次のフレームにおいて４画素分右側に表示されるように移動しているので、動き量vは、４である。
【０１３３】
例えば、図１７中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなり、図１７中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F13/vとなる。図１７中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１７中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなる。
【０１３４】
図１７中のフレーム#n-1の左から２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F14/vとなり、図１７中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F14/vとなる。図１７中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F15/vとなる。
【０１３５】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１７中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて２番目乃至４番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B25/vとなる。図１７中のフレーム#n-1の左から２番目の画素の、シャッタが開いて３番目および４番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B26/vとなる。図１７中のフレーム#n-1の左から３番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B27/vとなる。
【０１３６】
図１７中のフレーム#n-1において、最も左側の画素乃至３番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１３７】
図１７中のフレーム#n-1の左から４番目の画素乃至１２番目の画素は、前景領域に属する。フレームの前景の成分は、F13/v乃至F24/vのいずれかである。
【０１３８】
図１７中のフレーム#nの最も左側の画素乃至左から４番目の画素は、背景領域に属し、画素値は、それぞれ、B25乃至B28となる。
【０１３９】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１７中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなり、図１７中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F13/vとなる。図１７中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１７中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなる。
【０１４０】
図１７中のフレーム#nの左から６番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F14/vとなり、図１７中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F14/vとなる。図１７中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F15/vとなる。
【０１４１】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１７中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて２番目乃至４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B29/vとなる。図１７中のフレーム#nの左から６番目の画素の、シャッタが開いて３番目および４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B30/vとなる。図１７中のフレーム#nの左から７番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B31/vとなる。
【０１４２】
図１７中のフレーム#nにおいて、左から５番目の画素乃至７番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１４３】
図１７中のフレーム#nの左から８番目の画素乃至１２番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#nの前景領域における、シャッタ時間/vの期間に対応する値は、F13/v乃至F20/vのいずれかである。
【０１４４】
図１７中のフレーム#n+1の最も左側の画素乃至左から８番目の画素は、背景領域に属し、画素値は、それぞれ、B25乃至B32となる。
【０１４５】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１７中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなり、図１７中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F13/vとなる。図１７中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１７中の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなる。
【０１４６】
図１７中のフレーム#n+1の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F14/vとなり、図１７中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F14/vとなる。図１７中の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F15/vとなる。
【０１４７】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１７中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて２番目乃至４番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B33/vとなる。図１７中のフレーム#n+1の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて３番目および４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B34/vとなる。図１７中のフレーム#n+1の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B35/vとなる。
【０１４８】
図１７中のフレーム#n+1において、左から９番目の画素乃至１１番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１４９】
図１７中のフレーム#n+1の左から１２番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#n+1の前景領域における、シャッタ時間/vの前景の成分は、F13/v乃至F16/vのいずれかである。
【０１５０】
図１８は、図１７に示す画素値から前景の成分を抽出した画像のモデル図である。
【０１５１】
図２に戻り、領域特定部１０３は、複数のフレームの画素値を用いて、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域に属することを示すフラグを画素毎に対応付けて、領域情報として、混合比算出部１０４および動きボケ調整部１０６に供給する。
【０１５２】
混合比算出部１０４は、複数のフレームの画素値、および領域情報を基に、混合領域に含まれる画素について画素毎に混合比αを算出し、算出した混合比αを前景背景分離部１０５に供給する。
【０１５３】
前景背景分離部１０５は、複数のフレームの画素値、領域情報、および混合比αを基に、前景の成分のみからなる前景成分画像を抽出して、動きボケ調整部１０６に供給する。
【０１５４】
動きボケ調整部１０６は、前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像、動き検出部１０２から供給された動きベクトル、および領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、前景成分画像に含まれる動きボケの量を調整して、動きボケの量を調整した前景成分画像を出力する。
【０１５５】
図１９のフローチャートを参照して、信号処理装置による動きボケの量の調整の処理を説明する。ステップＳ１１において、領域特定部１０３は、入力画像を基に、入力画像の画素毎に前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを示す領域情報を生成する領域特定の処理を実行する。領域特定の処理の詳細は、後述する。
領域特定部１０３は、生成した領域情報を混合比算出部１０４に供給する。
【０１５６】
なお、ステップＳ１１において、領域特定部１０３は、入力画像を基に、入力画像の画素毎に前景領域、背景領域、または混合領域（カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域の区別をしない）のいずれかに属するかを示す領域情報を生成するようにしてもよい。この場合において、前景背景分離部１０５および動きボケ調整部１０６は、動きベクトルの方向を基に、混合領域がカバードバックグラウンド領域であるか、またはアンカバードバックグラウンド領域であるかを判定する。例えば、動きベクトルの方向に対応して、前景領域、混合領域、および背景領域と順に並んでいるとき、その混合領域は、カバードバックグラウンド領域と判定され、動きベクトルの方向に対応して、背景領域、混合領域、および前景領域と順に並んでいるとき、その混合領域は、アンカバードバックグラウンド領域と判定される。
【０１５７】
ステップＳ１２において、混合比算出部１０４は、入力画像および領域情報を基に、混合領域に含まれる画素毎に、混合比αを算出する。混合比算出の処理の詳細は、後述する。混合比算出部１０４は、算出した混合比αを前景背景分離部１０５に供給する。
【０１５８】
ステップＳ１３において、前景背景分離部１０５は、領域情報、および混合比αを基に、入力画像から前景の成分を抽出して、前景成分画像として動きボケ調整部１０６に供給する。
【０１５９】
ステップＳ１４において、動きボケ調整部１０６は、動きベクトルおよび領域情報を基に、動き方向に並ぶ連続した画素であって、アンカバードバックグラウンド領域、前景領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するものの画像上の位置を示す処理単位を生成し、処理単位に対応する前景成分に含まれる動きボケの量を調整する。動きボケの量の調整の処理の詳細については、後述する。
【０１６０】
ステップＳ１５において、信号処理装置は、画面全体について処理を終了したか否かを判定し、画面全体について処理を終了していないと判定された場合、ステップＳ１４に進み、処理単位に対応する前景の成分を対象とした動きボケの量の調整の処理を繰り返す。
【０１６１】
ステップＳ１５において、画面全体について処理を終了したと判定された場合、処理は終了する。
【０１６２】
このように、信号処理装置は、前景と背景を分離して、前景に含まれる動きボケの量を調整することができる。すなわち、信号処理装置は、前景の画素の画素値であるサンプルデータに含まれる動きボケの量を調整することができる。
【０１６３】
以下、領域特定部１０３、混合比算出部１０４、前景背景分離部１０５、および動きボケ調整部１０６のそれぞれの構成について説明する。
【０１６４】
図２０は、領域特定部１０３の構成を示すブロック図である。図２０に構成を示す領域特定部１０３は、動きベクトルを利用しない。
【０１６５】
背景動き補償部２０１は、入力画像の背景の動きを検出して、検出した背景の動きに対応して、入力画像を平行移動する。背景動き補償部２０１は、背景の動きに対応して、平行移動した入力画像を領域特定処理部２０２に供給する。
【０１６６】
領域特定処理部２０２に供給される画像は、画面上の背景の位置が一致している。
【０１６７】
領域特定処理部２０２は、背景動き補償部２０１から供給された、画面上の背景の位置が一致している画像を基に、各画素毎に、アンカバードバックグラウンド領域、静止領域、動き領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属することを示す領域情報を生成し、生成した領域情報を出力する。
【０１６８】
図２１は、領域特定部１０３のより詳細な構成を示すブロック図である。
【０１６９】
背景動き補償部２０１は、フレームメモリ２２１、動き取得部２２２−１乃至２２２−４、および画像シフト部２２３−１乃至２２３−４から構成される。
【０１７０】
領域特定処理部２０２は、フレームメモリ２２４、静動判定部２２５−１乃至２２５−４、領域判定部２２６−１乃至２２６−３、判定フラグ格納フレームメモリ２２７、合成部２２８、および判定フラグ格納フレームメモリ２２９から構成される。
【０１７１】
フレームメモリ２２１は、入力された画像をフレーム単位で記憶する。フレームメモリ２２１は、処理の対象がフレーム#nであるとき、フレーム#nの２つ前のフレームであるフレーム#n-2、フレーム#nの１つ前のフレームであるフレーム#n-1、フレーム#n、フレーム#nの１つ後のフレームであるフレーム#n+1、およびフレーム#nの２つ後のフレームであるフレーム#n+2を記憶する。
【０１７２】
動き取得部２２２−１は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+2から、所定の数の画素からなる注目ブロックを取得する。動き取得部２２２−１は、取得した注目ブロックを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#nの画像から、注目ブロックとパターンが一致する画像の部分を検索する。動き取得部２２２−１は、フレーム#n+2の注目ブロックの位置、および注目ブロックとパターンが一致する、フレーム#nの画像の部分の位置を基に、動きベクトルを生成する。
【０１７３】
動き取得部２２２−２は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+1から、所定の数の画素からなる注目ブロックを取得する。動き取得部２２２−２は、取得した注目ブロックを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#nの画像から、注目ブロックとパターンが一致する画像の部分を検索する。動き取得部２２２−２は、フレーム#n+1の注目ブロックの位置、および注目ブロックとパターンが一致する、フレーム#nの画像の部分の位置を基に、動きベクトルを生成する。
【０１７４】
動き取得部２２２−３は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-1から、所定の数の画素からなる注目ブロックを取得する。動き取得部２２２−３は、取得した注目ブロックを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#nの画像から、注目ブロックとパターンが一致する画像の部分を検索する。動き取得部２２２−３は、フレーム#n-1の注目ブロックの位置、および注目ブロックとパターンが一致する、フレーム#nの画像の部分の位置を基に、動きベクトルを生成する。
【０１７５】
動き取得部２２２−４は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-2から、所定の数の画素からなる注目ブロックを取得する。動き取得部２２２−４は、取得した注目ブロックを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#nの画像から、注目ブロックとパターンが一致する画像の部分を検索する。動き取得部２２２−４は、フレーム#n-2の注目ブロックの位置、および注目ブロックとパターンが一致する、フレーム#nの画像の部分の位置を基に、動きベクトルを生成する。
【０１７６】
以下、動き取得部２２２−１乃至２２２−４を個々に区別する必要がないとき、単に、動き取得部２２２と称する。
【０１７７】
例えば、図２２に示すように、動き取得部２２２は、１つのフレームの画像を、ｍ画素×ｎ画素からなる分割領域に分割し、分割された分割領域毎に、Ｍ画素×Ｎ画素からなる注目ブロックを選択する。
【０１７８】
動き取得部２２２は、各分割領域の注目ブロック毎に、対応するフレームの画像から、注目ブロックとパターンが一致する画像の部分を検索し、各注目ブロック毎に、動きベクトルを生成する。動き取得部２２２は、注目ブロック毎に生成された動きベクトルを基に、２つのフレームに対応する動きベクトルを生成する。例えば、動き取得部２２２は、注目ブロック毎に生成された動きベクトルの平均値を算出して、算出された動きベクトルを、２つのフレームに対応する動きベクトルとする。
【０１７９】
一般的に、入力画像の背景の画像オブジェクトが前景の画像オブジェクトに比較して大きいので、動き取得部２２２は、背景の画像オブジェクトの動きに対応する動きベクトルを出力することができる。
【０１８０】
なお、動き取得部２２２は、２つのフレームの画像を全画面ブロックマッチングを行うことにより、背景の画像オブジェクトの動きに対応する動きベクトルを生成するようにしてもよい。
【０１８１】
また、動き取得部２２２は、入力画像から背景の画像オブジェクトを抽出し、抽出された画像オブジェクトを基に、背景の画像オブジェクトの動きに対応する動きベクトルを生成するようにしてもよい。
【０１８２】
画像シフト部２２３−１は、動き取得部２２２−１から供給された背景の画像オブジェクトに対応する動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+2を平行移動して、平行移動したフレーム#n+2の画像を領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する。
【０１８３】
画像シフト部２２３−２は、動き取得部２２２−２から供給された背景の画像オブジェクトに対応する動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+1を平行移動して、平行移動したフレーム#n+1の画像を領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する。
【０１８４】
画像シフト部２２３−３は、動き取得部２２２−３から供給された背景の画像オブジェクトに対応する動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-1を平行移動して、平行移動したフレーム#n-1の画像を領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する。
【０１８５】
画像シフト部２２３−４は、動き取得部２２２−４から供給された背景の画像オブジェクトに対応する動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-2を平行移動して、平行移動したフレーム#n-2の画像を領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する。
【０１８６】
フレームメモリ２２１は、フレーム#nの画像を領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する。
【０１８７】
画像シフト部２２３−１乃至２２３−４およびフレームメモリ２２１が領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する画像は、画面上の背景の位置が一致している。
【０１８８】
領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４は、画像シフト部２２３−１乃至２２３−４またはフレームメモリ２２１から供給された画像をフレーム単位で記憶する。
【０１８９】
静動判定部２２５−１は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+2の画素の画素値、およびフレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素の画素値をフレームメモリ２２４から読み出して、読み出した画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２２５−１は、フレーム#n+2の画素値とフレーム#n+1の画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、差の絶対値が閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２２６−１に供給する。フレーム#n+2の画素の画素値とフレーム#n+1の画素の画素値との差の絶対値が閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２２５−１は、静止を示す静動判定を領域判定部２２６−１に供給する。
【０１９０】
静動判定部２２５−２は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素の画素値、およびフレーム#nの対象となる画素の画素値をフレームメモリ２２４から読み出して、画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２２５−２は、フレーム#n+1の画素値とフレーム#nの画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、画素値の差の絶対値が、閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２２６−１および領域判定部２２６−２に供給する。フレーム#n+1の画素の画素値とフレーム#nの画素の画素値との差の絶対値が、閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２２５−２は、静止を示す静動判定を領域判定部２２６−１および領域判定部２２６−２に供給する。
【０１９１】
静動判定部２２５−３は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画素値、およびフレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素の画素値をフレームメモリ２２４から読み出して、画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２２５−３は、フレーム#nの画素値とフレーム#n-1の画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、画素値の差の絶対値が、閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２２６−２および領域判定部２２６−３に供給する。フレーム#nの画素の画素値とフレーム#n-1の画素の画素値との差の絶対値が、閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２２５−３は、静止を示す静動判定を領域判定部２２６−２および領域判定部２２６−３に供給する。
【０１９２】
静動判定部２２５−４は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素の画素値、およびフレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-2の画素の画素値をフレームメモリ２２４から読み出して、画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２２５−４は、フレーム#n-1の画素値とフレーム#n-2の画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、画素値の差の絶対値が、閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２２６−３に供給する。フレーム#n-1の画素の画素値とフレーム#n-2の画素の画素値との差の絶対値が、閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２２５−４は、静止を示す静動判定を領域判定部２２６−３に供給する。
【０１９３】
領域判定部２２６−１は、静動判定部２２５−１から供給された静動判定が静止を示し、かつ、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応するアンカバードバックグラウンド領域判定フラグに、アンカバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。
【０１９４】
領域判定部２２６−１は、静動判定部２２５−１から供給された静動判定が動きを示すか、または、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がアンカバードバックグラウンド領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応するアンカバードバックグラウンド領域判定フラグに、アンカバードバックグラウンド領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０１９５】
領域判定部２２６−１は、このように”１”または”０”が設定されたアンカバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給する。
【０１９６】
領域判定部２２６−２は、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が静止を示し、かつ、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が静止領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応する静止領域判定フラグに、静止領域に属することを示す”１”を設定する。
【０１９７】
領域判定部２２６−２は、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が動きを示すか、または、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が静止領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応する静止領域判定フラグに、静止領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０１９８】
領域判定部２２６−２は、このように”１”または”０”が設定された静止領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給する。
【０１９９】
領域判定部２２６−２は、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が動きを示し、かつ、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が動き領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応する動き領域判定フラグに、動き領域に属することを示す”１”を設定する。
【０２００】
領域判定部２２６−２は、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が静止を示すか、または、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が動き領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応する動き領域判定フラグに、動き領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０２０１】
領域判定部２２６−２は、このように”１”または”０”が設定された動き領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給する。
【０２０２】
領域判定部２２６−３は、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が動きを示し、かつ、静動判定部２２５−４から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応するカバードバックグラウンド領域判定フラグに、カバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。
【０２０３】
領域判定部２２６−３は、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が静止を示すか、または、静動判定部２２５−４から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がカバードバックグラウンド領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応するカバードバックグラウンド領域判定フラグに、カバードバックグラウンド領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０２０４】
領域判定部２２６−３は、このように”１”または”０”が設定されたカバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給する。
【０２０５】
判定フラグ格納フレームメモリ２２７は、領域判定部２２６−１から供給されたアンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、領域判定部２２６−２から供給された静止領域判定フラグ、領域判定部２２６−２から供給された動き領域判定フラグ、および領域判定部２２６−３から供給されたカバードバックグラウンド領域判定フラグをそれぞれ記憶する。
【０２０６】
判定フラグ格納フレームメモリ２２７は、記憶しているアンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、静止領域判定フラグ、動き領域判定フラグ、およびカバードバックグラウンド領域判定フラグを合成部２２８に供給する。合成部２２８は、判定フラグ格納フレームメモリ２２７から供給された、アンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、静止領域判定フラグ、動き領域判定フラグ、およびカバードバックグラウンド領域判定フラグを基に、各画素が、アンカバードバックグラウンド領域、静止領域、動き領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属することを示す領域情報を生成し、判定フラグ格納フレームメモリ２２９に供給する。
【０２０７】
判定フラグ格納フレームメモリ２２９は、合成部２２８から供給された領域情報を記憶すると共に、記憶している領域情報を出力する。
【０２０８】
次に、領域特定部１０３の処理の例を図２３乃至図２７を参照して説明する。
【０２０９】
前景に対応するオブジェクトが移動しているとき、オブジェクトに対応する画像の画面上の位置は、フレーム毎に変化する。図２３に示すように、フレーム#nにおいて、画像内のある領域について、Yn(x1,y1)で示される位置に位置するオブジェクトに対応する画像は、次のフレームであるフレーム#n+1において、Yn+1(x2,y2)に位置する。
【０２１０】
前景のオブジェクトに対応する画像の動き方向に隣接して１列に並ぶ画素の画素値を時間方向に展開したモデル図を図２４に示す。例えば、前景のオブジェクトに対応する画像の動き方向が画面に対して水平であるとき、図２４におけるモデル図は、１つのライン上の隣接する画素の画素値を時間方向に展開したモデルを示す。
【０２１１】
図２４において、フレーム#nにおけるラインは、フレーム#n+1におけるラインと同一である。
【０２１２】
フレーム#nにおいて、左から２番目の画素乃至１３番目の画素に含まれているオブジェクトに対応する前景の成分は、フレーム#n+1において、左から６番目乃至１７番目の画素に含まれる。
【０２１３】
フレーム#nにおいて、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１１番目乃至１３番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から２番目乃至４番目の画素である。フレーム#n+1において、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１５番目乃至１７番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から６番目乃至８番目の画素である。
【０２１４】
図２４に示す例において、フレーム#nに含まれる前景の成分が、フレーム#n+1において４画素移動しているので、動き量vは、４である。仮想分割数は、動き量vに対応し、４である。
【０２１５】
次に、注目しているフレームの前後における混合領域に属する画素の画素値の変化について説明する。
【０２１６】
図２５に示す、背景が静止し、前景の動き量vが４であるフレーム#nにおいて、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１５番目乃至１７番目の画素である。動き量vが４であるので、１つ前のフレーム#n-1において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。また、更に１つ前のフレーム#n-2において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。
【０２１７】
ここで、背景に対応するオブジェクトが静止しているので、フレーム#n-1の左から１５番目の画素の画素値は、フレーム#n-2の左から１５番目の画素の画素値から変化しない。同様に、フレーム#n-1の左から１６番目の画素の画素値は、フレーム#n-2の左から１６番目の画素の画素値から変化せず、フレーム#n-1の左から１７番目の画素の画素値は、フレーム#n-2の左から１７番目の画素の画素値から変化しない。
【０２１８】
すなわち、フレーム#nにおけるカバードバックグラウンド領域に属する画素に対応する、フレーム#n-1およびフレーム#n-2の画素は、背景の成分のみから成り、画素値が変化しないので、その差の絶対値は、ほぼ０の値となる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素に対応する、フレーム#n-1およびフレーム#n-2の画素に対する静動判定は、静動判定部２２５−４により、静止と判定される。
【０２１９】
フレーム#nにおけるカバードバックグラウンド領域に属する画素は、前景の成分を含むので、フレーム#n-1における背景の成分のみから成る場合と、画素値が異なる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素、および対応するフレーム#n-1の画素に対する静動判定は、静動判定部２２５−３により、動きと判定される。
【０２２０】
このように、領域判定部２２６−３は、静動判定部２２５−３から動きを示す静動判定の結果が供給され、静動判定部２２５−４から静止を示す静動判定の結果が供給されたとき、対応する画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２２１】
図２６に示す、背景が静止し、前景の動き量vが４であるフレーム#nにおいて、アンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素は、左から２番目乃至４番目の画素である。動き量vが４であるので、１つ後のフレーム#n+1において、左から２番目乃至４番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。また、更に１つ後のフレーム#n+2において、左から２番目乃至４番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。
【０２２２】
ここで、背景に対応するオブジェクトが静止しているので、フレーム#n+2の左から２番目の画素の画素値は、フレーム#n+1の左から２番目の画素の画素値から変化しない。同様に、フレーム#n+2の左から３番目の画素の画素値は、フレーム#n+1の左から３番目の画素の画素値から変化せず、フレーム#n+2の左から４番目の画素の画素値は、フレーム#n+1の左から４番目の画素の画素値から変化しない。
【０２２３】
すなわち、フレーム#nにおけるアンカバードバックグラウンド領域に属する画素に対応する、フレーム#n+1およびフレーム#n+2の画素は、背景の成分のみから成り、画素値が変化しないので、その差の絶対値は、ほぼ０の値となる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素に対応する、フレーム#n+1およびフレーム#n+2の画素に対する静動判定は、静動判定部２２５−１により、静止と判定される。
【０２２４】
フレーム#nにおけるアンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、前景の成分を含むので、フレーム#n+1における背景の成分のみから成る場合と、画素値が異なる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素、および対応するフレーム#n+1の画素に対する静動判定は、静動判定部２２５−２により、動きと判定される。
【０２２５】
このように、領域判定部２２６−１は、静動判定部２２５−２から動きを示す静動判定の結果が供給され、静動判定部２２５−１から静止を示す静動判定の結果が供給されたとき、対応する画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２２６】
図２７は、フレーム#nにおける領域特定部１０３の判定条件を示す図である。フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-2の画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素とが静止と判定され、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素と、フレーム#nの画素とが動きと判定されたとき、領域特定部１０３は、フレーム#nの判定の対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２２７】
フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素と、フレーム#nの画素とが静止と判定され、フレーム#nの画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素とが静止と判定されたとき、領域特定部１０３は、フレーム#nの判定の対象となる画素が静止領域に属すると判定する。
【０２２８】
フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素と、フレーム#nの画素とが動きと判定され、フレーム#nの画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素とが動きと判定されたとき、領域特定部１０３は、フレーム#nの判定の対象となる画素が動き領域に属すると判定する。
【０２２９】
フレーム#nの画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素とが動きと判定され、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+2の画素とが静止と判定されたとき、領域特定部１０３は、フレーム#nの判定の対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２３０】
図２８は、領域特定部１０３の領域の特定の結果の例を示す図である。図２８（Ａ）において、カバードバックグラウンド領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。図２８（Ｂ）において、アンカバードバックグラウンド領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。
【０２３１】
図２８（Ｃ）において、動き領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。図２８（Ｄ）において、静止領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。
【０２３２】
図２９は、判定フラグ格納フレームメモリ２２９が出力する領域情報の内、混合領域を示す領域情報を画像として示す図である。図２９において、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定された画素、すなわち混合領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。判定フラグ格納フレームメモリ２２９が出力する混合領域を示す領域情報は、混合領域、および前景領域内のテクスチャの無い部分に囲まれたテクスチャの有る部分を示す。
【０２３３】
次に、図３０および図３１のフローチャートを参照して、領域特定部１０３の領域特定の処理を説明する。ステップＳ２０１において、フレームメモリ２２１は、判定の対象となるフレーム#nを含むフレーム#n-2乃至フレーム#n+2の画像を取得する。フレームメモリ２２１は、フレーム#nをフレームメモリ２２４に供給する。
【０２３４】
ステップＳ２０２において、動き取得部２２２−１は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+2の画像およびフレーム#nの画像を基に、フレーム#n+2とフレーム#nとの間の背景の動きベクトルを取得する。動き取得部２２２−１は、動きベクトルを画像シフト部２２３−１に供給する。
【０２３５】
ステップＳ２０３において、画像シフト部２２３−１は、動き取得部２２２−１から供給された動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+2の画像を平行移動し、平行移動したフレーム#n+2の画像をフレームメモリ２２４に供給する。
【０２３６】
ステップＳ２０４において、動き取得部２２２−２は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+1の画像およびフレーム#nの画像を基に、フレーム#n+1とフレーム#nとの間の背景の動きベクトルを取得する。動き取得部２２２−２は、動きベクトルを画像シフト部２２３−２に供給する。
【０２３７】
ステップＳ２０５において、画像シフト部２２３−２は、動き取得部２２２−２から供給された動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+1の画像を平行移動し、平行移動したフレーム#n+1の画像をフレームメモリ２２４に供給する。
【０２３８】
ステップＳ２０６において、動き取得部２２２−３は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-1の画像およびフレーム#nの画像を基に、フレーム#n-1とフレーム#nとの間の背景の動きベクトルを取得する。動き取得部２２２−３は、動きベクトルを画像シフト部２２３−３に供給する。
【０２３９】
ステップＳ２０７において、画像シフト部２２３−３は、動き取得部２２２−３から供給された動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-1の画像を平行移動し、平行移動したフレーム#n-1の画像をフレームメモリ２２４に供給する。
【０２４０】
ステップＳ２０８において、動き取得部２２２−４は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-2の画像およびフレーム#nの画像を基に、フレーム#n-2とフレーム#nとの間の背景の動きベクトルを取得する。動き取得部２２２−４は、動きベクトルを画像シフト部２２３−４に供給する。
【０２４１】
ステップＳ２０９において、画像シフト部２２３−４は、動き取得部２２２−４から供給された動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-2の画像を平行移動し、平行移動したフレーム#n-2の画像をフレームメモリ２２４に供給する。
【０２４２】
ステップＳ２１０において、静動判定部２２５−３は、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、静止か否かを判定し、静止と判定された場合、ステップＳ２１１に進み、静動判定部２２５−２は、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止か否かを判定する。
【０２４３】
ステップＳ２１１において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、ステップＳ２１２に進み、領域判定部２２６−２は、領域の判定される画素に対応する静止領域判定フラグに、静止領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２２６−２は、静止領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給し、手続きは、ステップＳ２１３に進む。
【０２４４】
ステップＳ２１０において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きと判定された場合、または、ステップＳ２１１において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、フレーム#nの画素が静止領域には属さないので、ステップＳ２１２の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２１３に進む。
【０２４５】
ステップＳ２１３において、静動判定部２２５−３は、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きか否かを判定し、動きと判定された場合、ステップＳ２１４に進み、静動判定部２２５−２は、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きか否かを判定する。
【０２４６】
ステップＳ２１４において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、ステップＳ２１５に進み、領域判定部２２６−２は、領域の判定される画素に対応する動き領域判定フラグに、動き領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２２６−２は、動き領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給し、手続きは、ステップＳ２１６に進む。
【０２４７】
ステップＳ２１３において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、静止と判定された場合、または、ステップＳ２１４において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、フレーム#nの画素が動き領域には属さないので、ステップＳ２１５の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２１６に進む。
【０２４８】
ステップＳ２１６において、静動判定部２２５−４は、フレーム#n-2の画素とフレーム#n-1の同一位置の画素とで、静止か否かを判定し、静止と判定された場合、ステップＳ２１７に進み、静動判定部２２５−３は、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きか否かを判定する。
【０２４９】
ステップＳ２１７において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きと判定された場合、ステップＳ２１８に進み、領域判定部２２６−３は、領域の判定される画素に対応するカバードバックグラウンド領域判定フラグに、カバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２２６−３は、カバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給し、手続きは、ステップＳ２１９に進む。
【０２５０】
ステップＳ２１６において、フレーム#n-2の画素とフレーム#n-1の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、または、ステップＳ２１７において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、静止と判定された場合、フレーム#nの画素がカバードバックグラウンド領域には属さないので、ステップＳ２１８の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２１９に進む。
【０２５１】
ステップＳ２１９において、静動判定部２２５−２は、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きか否かを判定し、動きと判定された場合、ステップＳ２２０に進み、静動判定部２２５−１は、フレーム#n+1の画素とフレーム#n+2の同一位置の画素とで、静止か否かを判定する。
【０２５２】
ステップＳ２２０において、フレーム#n+1の画素とフレーム#n+2の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、ステップＳ２２１に進み、領域判定部２２６−１は、領域の判定される画素に対応するアンカバードバックグラウンド領域判定フラグに、アンカバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２２６−１は、アンカバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給し、手続きは、ステップＳ２２２に進む。
【０２５３】
ステップＳ２１９において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、または、ステップＳ２２０において、フレーム#n+1の画素とフレーム#n+2の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、フレーム#nの画素がアンカバードバックグラウンド領域には属さないので、ステップＳ２２１の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２２２に進む。
【０２５４】
ステップＳ２２２において、領域特定部１０３は、フレーム#nの全ての画素について領域を特定したか否かを判定し、フレーム#nの全ての画素について領域を特定していないと判定された場合、手続きは、ステップＳ２１０に戻り、他の画素について、領域特定の処理を繰り返す。
【０２５５】
ステップＳ２２２において、フレーム#nの全ての画素について領域を特定したと判定された場合、ステップＳ２２３に進み、合成部２２８は、判定フラグ格納フレームメモリ２２７に記憶されているアンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、およびカバードバックグラウンド領域判定フラグを基に、混合領域を示す領域情報を生成し、更に、各画素が、アンカバードバックグラウンド領域、静止領域、動き領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属することを示す領域情報を生成し、生成した領域情報を判定フラグ格納フレームメモリ２２９に設定し、処理は終了する。
【０２５６】
このように、領域特定部１０３は、フレームに含まれている画素のそれぞれについて、動き領域、静止領域、アンカバードバックグラウンド領域、またはカバードバックグラウンド領域に属することを示す領域情報を生成することができる。領域特定部１０３は、背景の画像オブジェクトの位置を一致させてから、領域判定の処理を実行するので、より正確な領域情報を生成することができる。
【０２５７】
なお、領域特定部１０３は、アンカバードバックグラウンド領域およびカバードバックグラウンド領域に対応する領域情報に論理和を適用することにより、混合領域に対応する領域情報を生成して、フレームに含まれている画素のそれぞれについて、動き領域、静止領域、または混合領域に属することを示すフラグから成る領域情報を生成するようにしてもよい。
【０２５８】
前景に対応するオブジェクトがテクスチャを有する場合、領域特定部１０３は、より正確に動き領域を特定することができる。
【０２５９】
領域特定部１０３は、動き領域を示す領域情報を前景領域を示す領域情報として、また、静止領域を示す領域情報を背景領域を示す領域情報として出力することができる。
【０２６０】
図３２は、領域特定部１０３の他の構成を示すブロック図である。オブジェクト抽出部２５１は、入力画像から前景のオブジェクトに対応する前景の画像オブジェクトを抽出するとともに、前景の画像オブジェクトに対応する画素以外の画素に背景領域に属することを示す値を設定して、前景の画像オブジェクトおよび背景領域に属することを示す値から構成される領域特定オブジェクトを生成して、動き補償部２５２および減算部２５４に供給する。
【０２６１】
オブジェクト抽出部２５１は、例えば、入力画像に含まれる前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトの輪郭を検出することで、前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを抽出する。また、例えば、オブジェクト抽出部２５１は、内部に設けられている背景メモリに記憶されている背景の画像と、入力画像との差から、前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを抽出するようにしてもよい。
【０２６２】
さらに、例えば、オブジェクト抽出部２５１は、入力画像の動きを検出して、静止している画素に背景領域に属することを示す値を設定して、前景の画像オブジェクトおよび背景領域に属することを示す値から構成される領域特定オブジェクトを生成するようにしてもよい。
【０２６３】
オブジェクト抽出部２５１から出力される領域特定オブジェクトに含まれる画像オブジェクトは、前景領域に属す画素および混合領域に属する画素を含む。
【０２６４】
前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトの動き方向に隣接して１列に並ぶ画素の画素値を時間方向に展開したモデル図の例を図３３に示す。例えば、前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトの動き方向が画面に対して水平であるとき、図３３におけるモデル図は、１つのライン上の隣接する画素の画素値を時間方向に展開したモデルを示す。
【０２６５】
図３３において、フレーム#nにおけるラインは、フレーム#n-1におけるラインと同一である。
【０２６６】
フレーム#nにおいて、左から６番目の画素乃至１７番目の画素に含まれている前景のオブジェクトに対応する前景の成分は、フレーム#n-1において、左から２番目乃至１３番目の画素に含まれる。
【０２６７】
フレーム#n-1において、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１１番目乃至１３番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から２番目乃至４番目の画素である。
【０２６８】
フレーム#nにおいて、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１５番目乃至１７番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から６番目乃至８番目の画素である。
【０２６９】
フレーム#n-1において、背景領域に属する画素は、左から１番目の画素、および左から１４番目乃至２１番目の画素である。
【０２７０】
フレーム#nにおいて、背景領域に属する画素は、左から１番目乃至５番目の画素、および左から１８番目乃至２１番目の画素である。
【０２７１】
図３３に示す例に対応する、オブジェクト抽出部２５１が抽出する領域特定オブジェクトの例を図３４に示す。
【０２７２】
オブジェクト抽出部２５１は、入力画像の注目している画素が動いている画素、すなわち、前景の成分を含む、前景領域に属する画素または混合領域に属する画素であるとき、領域特定オブジェクトの対応する画素に、入力画像の注目している画素の画素値をそのまま設定する。
【０２７３】
オブジェクト抽出部２５１は、入力画像の注目している画素が静止している画素であるとき、領域特定オブジェクトの対応する画素に、背景領域に属することを示す値を設定する。
【０２７４】
このように、前景の成分を含む画素または背景領域に属することを示す値が設定された画素からなる領域特定オブジェクトが、動き補償部２５２および減算部２５４に供給される。
【０２７５】
動き補償部２５２は、動き検出部１０２から供給された動きベクトルおよびその位置情報を基に、オブジェクト抽出部２５１から供給された領域特定オブジェクトを動き補償する。図３５は、動き補償部２５２により、動き補償されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトの例を示す図である。動き補償されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトの前景領域に属する画素の位置は、フレーム#nの領域特定オブジェクトの前景領域に属する画素の位置に対応する。同様に、動き補償されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトの混合領域に属する画素の位置は、フレーム#nの領域特定オブジェクトの混合領域に属する画素の位置に対応する。
【０２７６】
動き補償部２５２は、動き補償された領域特定オブジェクトをフレームメモリ２５３に供給する。
【０２７７】
フレームメモリ２５３は、動き補償された領域特定オブジェクトをフレーム単位で記憶する。オブジェクト抽出部２５１から減算部２５４にフレーム#nの前景のオブジェクトに対応する領域特定オブジェクトが供給されるとき、フレームメモリ２５３は、フレーム#nの前のフレームであるフレーム#n-1の、動き補償された領域特定オブジェクトを減算部２５４に供給する。
【０２７８】
減算部２５４は、オブジェクト抽出部２５１から供給されたフレーム#nの領域特定オブジェクトの前景領域に属する画素の画素値から、対応する位置の、フレームメモリ２５３から供給されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトの前景領域に属する画素の画素値を減算して、前景領域に属する画素のフレーム差分を求める。
【０２７９】
減算部２５４は、オブジェクト抽出部２５１から供給されたフレーム#nの領域特定オブジェクトの混合領域に属する画素の画素値から、対応する位置の、フレームメモリ２５３から供給されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトの混合領域に属する画素の画素値を減じて、混合領域に属する画素のフレーム差分を求める。
【０２８０】
減算部２５４は、フレーム#nの領域特定オブジェクトの画素が、背景領域に属することを示す値が設定されているとき、減算を実行しない。
【０２８１】
減算部２５４は、前景領域に属する画素のフレーム差分、または混合領域に属する画素のフレーム差分を領域特定オブジェクトの対応する画素に設定し、前景領域に属する画素のフレーム差分、混合領域に属する画素のフレーム差分、または背景領域に属することを示す値が設定された領域特定オブジェクトをしきい値処理部２５５に供給する。
【０２８２】
しきい値処理部２５５は、入力されたしきい値Thと、減算部２５４から供給された領域特定オブジェクトの画素に設定された、前景領域に属する画素のフレーム差分、または混合領域に属する画素のフレーム差分とを比較する。しきい値処理部２５５は、領域特定オブジェクトのフレーム差分がしきい値Thより大きいと判定された場合、領域特定オブジェクトの対応する画素に、混合領域に属することを示す値を設定する。
【０２８３】
しきい値処理部２５５は、領域特定オブジェクトのフレーム差分がしきい値Th以下であると判定された場合、領域特定オブジェクトの対応する画素に、前景領域に属することを示す値を設定する。
【０２８４】
しきい値処理部２５５は、背景領域に属することを示す値、混合領域に属することを示す値、および前景領域に属することを示す値のいずれかがそれぞれの画素に設定された領域特定オブジェクトを、混合領域を示す情報を含む領域情報として外部に出力するか、または時間変化検出部２５６に出力する。
【０２８５】
図３６は、しきい値処理部２５５の処理の例を説明する図である。図３６に示すように、フレーム#n-1の前景領域に属する、前景の成分F01/v，F02/v,F03/v、およびF04/vから構成される画素P04の位置は、動き補償により、フレーム#nの前景領域に属する、前景の成分F01/v，F02/v,F03/v、およびF04/vから構成される画素C04の位置と一致する。
【０２８６】
フレーム#n-1の前景領域に属する、前景の成分F02/v，F03/v,F04/v、およびF05/vから構成される画素P05の位置は、動き補償により、フレーム#nの前景領域に属する、前景の成分F02/v，F03/v,F04/v、およびF05/vから構成される画素C05の位置と一致する。
【０２８７】
同様に、フレーム#n-1の前景領域に属する画素P06、画素P07、画素P08、および画素P09の位置は、動き補償により、フレーム#nの前景領域に属する、それぞれ同一の値を有する画素C06、画素C07、画素C08、または画素C09の位置と一致する。
【０２８８】
このように、前景領域に属する画素のフレーム差分は0となるので、しきい値処理部２５５は、フレーム差分がしきい値Th以下であると判定し、画素C04、画素C05、画素C06、画素C07、画素C08、および画素C09に、前景領域に属することを示す値を設定する。
【０２８９】
一方、動き補償により、フレーム#n-1の混合領域に属する画素P01の位置は、フレーム#nの前景領域に属する画素C01の位置に対応する。画素P01が、背景の成分B02/vを含むのに対して、画素C01は、背景の成分B06/vを含むので、減算部２５４は、背景の成分B02/vと背景の成分B06/vとに対応するフレーム差分を出力する。
【０２９０】
背景の成分B02/vが背景の成分B06/vと異なるので、しきい値処理部２５５は、フレーム差分がしきい値Thより大きいと判定し、画素C01に、混合領域に属することを示す値を設定する。
【０２９１】
動き補償により、フレーム#n-1の混合領域に属する画素P02の位置は、フレーム#nの前景領域に属する画素C02の位置に対応する。画素P02が、背景の成分B03/vを含むのに対して、画素C02は、背景の成分B07/vを含むので、減算部２５４は、背景の成分B03/vと背景の成分B07/vとに対応するフレーム差分を出力する。
【０２９２】
背景の成分B03/vが背景の成分B07/vと異なるので、しきい値処理部２５５は、フレーム差分がしきい値Thより大きいと判定し、画素C02に、混合領域に属することを示す値を設定する。
【０２９３】
同様に、減算部２５４は、混合領域に属する画素C03に対応して、背景の成分B04/vと背景の成分B08/vとに対応するフレーム差分を出力し、混合領域に属する画素C10に対応して、背景の成分B11/vと背景の成分B15/vとに対応するフレーム差分を出力し、混合領域に属する画素C11に対応して、背景の成分B12/vと背景の成分B16/vとに対応するフレーム差分を出力し、混合領域に属する画素C12に対応して、背景の成分B13/vと背景の成分B17/vとに対応するフレーム差分を出力する。
【０２９４】
従って、しきい値処理部２５５は、画素C03、画素C10、画素C11、および画素C12のそれぞれに、混合領域に属することを示す値を設定する。
【０２９５】
時間変化検出部２５６は、しきい値処理部２５５から供給された、混合領域を示す情報を含む領域情報を基に、さらに、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を特定して、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を示す情報を含む領域情報を生成する。
【０２９６】
図３７は、時間変化検出部２５６の構成を説明するブロック図である。フレームメモリ２６１は、フレーム#nの画素について領域を判定するとき、しきい値処理部２５５から供給された、フレーム#n-1、およびフレーム#nの混合領域を示す情報を含む領域情報を記憶する。
【０２９７】
領域判定部２６２は、フレームメモリ２６１に記憶されているフレーム#n-1、およびフレーム#nの混合領域を示す情報を含む領域情報を基に、フレーム#nの混合領域の各画素について、カバードバックグラウンド領域に属するか、またはアンカバードバックグラウンド領域に属するかを判定して、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を示す情報を含む領域情報を生成し、生成した領域情報を出力する。
【０２９８】
図３８および図３９に示すように、フレーム#nの混合領域に属する画素に対応する、フレーム#n-1の画素が前景領域に属するとき、フレーム#nの混合領域に属する画素は、アンカバードバックグラウンド領域に属する。
【０２９９】
フレーム#nの混合領域に属する画素に対応する、フレーム#n-1の画素が背景領域に属するとき、フレーム#nの混合領域に属する画素は、カバードバックグラウンド領域に属する。
【０３００】
領域判定部２６２は、図４０に示すように、フレーム#n-1の対応する画素が前景領域に属するとき、フレーム#nの混合領域に属する画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定し、フレーム#n-1の対応する画素が背景領域に属するとき、フレーム#nの混合領域に属する画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０３０１】
次に、図４１のフローチャートを参照して、領域特定部１０３の領域特定の処理を説明する。ステップＳ２５１において、領域特定部１０３のオブジェクト抽出部２５１は、入力画像を基に、例えば、輪郭検出の処理により、前景のオブジェクトに対応する前景の画像オブジェクトを抽出するとともに、背景領域に属する画素に背景領域に属することを示す値を設定して、領域特定オブジェクトを生成する。オブジェクト抽出部２５１は、生成した領域特定オブジェクトを動き補償部２５２および減算部２５４に供給する。
【０３０２】
ステップＳ２５２において、動き補償部２５２は、動き検出部１０２から供給された動きベクトルおよびその位置情報を基に、オブジェクト抽出部２５１から供給された領域特定オブジェクトを動き補償する。動き補償部２５２は、動き補償された領域特定オブジェクトをフレームメモリ２５３に供給する。フレームメモリ２５３は、動き補償された領域特定オブジェクトを記憶し、記憶されている領域特定オブジェクトを減算部２５４に供給する。
【０３０３】
ステップＳ２５３において、減算部２５４は、オブジェクト抽出部２５１から供給されたフレーム#nの領域特定オブジェクトと、動き補償された、フレームメモリ２５３から供給されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトとの差分を求め、求められた差分をしきい値処理部２５５に供給する。
【０３０４】
ステップＳ２５４において、しきい値処理部２５５は、しきい値Thを基に、フレーム#nの領域特定オブジェクトと、動き補償されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトとの差分から、混合領域を検出し、混合領域を示す情報を含む領域情報を外部に出力するか、または時間変化検出部２５６に供給する。
【０３０５】
ステップＳ２５５において、時間変化検出部２５６は、混合領域を示す情報を含む領域情報を基に、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を検出する処理を実行して、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を示す情報を含む領域情報を生成し、生成した領域情報を出力し、処理は終了する。
【０３０６】
次に、図４２のフローチャートを参照して、図４１のステップＳ２５５に対応する、混合領域を処理の対象とする、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を検出する処理の詳細を説明する。
【０３０７】
ステップＳ２６１において、時間変化検出部２５６の領域判定部２６２は、混合領域に属する注目している画素に対応する、前のフレームの画素が前景領域に属するか否かを判定し、前のフレームの対応する画素が前景領域に属すると判定された場合、ステップＳ２６２に進み、注目している画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると設定し、処理は終了する。
【０３０８】
ステップＳ２６１において、前のフレームの対応する画素が背景領域に属すると判定された場合、ステップＳ２６３に進み、領域判定部２６２は、注目している画素がカバードバックグラウンド領域に属すると設定し、処理は終了する。
【０３０９】
このように、領域特定部１０３は、注目している画素が存在するフレームの、前景のオブジェクトに対応する前景の画像オブジェクト、および注目している画素が存在するフレームの前のフレームの、動き補償された前景の画像オブジェクトを基に、注目している画素が前景領域、背景領域、および混合領域のいずれかに属するかを特定して、特定した結果に対応する領域情報を生成することができる。
【０３１０】
さらに、領域特定部１０３は、注目している画素が存在するフレームの前のフレームの領域情報を基に、混合領域に属する注目している画素が、アンカバードバックグラウンド領域に属するか否か、またはカバードバックグラウンド領域に属するか否かを検出することができる。
【０３１１】
図４３は、領域特定部１０３のさらに他の構成を示すブロック図である。図３２に示す場合と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０３１２】
識別部２８１は、動き検出部１０２から供給された動きベクトルおよびその位置情報、並びにしきい値処理部２５５から供給された混合領域を示す情報を含む領域情報を基に、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を特定して、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を示す情報を含む領域情報を生成して、生成した領域情報を出力する。
【０３１３】
図４４は、識別部２８１の判定の処理を説明する図である。前景のオブジェクトに対応する前景の画像オブジェクトの動き方向の先端部に注目している画素が位置するとき、注目している画素は、カバードバックグラウンド領域に属する。前景のオブジェクトに対応する前景の画像オブジェクトの動き方向の後端部に注目している画素が位置するとき、注目している画素は、アンカバードバックグラウンド領域に属する。
従って、識別部２８１は、混合領域に属する注目している画素の位置を基準として、動きベクトルで示される位置の画素が前景領域に属するとき、注目している画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。識別部２８１は、前景領域に属する所定の画素の位置を基準として、混合領域に属する注目している画素の位置が動きベクトルで示されるとき、注目している画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０３１４】
図４５のフローチャートを参照して、混合領域を処理の対象とする、識別部２８１によるカバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域の検出の処理を説明する。
【０３１５】
ステップＳ２８１において、識別部２８１は、注目している画素が前景のオブジェクトの動き方向の先端部に位置するか否かを判定し、注目している画素が前景のオブジェクトの動き方向の先端部に位置すると判定された場合、ステップＳ２８２に進み、注目している画素がカバードバックグラウンド領域に属する旨を設定して、処理は終了する。
【０３１６】
ステップＳ２８１において、注目している画素が前景のオブジェクトの動き方向の先端部に位置しないと判定された場合、注目している画素が前景のオブジェクトの動き方向の後端部に位置するので、識別部２８１は、ステップＳ２８３に進み、注目している画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する旨を設定して、処理は終了する。
【０３１７】
このように、領域特定部１０３は、動きベクトルを基に、混合領域に属する注目している画素がカバードバックグラウンド領域に属するか、またはアンカバードバックグラウンド領域に属するかを識別することができる。
【０３１８】
図４６は、混合比算出部１０４の構成の一例を示すブロック図である。推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、カバードバックグラウンド領域のモデルに対応する演算により、画素毎に推定混合比を算出して、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。
【０３１９】
推定混合比処理部４０２は、入力画像を基に、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する演算により、画素毎に推定混合比を算出して、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。
【０３２０】
前景に対応するオブジェクトがシャッタ時間内に等速で動いていると仮定できるので、混合領域に属する画素の混合比αは、以下の性質を有する。すなわち、混合比αは、画素の位置の変化に対応して、直線的に変化する。画素の位置の変化を１次元とすれば、混合比αの変化は、直線で表現することができ、画素の位置の変化を２次元とすれば、混合比αの変化は、平面で表現することができる。
【０３２１】
なお、１フレームの期間は短いので、前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で移動していると仮定が成り立つ。
【０３２２】
この場合、混合比αの傾きは、前景のシャッタ時間内での動き量vの逆比となる。
【０３２３】
理想的な混合比αの例を図４７に示す。理想的な混合比αの混合領域における傾きlは、動き量vの逆数として表すことができる。
【０３２４】
図４７に示すように、理想的な混合比αは、背景領域において、１の値を有し、前景領域において、０の値を有し、混合領域において、０を越え１未満の値を有する。
【０３２５】
図４８の例において、フレーム#nの左から７番目の画素の画素値C06は、フレーム#n-1の左から７番目の画素の画素値P06を用いて、式（４）で表すことができる。
【０３２６】
【数２】
【０３２７】
式（４）において、画素値C06を混合領域の画素の画素値Mと、画素値P06を背景領域の画素の画素値Bと表現する。すなわち、混合領域の画素の画素値Mおよび背景領域の画素の画素値Bは、それぞれ、式（５）および式（６）のように表現することができる。
【０３２８】
M=C06 （５）
B=P06 （６）
【０３２９】
式（４）中の2/vは、混合比αに対応する。動き量vが４なので、フレーム#nの左から７番目の画素の混合比αは、0.5となる。
【０３３０】
以上のように、注目しているフレーム#nの画素値Cを混合領域の画素値と見なし、フレーム#nの前のフレーム#n-1の画素値Pを背景領域の画素値と見なすことで、混合比αを示す式（３）は、式（７）のように書き換えられる。
【０３３１】
C=α・P+f （７）
式（７）のfは、注目している画素に含まれる前景の成分の和ΣiFi/vである。式（７）に含まれる変数は、混合比αおよび前景の成分の和fの２つである。
【０３３２】
同様に、アンカバードバックグラウンド領域における、動き量vが４であり、時間方向の仮想分割数が４である、画素値を時間方向に展開したモデルを図４９に示す。
【０３３３】
アンカバードバックグラウンド領域において、上述したカバードバックグラウンド領域における表現と同様に、注目しているフレーム#nの画素値Cを混合領域の画素値と見なし、フレーム#nの後のフレーム#n+1の画素値Nを背景領域の画素値と見なすことで、混合比αを示す式（３）は、式（８）のように表現することができる。
【０３３４】
C=α・N+f （８）
【０３３５】
なお、背景のオブジェクトが静止しているとして説明したが、背景のオブジェクトが動いている場合においても、背景の動き量vに対応させた位置の画素の画素値を利用することにより、式（４）乃至式（８）を適用することができる。例えば、図４８において、背景に対応するオブジェクトの動き量vが２であり、仮想分割数が２であるとき、背景に対応するオブジェクトが図中の右側に動いているとき、式（６）における背景領域の画素の画素値Bは、画素値P04とされる。
【０３３６】
式（７）および式（８）は、それぞれ２つの変数を含むので、そのままでは混合比αを求めることができない。ここで、画像は一般的に空間的に相関が強いので近接する画素同士でほぼ同じ画素値となる。
【０３３７】
そこで、前景成分は、空間的に相関が強いので、前景の成分の和fを前または後のフレームから導き出せるように式を変形して、混合比αを求める。
【０３３８】
図５０のフレーム#nの左から７番目の画素の画素値Mcは、式（９）で表すことができる。
【０３３９】
【数３】
式（９）の右辺第１項の2/vは、混合比αに相当する。式（９）の右辺第２項は、後のフレーム#n+1の画素値を利用して、式（１０）のように表すこととする。
【０３４０】
【数４】
【０３４１】
ここで、前景の成分の空間相関を利用して、式（１１）が成立するとする。
【０３４２】
F=F05=F06=F07=F08=F09=F10=F11=F12 （１１）
式（１０）は、式（１１）を利用して、式（１２）のように置き換えることができる。
【０３４３】
【数５】
【０３４４】
結果として、βは、式（１３）で表すことができる。
【０３４５】
β=2/4 （１３）
【０３４６】
一般的に、式（１１）に示すように混合領域に関係する前景の成分が等しいと仮定すると、混合領域の全ての画素について、内分比の関係から式（１４）が成立する。
【０３４７】
β=1-α （１４）
【０３４８】
式（１４）が成立するとすれば、式（７）は、式（１５）に示すように展開することができる。
【０３４９】
【数６】
【０３５０】
同様に、式（１４）が成立するとすれば、式（８）は、式（１６）に示すように展開することができる。
【０３５１】
【数７】
【０３５２】
式（１５）および式（１６）において、C，N、およびPは、既知の画素値なので、式（１５）および式（１６）に含まれる変数は、混合比αのみである。式（１５）および式（１６）における、C，N、およびPの関係を図５１に示す。Cは、混合比αを算出する、フレーム#nの注目している画素の画素値である。Nは、注目している画素と空間方向の位置が対応する、フレーム#n+1の画素の画素値である。Pは、注目している画素と空間方向の位置が対応する、フレーム#n-1の画素の画素値である。
【０３５３】
従って、式（１５）および式（１６）のそれぞれに１つの変数が含まれることとなるので、３つのフレームの画素の画素値を利用して、混合比αを算出することができる。式（１５）および式（１６）を解くことにより、正しい混合比αが算出されるための条件は、混合領域に関係する前景の成分が等しい、すなわち、前景のオブジェクトが静止しているとき撮像された前景の画像オブジェクトにおいて、前景のオブジェクトの動きの方向に対応する、画像オブジェクトの境界に位置する画素であって、動き量vの２倍の数の連続している画素の画素値が、一定であることである。
【０３５４】
以上のように、カバードバックグラウンド領域に属する画素の混合比αは、式（１７）により算出され、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の混合比αは、式（１８）により算出される。
【０３５５】
α=(C-N)/(P-N) （１７）
α=(C-P)/(N-P) （１８）
【０３５６】
図５２は、推定混合比処理部４０１の構成を示すブロック図である。フレームメモリ４２１は、入力された画像をフレーム単位で記憶し、入力画像として入力されているフレームから１つ後のフレームをフレームメモリ４２２および混合比演算部４２３に供給する。
【０３５７】
フレームメモリ４２２は、入力された画像をフレーム単位で記憶し、フレームメモリ４２１から供給されているフレームから１つ後のフレームを混合比演算部４２３に供給する。
【０３５８】
従って、入力画像としてフレーム#n+1が混合比演算部４２３に入力されているとき、フレームメモリ４２１は、フレーム#nを混合比演算部４２３に供給し、フレームメモリ４２２は、フレーム#n-1を混合比演算部４２３に供給する。
【０３５９】
混合比演算部４２３は、式（１７）に示す演算により、フレーム#nの注目している画素の画素値C、注目している画素と空間的位置が対応する、フレーム#n+1の画素の画素値N、および注目している画素と空間的位置が対応する、フレーム#n-1の画素の画素値Pを基に、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を出力する。例えば、背景が静止しているとき、混合比演算部４２３は、フレーム#nの注目している画素の画素値C、注目している画素とフレーム内の位置が同じ、フレーム#n+1の画素の画素値N、および注目している画素とフレーム内の位置が同じ、フレーム#n-1の画素の画素値Pを基に、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を出力する。
【０３６０】
このように、推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を算出して、混合比決定部４０３に供給することができる。
【０３６１】
なお、推定混合比処理部４０２は、推定混合比処理部４０１が式（１７）に示す演算により、注目している画素の推定混合比を算出するのに対して、式（１８）に示す演算により、注目している画素の推定混合比を算出する部分が異なることを除き、推定混合比処理部４０１と同様なので、その説明は省略する。
【０３６２】
図５３は、推定混合比処理部４０１により算出された推定混合比の例を示す図である。図５３に示す推定混合比は、等速で動いているオブジェクトに対応する前景の動き量vが１１である場合の結果を、１ラインに対して示すものである。
【０３６３】
推定混合比は、混合領域において、図４７に示すように、ほぼ直線的に変化していることがわかる。
【０３６４】
図４６に戻り、混合比決定部４０３は、領域特定部１０３から供給された、混合比αの算出の対象となる画素が、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを示す領域情報を基に、混合比αを設定する。混合比決定部４０３は、対象となる画素が前景領域に属する場合、０を混合比αに設定し、対象となる画素が背景領域に属する場合、１を混合比αに設定し、対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０１から供給された推定混合比を混合比αに設定し、対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０２から供給された推定混合比を混合比αに設定する。混合比決定部４０３は、領域情報を基に設定した混合比αを出力する。
【０３６５】
図５４は、混合比算出部１０４の他の構成を示すブロック図である。選択部４４１は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、カバードバックグラウンド領域に属する画素および、これに対応する前および後のフレームの画素を推定混合比処理部４４２に供給する。選択部４４１は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素および、これに対応する前および後のフレームの画素を推定混合比処理部４４３に供給する。
【０３６６】
推定混合比処理部４４２は、選択部４４１から入力された画素値を基に、式（１７）に示す演算により、カバードバックグラウンド領域に属する、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を選択部４４４に供給する。
【０３６７】
推定混合比処理部４４３は、選択部４４１から入力された画素値を基に、式（１８）に示す演算により、アンカバードバックグラウンド領域に属する、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を選択部４４４に供給する。
【０３６８】
選択部４４４は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、対象となる画素が前景領域に属する場合、０である推定混合比を選択して、混合比αに設定し、対象となる画素が背景領域に属する場合、１である推定混合比を選択して、混合比αに設定する。選択部４４４は、対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４４２から供給された推定混合比を選択して混合比αに設定し、対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４４３から供給された推定混合比を選択して混合比αに設定する。選択部４４４は、領域情報を基に選択して設定した混合比αを出力する。
【０３６９】
このように、図５４に示す他の構成を有する混合比算出部１０４は、画像の含まれる画素毎に混合比αを算出して、算出した混合比αを出力することができる。
【０３７０】
図５５のフローチャートを参照して、図４６に構成を示す混合比算出部１０４の混合比αの算出の処理を説明する。ステップＳ４０１において、混合比算出部１０４は、領域特定部１０３から供給された領域情報を取得する。ステップＳ４０２において、推定混合比処理部４０１は、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルにより推定混合比の演算の処理を実行し、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。混合比推定の演算の処理の詳細は、図５６のフローチャートを参照して、後述する。
【０３７１】
ステップＳ４０３において、推定混合比処理部４０２は、アンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルにより推定混合比の演算の処理を実行し、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。
【０３７２】
ステップＳ４０４において、混合比算出部１０４は、フレーム全体について、混合比αを推定したか否かを判定し、フレーム全体について、混合比αを推定していないと判定された場合、ステップＳ４０２に戻り、次の画素について混合比αを推定する処理を実行する。
【０３７３】
ステップＳ４０４において、フレーム全体について、混合比αを推定したと判定された場合、ステップＳ４０５に進み、混合比決定部４０３は、画素が、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを示す、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、混合比αを設定する。混合比決定部４０３は、対象となる画素が前景領域に属する場合、０を混合比αに設定し、対象となる画素が背景領域に属する場合、１を混合比αに設定し、対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０１から供給された推定混合比を混合比αに設定し、対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０２から供給された推定混合比を混合比αに設定し、処理は終了する。
【０３７４】
このように、混合比算出部１０４は、領域特定部１０３から供給された領域情報、および入力画像を基に、各画素に対応する特徴量である混合比αを算出することができる。
【０３７５】
図５４に構成を示す混合比算出部１０４の混合比αの算出の処理は、図５５のフローチャートで説明した処理と同様なので、その説明は省略する。
【０３７６】
次に、図５５のステップＳ４０２に対応する、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理を図５６のフローチャートを参照して説明する。
【０３７７】
ステップＳ４２１において、混合比演算部４２３は、フレームメモリ４２１から、フレーム#nの注目画素の画素値Cを取得する。
【０３７８】
ステップＳ４２２において、混合比演算部４２３は、フレームメモリ４２２から、注目画素に対応する、フレーム#n-1の画素の画素値Pを取得する。
【０３７９】
ステップＳ４２３において、混合比演算部４２３は、入力画像に含まれる注目画素に対応する、フレーム#n+1の画素の画素値Nを取得する。
【０３８０】
ステップＳ４２４において、混合比演算部４２３は、フレーム#nの注目画素の画素値C、フレーム#n-1の画素の画素値P、およびフレーム#n+1の画素の画素値Nを基に、推定混合比を演算する。
【０３８１】
ステップＳ４２５において、混合比演算部４２３は、フレーム全体について、推定混合比を演算する処理を終了したか否かを判定し、フレーム全体について、推定混合比を演算する処理を終了していないと判定された場合、ステップＳ４２１に戻り、次の画素について推定混合比を算出する処理を繰り返す。
【０３８２】
ステップＳ４２５において、フレーム全体について、推定混合比を演算する処理を終了したと判定された場合、処理は終了する。
【０３８３】
このように、推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を演算することができる。
【０３８４】
図５５のステップＳ４０３におけるアンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理は、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する式を利用した、図５６のフローチャートに示す処理と同様なので、その説明は省略する。
【０３８５】
なお、図５４に示す推定混合比処理部４４２および推定混合比処理部４４３は、図５６に示すフローチャートと同様の処理を実行して推定混合比を演算するので、その説明は省略する。
【０３８６】
また、背景に対応するオブジェクトが静止しているとして説明したが、背景領域に対応する画像が動きを含んでいても上述した混合比αを求める処理を適用することができる。例えば、背景領域に対応する画像が一様に動いているとき、推定混合比処理部４０１は、背景の動きに対応して画像全体をシフトさせ、背景に対応するオブジェクトが静止している場合と同様に処理する。また、背景領域に対応する画像が局所毎に異なる背景の動きを含んでいるとき、推定混合比処理部４０１は、混合領域に属する画素に対応する画素として、背景の動きに対応した画素を選択して、上述の処理を実行する。
【０３８７】
また、混合比算出部１０４は、全ての画素について、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理のみを実行して、算出された推定混合比を混合比αとして出力するようにしてもよい。この場合において、混合比αは、カバードバックグラウンド領域に属する画素について、背景の成分の割合を示し、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素について、前景の成分の割合を示す。アンカバードバックグラウンド領域に属する画素について、このように算出された混合比αと１との差分の絶対値を算出して、算出した絶対値を混合比αに設定すれば、信号処理装置は、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素について、背景の成分の割合を示す混合比αを求めることができる。
【０３８８】
なお、同様に、混合比算出部１０４は、全ての画素について、アンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理のみを実行して、算出された推定混合比を混合比αとして出力するようにしてもよい。
【０３８９】
次に、混合比αが直線的に変化する性質を利用して混合比αを算出する混合比算出部１０４について説明する。
【０３９０】
上述したように、式（７）および式（８）は、それぞれ２つの変数を含むので、そのままでは混合比αを求めることができない。
【０３９１】
そこで、シャッタ時間内において、前景に対応するオブジェクトが等速で動くことによる、画素の位置の変化に対応して、混合比αが直線的に変化する性質を利用して、空間方向に、混合比αと前景の成分の和fとを近似した式を立てる。混合領域に属する画素の画素値および背景領域に属する画素の画素値の組の複数を利用して、混合比αと前景の成分の和fとを近似した式を解く。
【０３９２】
混合比αの変化を、直線として近似すると、混合比αは、式（１９）で表される。
【０３９３】
α=il+p （１９）
式（１９）において、iは、注目している画素の位置を０とした空間方向のインデックスである。lは、混合比αの直線の傾きである。pは、混合比αの直線の切片である共に、注目している画素の混合比αである。式（１９）において、インデックスiは、既知であるが、傾きlおよび切片pは、未知である。
【０３９４】
インデックスi、傾きl、および切片pの関係を図５７に示す。
【０３９５】
混合比αを式（１９）のように近似することにより、複数の画素に対して複数の異なる混合比αは、２つの変数で表現される。図５７に示す例において、５つの画素に対する５つの混合比は、２つの変数である傾きlおよび切片pにより表現される。
【０３９６】
図５８に示す平面で混合比αを近似すると、画像の水平方向および垂直方向の２つの方向に対応する動きvを考慮したとき、式（１９）を平面に拡張して、混合比αは、式（２０）で表される。
【０３９７】
α=jm+kq+p （２０）
式（２０）において、jは、注目している画素の位置を０とした水平方向のインデックスであり、kは、垂直方向のインデックスである。mは、混合比αの面の水平方向の傾きであり、qは、混合比αの面の垂直方向の傾きである。pは、混合比αの面の切片である。
【０３９８】
例えば、図４８に示すフレーム#nにおいて、C05乃至C07について、それぞれ、式（２１）乃至式（２３）が成立する。
【０３９９】
C05=α05・B05/v+f05 （２１）
C06=α06・B06/v+f06 （２２）
C07=α07・B07/v+f07 （２３）
【０４００】
前景の成分が近傍で一致する、すなわち、F01乃至F03が等しいとして、F01乃至F03をFcに置き換えると式（２４）が成立する。
【０４０１】
f(x)=(1-α(x))・Fc （２４）
式（２４）において、xは、空間方向の位置を表す。
【０４０２】
α（ｘ）を式（２０）で置き換えると、式（２４）は、式（２５）として表すことができる。
【０４０３】
【０４０４】
式（２５）において、（-m・Fc）、（-q・Fc）、および(1-p)・Fcは、式（２６）乃至式（２８）に示すように置き換えられている。
【０４０５】
s=-m・Fc （２６）
t=-q・Fc （２７）
u=(1-p)・Fc （２８）
【０４０６】
式（２５）において、jは、注目している画素の位置を０とした水平方向のインデックスであり、kは、垂直方向のインデックスである。
【０４０７】
このように、前景に対応するオブジェクトがシャッタ時間内において等速に移動し、前景に対応する成分が近傍において一定であるという仮定が成立するので、前景の成分の和は、式（２５）で近似される。
【０４０８】
なお、混合比αを直線で近似する場合、前景の成分の和は、式（２９）で表すことができる。
【０４０９】
f(x)=is+u （２９）
【０４１０】
式（９）の混合比αおよび前景成分の和を、式（２０）および式（２５）を利用して置き換えると、画素値Mは、式（３０）で表される。
【０４１１】
【０４１２】
式（３０）において、未知の変数は、混合比αの面の水平方向の傾きm、混合比αの面の垂直方向の傾きq、混合比αの面の切片p、s、t、およびuの６つである。
【０４１３】
注目している画素の近傍の画素に対応させて、式（３０）に示す正規方程式に、画素値Mまたは画素値Bを設定し、画素値Mまたは画素値Bが設定された複数の正規方程式を最小自乗法で解いて、混合比αを算出する。
【０４１４】
例えば、注目している画素の水平方向のインデックスjを０とし、垂直方向のインデックスkを０とし、注目している画素の近傍の３×３の画素について、式（３０）に示す正規方程式に画素値Mまたは画素値Bを設定すると、式（３１）乃至式（３９）を得る。
【０４１５】
注目している画素の水平方向のインデックスjが０であり、垂直方向のインデックスkが０であるので、注目している画素の混合比αは、式（２０）より、j=0およびk=0のときの値、すなわち、切片pに等しい。
【０４１６】
従って、式（３１）乃至式（３９）の９つの式を基に、最小自乗法により、水平方向の傾きm、垂直方向の傾きq、切片p、s、t、およびuのそれぞれの値を算出し、切片pを混合比αとして出力すればよい。
【０４１７】
次に、最小自乗法を適用して混合比αを算出するより具体的な手順を説明する。
【０４１８】
インデックスiおよびインデックスkを１つのインデックスxで表現すると、インデックスi、インデックスk、およびインデックスxの関係は、式（４０）で表される。
【０４１９】
x=(j+1)・3+(k+1) （４０）
【０４２０】
水平方向の傾きm、垂直方向の傾きq、切片p、s、t、およびuをそれぞれ変数w0,w1,w2,w3,w4、およびW5と表現し、jB,kB,B,j,k、および1をそれぞれa0,a1,a2,a3,a4、およびa5と表現する。誤差exを考慮すると、式（３１）乃至式（３９）は、式（４１）に書き換えることができる。
【０４２１】
【数８】
式（４１）において、xは、０乃至８の整数のいずれかの値である。
【０４２２】
式（４１）から、式（４２）を導くことができる。
【０４２３】
【数９】
【０４２４】
ここで、最小自乗法を適用するため、誤差の自乗和Eを式（４３）に示すようにに定義する。
【０４２５】
【数１０】
【０４２６】
誤差が最小になるためには、誤差の自乗和Eに対する、変数Wvの偏微分が０になればよい。ここで、vは、０乃至５の整数のいずれかの値である。従って、式（４４）を満たすようにwyを求める。
【０４２７】
【数１１】
【０４２８】
式（４４）に式（４２）を代入すると、式（４５）を得る。
【０４２９】
【数１２】
【０４３０】
式（４５）のvに０乃至５の整数のいずれか１つを代入して得られる６つの式に、例えば、掃き出し法（Gauss-Jordanの消去法）などを適用して、wyを算出する。上述したように、w0は水平方向の傾きmであり、w1は垂直方向の傾きqであり、w2は切片pであり、w3はsであり、w4はtであり、w5はuである。
【０４３１】
以上のように、画素値Mおよび画素値Bを設定した式に、最小自乗法を適用することにより、水平方向の傾きm、垂直方向の傾きq、切片p、s、t、およびuを求めることができる。
【０４３２】
式（３１）乃至式（３９）に対応する説明において、混合領域に含まれる画素の画素値をMとし、背景領域に含まれる画素の画素値をBとして説明したが、注目している画素が、カバードバックグラウンド領域に含まれる場合、またはアンカバードバックグラウンド領域に含まれる場合のそれぞれに対して、正規方程式を立てる必要がある。
【０４３３】
例えば、図４８に示す、フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを求める場合、フレーム#nの画素のC04乃至C08、およびフレーム#n-1の画素の画素値P04乃至P08が、正規方程式に設定される。
【０４３４】
図４９に示す、フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを求める場合、フレーム#nの画素のC28乃至C32、およびフレーム#n+1の画素の画素値N28乃至N32が、正規方程式に設定される。
【０４３５】
また、例えば、図５９に示す、カバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、以下の式（４６）乃至式（５４）が立てられる。混合比αを算出する画素の画素値は、Mc5である。
Mc1=(-1)・Bc1・m+(-1)・Bc1・q+Bc1・p+(-1)・s+(-1)・t+u （４６）
Mc2=(0)・Bc2・m+(-1)・Bc2・q+Bc2・p+(0)・s+(-1)・t+u （４７）
Mc3=(+1)・Bc3・m+(-1)・Bc3・q+Bc3・p+(+1)・s+(-1)・t+u （４８）
Mc4=(-1)・Bc4・m+(0)・Bc4・q+Bc4・p+(-1)・s+(0)・t+u （４９）
Mc5=(0)・Bc5・m+(0)・Bc5・q+Bc5・p+(0)・s+(0)・t+u （５０）
Mc6=(+1)・Bc6・m+(0)・Bc6・q+Bc6・p+(+1)・s+(0)・t+u （５１）
Mc7=(-1)・Bc7・m+(+1)・Bc7・q+Bc7・p+(-1)・s+(+1)・t+u （５２）
Mc8=(0)・Bc8・m+(+1)・Bc8・q+Bc8・p+(0)・s+(+1)・t+u （５３）
Mc9=(+1)・Bc9・m+(+1)・Bc9・q+Bc9・p+(+1)・s+(+1)・t+u （５４）
【０４３６】
フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、式（４６）乃至式（５４）において、フレーム#nの画素に対応する、フレーム#n-1の画素の背景領域の画素の画素値Bc1乃至Bc9が使用される。
【０４３７】
図５９に示す、アンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、以下の式（５５）乃至式（６３）が立てられる。混合比αを算出する画素の画素値は、Mu5である。
Mu1=(-1)・Bu1・m+(-1)・Bu1・q+Bu1・p+(-1)・s+(-1)・t+u （５５）
Mu2=(0)・Bu2・m+(-1)・Bu2・q+Bu2・p+(0)・s+(-1)・t+u （５６）
Mu3=(+1)・Bu3・m+(-1)・Bu3・q+Bu3・p+(+1)・s+(-1)・t+u （５７）
Mu4=(-1)・Bu4・m+(0)・Bu4・q+Bu4・p+(-1)・s+(0)・t+u （５８）
Mu5=(0)・Bu5・m+(0)・Bu5・q+Bu5・p+(0)・s+(0)・t+u （５９）
Mu6=(+1)・Bu6・m+(0)・Bu6・q+Bu6・p+(+1)・s+(0)・t+u （６０）
Mu7=(-1)・Bu7・m+(+1)・Bu7・q+Bu7・p+(-1)・s+(+1)・t+u （６１）
Mu8=(0)・Bu8・m+(+1)・Bu8・q+Bu8・p+(0)・s+(+1)・t+u （６２）
Mu9=(+1)・Bu9・m+(+1)・Bu9・q+Bu9・p+(+1)・s+(+1)・t+u （６３）
【０４３８】
フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、式（５５）乃至式（６３）において、フレーム#nの画素に対応する、フレーム#n+1の画素の背景領域の画素の画素値Bu1乃至Bu9が使用される。
【０４３９】
図６０は、推定混合比処理部４０１の構成を示すブロック図である。推定混合比処理部４０１に入力された画像は、遅延部５０１および足し込み部５０２に供給される。
【０４４０】
遅延回路２２１は、入力画像を１フレーム遅延させ、足し込み部５０２に供給する。足し込み部５０２に、入力画像としてフレーム#nが入力されているとき、遅延回路２２１は、フレーム#n-1を足し込み部５０２に供給する。
【０４４１】
足し込み部５０２は、混合比αを算出する画素の近傍の画素の画素値、およびフレーム#n-1の画素値を、正規方程式に設定する。例えば、足し込み部５０２は、式（４６）乃至式（５４）に基づいて、正規方程式に画素値Mc1乃至Mc9および画素値Bc1乃至Bc9を設定する。足し込み部５０２は、画素値が設定された正規方程式を演算部５０３に供給する。
【０４４２】
演算部５０３は、足し込み部５０２から供給された正規方程式を掃き出し法などにより解いて推定混合比を求め、求められた推定混合比を出力する。
【０４４３】
このように、推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を算出して、混合比決定部４０３に供給することができる。
【０４４４】
なお、推定混合比処理部４０２は、推定混合比処理部４０１と同様の構成を有するので、その説明は省略する。
【０４４５】
図６１は、推定混合比処理部４０１により算出された推定混合比の例を示す図である。図６１に示す推定混合比は、等速で動いているオブジェクトに対応する前景の動きvが１１であり、７×７画素のブロックを単位として方程式を生成して算出された結果を、１ラインに対して示すものである。
【０４４６】
推定混合比は、混合領域において、図６０に示すように、ほぼ直線的に変化していることがわかる。
【０４４７】
次に、図６０に構成を示す推定混合比処理部４０１による、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理を図６２のフローチャートを参照して説明する。
【０４４８】
ステップＳ５２１において、足し込み部５０２は、入力された画像に含まれる画素値、および遅延回路２２１から供給される画像に含まれる画素値を、カバードバックグラウンド領域のモデルに対応する正規方程式に設定する。
【０４４９】
ステップＳ５２２において、推定混合比処理部４０１は、対象となる画素についての設定が終了したか否かを判定し、対象となる画素についての設定が終了していないと判定された場合、ステップＳ５２１に戻り、正規方程式への画素値の設定の処理を繰り返す。
【０４５０】
ステップＳ５２２において、対象となる画素についての画素値の設定が終了したと判定された場合、ステップＳ５２３に進み、演算部１７３は、画素値が設定された正規方程式を基に、推定混合比を演算して、求められた推定混合比を出力する。
【０４５１】
このように、図６０に構成を示す推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を演算することができる。
【０４５２】
アンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理は、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する正規方程式を利用した、図６２のフローチャートに示す処理と同様なので、その説明は省略する。
【０４５３】
なお、背景に対応するオブジェクトが静止しているとして説明したが、背景領域に対応する画像が動きを含んでいても上述した混合比を求める処理を適用することができる。例えば、背景領域に対応する画像が一様に動いているとき、推定混合比処理部４０１は、この動きに対応して画像全体をシフトさせ、背景に対応するオブジェクトが静止している場合と同様に処理する。また、背景領域に対応する画像が局所毎に異なる動きを含んでいるとき、推定混合比処理部４０１は、混合領域に属する画素に対応する画素として、動きに対応した画素を選択して、上述の処理を実行する。
【０４５４】
このように、混合比算出部１０２は、領域特定部１０１から供給された領域情報、および入力画像を基に、各画素に対応する特徴量である混合比αを算出することができる。
【０４５５】
混合比αを利用することにより、動いているオブジェクトに対応する画像に含まれる動きボケの情報を残したままで、画素値に含まれる前景の成分と背景の成分とを分離することが可能になる。
【０４５６】
また、混合比αに基づいて画像を合成すれば、実世界を実際に撮影し直したような動いているオブジェクトのスピードに合わせた正しい動きボケを含む画像を作ることが可能になる。
【０４５７】
次に、前景背景分離部１０５について説明する。図６３は、前景背景分離部１０５の構成の一例を示すブロック図である。前景背景分離部１０５に供給された入力画像は、分離部６０１、スイッチ６０２、およびスイッチ６０４に供給される。カバードバックグラウンド領域を示す情報、およびアンカバードバックグラウンド領域を示す、領域特定部１０３から供給された領域情報は、分離部６０１に供給される。前景領域を示す領域情報は、スイッチ６０２に供給される。背景領域を示す領域情報は、スイッチ６０４に供給される。
【０４５８】
混合比算出部１０４から供給された混合比αは、分離部６０１に供給される。
【０４５９】
分離部６０１は、カバードバックグラウンド領域を示す領域情報、アンカバードバックグラウンド領域を示す領域情報、および混合比αを基に、入力画像から前景の成分を分離して、分離した前景の成分を合成部６０３に供給するとともに、入力画像から背景の成分を分離して、分離した背景の成分を合成部６０５に供給する。
【０４６０】
スイッチ６０２は、前景領域を示す領域情報を基に、前景に対応する画素が入力されたとき、閉じられ、入力画像に含まれる前景に対応する画素のみを合成部６０３に供給する。
【０４６１】
スイッチ６０４は、背景領域を示す領域情報を基に、背景に対応する画素が入力されたとき、閉じられ、入力画像に含まれる背景に対応する画素のみを合成部６０５に供給する。
【０４６２】
合成部６０３は、分離部６０１から供給された前景に対応する成分、スイッチ６０２から供給された前景に対応する画素を基に、前景成分画像を合成し、合成した前景成分画像を出力する。前景領域と混合領域とは重複しないので、合成部６０３は、例えば、前景に対応する成分と、前景に対応する画素とに論理和の演算を適用して、前景成分画像を合成する。
【０４６３】
合成部６０３は、前景成分画像の合成の処理の最初に実行される初期化の処理において、内蔵しているフレームメモリに全ての画素値が０である画像を格納し、前景成分画像の合成の処理において、前景成分画像を格納（上書き）する。従って、合成部６０３が出力する前景成分画像の内、背景領域に対応する画素には、画素値として０が格納されている。
【０４６４】
合成部６０５は、分離部６０１から供給された背景に対応する成分、スイッチ６０４から供給された背景に対応する画素を基に、背景成分画像を合成して、合成した背景成分画像を出力する。背景領域と混合領域とは重複しないので、合成部６０５は、例えば、背景に対応する成分と、背景に対応する画素とに論理和の演算を適用して、背景成分画像を合成する。
【０４６５】
合成部６０５は、背景成分画像の合成の処理の最初に実行される初期化の処理において、内蔵しているフレームメモリに全ての画素値が０である画像を格納し、背景成分画像の合成の処理において、背景成分画像を格納（上書き）する。従って、合成部６０５が出力する背景成分画像の内、前景領域に対応する画素には、画素値として０が格納されている。
【０４６６】
図６４は、前景背景分離部１０５に入力される入力画像、並びに前景背景分離部１０５から出力される前景成分画像および背景成分画像を示す図である。
【０４６７】
図６４（Ａ）は、表示される画像の模式図であり、図６４（Ｂ）は、図６４（Ａ）に対応する前景領域に属する画素、背景領域に属する画素、および混合領域に属する画素を含む１ラインの画素を時間方向に展開したモデル図を示す。
【０４６８】
図６４（Ａ）および図６４（Ｂ）に示すように、前景背景分離部１０５から出力される背景成分画像は、背景領域に属する画素、および混合領域の画素に含まれる背景の成分から構成される。
【０４６９】
図６４（Ａ）および図６４（Ｂ）に示すように、前景背景分離部１０５から出力される前景成分画像は、前景領域に属する画素、および混合領域の画素に含まれる前景の成分から構成される。
【０４７０】
混合領域の画素の画素値は、前景背景分離部１０５により、背景の成分と、前景の成分とに分離される。分離された背景の成分は、背景領域に属する画素と共に、背景成分画像を構成する。分離された前景の成分は、前景領域に属する画素と共に、前景成分画像を構成する。
【０４７１】
このように、前景成分画像は、背景領域に対応する画素の画素値が０とされ、前景領域に対応する画素および混合領域に対応する画素に意味のある画素値が設定される。同様に、背景成分画像は、前景領域に対応する画素の画素値が０とされ、背景領域に対応する画素および混合領域に対応する画素に意味のある画素値が設定される。
【０４７２】
次に、分離部６０１が実行する、混合領域に属する画素から前景の成分、および背景の成分を分離する処理について説明する。
【０４７３】
図６５は、図中の左から右に移動するオブジェクトに対応する前景を含む、２つのフレームの前景の成分および背景の成分を示す画像のモデルである。図６５に示す画像のモデルにおいて、前景の動き量vは４であり、仮想分割数は、４とされている。
【０４７４】
フレーム#nにおいて、最も左の画素、および左から１４番目乃至１８番目の画素は、背景の成分のみから成り、背景領域に属する。フレーム#nにおいて、左から２番目乃至４番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、アンカバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#nにおいて、左から１１番目乃至１３番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、カバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#nにおいて、左から５番目乃至１０番目の画素は、前景の成分のみから成り、前景領域に属する。
【０４７５】
フレーム#n+1において、左から１番目乃至５番目の画素、および左から１８番目の画素は、背景の成分のみから成り、背景領域に属する。フレーム#n+1において、左から６番目乃至８番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、アンカバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#n+1において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、カバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#n+1において、左から９番目乃至１４番目の画素は、前景の成分のみから成り、前景領域に属する。
【０４７６】
図６６は、カバードバックグラウンド領域に属する画素から前景の成分を分離する処理を説明する図である。図６６において、α１乃至α１８は、フレーム#nにおける画素のぞれぞれに対応する混合比である。図６６において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、カバードバックグラウンド領域に属する。
【０４７７】
フレーム#nの左から１５番目の画素の画素値C15は、式（６４）で表される。
【０４７８】
ここで、α15は、フレーム#nの左から１５番目の画素の混合比である。P15は、フレーム#n-1の左から１５番目の画素の画素値である。
【０４７９】
式（６４）を基に、フレーム#nの左から１５番目の画素の前景の成分の和f15は、式（６５）で表される。
【０４８０】
【０４８１】
同様に、フレーム#nの左から１６番目の画素の前景の成分の和f16は、式（６６）で表され、フレーム#nの左から１７番目の画素の前景の成分の和f17は、式（６７）で表される。
【０４８２】
f16=C16-α16・P16 （６６）
f17=C17-α17・P17 （６７）
【０４８３】
このように、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値Cに含まれる前景の成分fcは、式（６８）で計算される。
【０４８４】
fc=C-α・P （６８）
Pは、１つ前のフレームの、対応する画素の画素値である。
【０４８５】
図６７は、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素から前景の成分を分離する処理を説明する図である。図６７において、α１乃至α１８は、フレーム#nにおける画素のぞれぞれに対応する混合比である。図６７において、左から２番目乃至４番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域に属する。
【０４８６】
フレーム#nの左から２番目の画素の画素値C02は、式（６９）で表される。
【０４８７】
ここで、α2は、フレーム#nの左から２番目の画素の混合比である。N02は、フレーム#n+1の左から２番目の画素の画素値である。
【０４８８】
式（６９）を基に、フレーム#nの左から２番目の画素の前景の成分の和f02は、式（７０）で表される。
【０４８９】
【０４９０】
同様に、フレーム#nの左から３番目の画素の前景の成分の和f03は、式（７１）で表され、フレーム#nの左から４番目の画素の前景の成分の和f04は、式（７２）で表される。
【０４９１】
f03=C03-α3・N03 （７１）
f04=C04-α4・N04 （７２）
【０４９２】
このように、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値Cに含まれる前景の成分fuは、式（７３）で計算される。
【０４９３】
fu=C-α・N （７３）
Nは、１つ後のフレームの、対応する画素の画素値である。
【０４９４】
このように、分離部６０１は、領域情報に含まれる、カバードバックグラウンド領域を示す情報、およびアンカバードバックグラウンド領域を示す情報、並びに画素毎の混合比αを基に、混合領域に属する画素から前景の成分、および背景の成分を分離することができる。
【０４９５】
図６８は、以上で説明した処理を実行する分離部６０１の構成の一例を示すブロック図である。分離部６０１に入力された画像は、フレームメモリ６２１に供給され、混合比算出部１０４から供給されたカバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を示す領域情報、並びに混合比αは、分離処理ブロック６２２に入力される。
【０４９６】
フレームメモリ６２１は、入力された画像をフレーム単位で記憶する。フレームメモリ６２１は、処理の対象がフレーム#nであるとき、フレーム#nの１つ前のフレームであるフレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#nの１つ後のフレームであるフレーム#n+1を記憶する。
【０４９７】
フレームメモリ６２１は、フレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の対応する画素を分離処理ブロック６２２に供給する。
【０４９８】
分離処理ブロック６２２は、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を示す領域情報、並びに混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の対応する画素の画素値に図６６および図６７を参照して説明した演算を適用して、フレーム#nの混合領域に属する画素から前景の成分および背景の成分を分離して、フレームメモリ６２３に供給する。
【０４９９】
分離処理ブロック６２２は、アンカバード領域処理部６３１、カバード領域処理部６３２、合成部６３３、および合成部６３４で構成されている。
【０５００】
アンカバード領域処理部６３１の乗算器６４１は、混合比αを、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#n+1の画素の画素値に乗じて、スイッチ６４２に出力する。スイッチ６４２は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素（フレーム#n+1の画素に対応する）がアンカバードバックグラウンド領域であるとき、閉じられ、乗算器６４１から供給された混合比αを乗じた画素値を演算器６４３および合成部６３４に供給する。スイッチ６４２から出力されるフレーム#n+1の画素の画素値に混合比αを乗じた値は、フレーム#nの対応する画素の画素値の背景の成分に等しい。
【０５０１】
演算器６４３は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素の画素値から、スイッチ６４２から供給された背景の成分を減じて、前景の成分を求める。演算器６４３は、アンカバードバックグラウンド領域に属する、フレーム#nの画素の前景の成分を合成部６３３に供給する。
【０５０２】
カバード領域処理部６３２の乗算器６５１は、混合比αを、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#n-1の画素の画素値に乗じて、スイッチ６５２に出力する。スイッチ６５２は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素（フレーム#n-1の画素に対応する）がカバードバックグラウンド領域であるとき、閉じられ、乗算器６５１から供給された混合比αを乗じた画素値を演算器６５３および合成部６３４に供給する。スイッチ６５２から出力されるフレーム#n-1の画素の画素値に混合比αを乗じた値は、フレーム#nの対応する画素の画素値の背景の成分に等しい。
【０５０３】
演算器６５３は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素の画素値から、スイッチ６５２から供給された背景の成分を減じて、前景の成分を求める。演算器６５３は、カバードバックグラウンド領域に属する、フレーム#nの画素の前景の成分を合成部６３３に供給する。
【０５０４】
合成部６３３は、フレーム#nの、演算器６４３から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分、および演算器６５３から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分を合成して、フレームメモリ６２３に供給する。
【０５０５】
合成部６３４は、フレーム#nの、スイッチ６４２から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分、およびスイッチ６５２から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分を合成して、フレームメモリ６２３に供給する。
【０５０６】
フレームメモリ６２３は、分離処理ブロック６２２から供給された、フレーム#nの混合領域の画素の前景の成分と、背景の成分とをそれぞれに記憶する。
【０５０７】
フレームメモリ６２３は、記憶しているフレーム#nの混合領域の画素の前景の成分、および記憶しているフレーム#nの混合領域の画素の背景の成分を出力する。
【０５０８】
特徴量である混合比αを利用することにより、画素値に含まれる前景の成分と背景の成分とを完全に分離することが可能になる。
【０５０９】
合成部６０３は、分離部６０１から出力された、フレーム#nの混合領域の画素の前景の成分と、前景領域に属する画素とを合成して前景成分画像を生成する。合成部６０５は、分離部６０１から出力された、フレーム#nの混合領域の画素の背景の成分と、背景領域に属する画素とを合成して背景成分画像を生成する。
【０５１０】
図６９は、図６５のフレーム#nに対応する、前景成分画像の例と、背景成分画像の例を示す図である。
【０５１１】
図６９（Ａ）は、図６５のフレーム#nに対応する、前景成分画像の例を示す。
最も左の画素、および左から１４番目の画素は、前景と背景が分離される前において、背景の成分のみから成っていたので、画素値が０とされる。
【０５１２】
左から２番目乃至４番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、アンカバードバックグラウンド領域に属し、背景の成分が０とされ、前景の成分がそのまま残されている。左から１１番目乃至１３番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、カバードバックグラウンド領域に属し、背景の成分が０とされ、前景の成分がそのまま残されている。左から５番目乃至１０番目の画素は、前景の成分のみから成るので、そのまま残される。
【０５１３】
図６９（Ｂ）は、図６５のフレーム#nに対応する、背景成分画像の例を示す。最も左の画素、および左から１４番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、背景の成分のみから成っていたので、そのまま残される。
【０５１４】
左から２番目乃至４番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、アンカバードバックグラウンド領域に属し、前景の成分が０とされ、背景の成分がそのまま残されている。左から１１番目乃至１３番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、カバードバックグラウンド領域に属し、前景の成分が０とされ、背景の成分がそのまま残されている。左から５番目乃至１０番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、前景の成分のみから成っていたので、画素値が０とされる。
【０５１５】
次に、図７０に示すフローチャートを参照して、前景背景分離部１０５による前景と背景との分離の処理を説明する。ステップＳ６０１において、分離部６０１のフレームメモリ６２１は、入力画像を取得し、前景と背景との分離の対象となるフレーム#nを、その前のフレーム#n-1およびその後のフレーム#n+1と共に記憶する。
【０５１６】
ステップＳ６０２において、分離部６０１の分離処理ブロック６２２は、混合比算出部１０４から供給された領域情報を取得する。ステップＳ６０３において、分離部６０１の分離処理ブロック６２２は、混合比算出部１０４から供給された混合比αを取得する。
【０５１７】
ステップＳ６０４において、アンカバード領域処理部６３１は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、背景の成分を抽出する。
【０５１８】
ステップＳ６０５において、アンカバード領域処理部６３１は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、前景の成分を抽出する。
【０５１９】
ステップＳ６０６において、カバード領域処理部６３２は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、背景の成分を抽出する。
【０５２０】
ステップＳ６０７において、カバード領域処理部６３２は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、前景の成分を抽出する。
【０５２１】
ステップＳ６０８において、合成部６３３は、ステップＳ６０５の処理で抽出されたアンカバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分と、ステップＳ６０７の処理で抽出されたカバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分とを合成する。合成された前景の成分は、合成部６０３に供給される。更に、合成部６０３は、スイッチ６０２を介して供給された前景領域に属する画素と、分離部６０１から供給された前景の成分とを合成して、前景成分画像を生成する。
【０５２２】
ステップＳ６０９において、合成部６３４は、ステップＳ６０４の処理で抽出されたアンカバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分と、ステップＳ６０６の処理で抽出されたカバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分とを合成する。合成された背景の成分は、合成部６０５に供給される。更に、合成部６０５は、スイッチ６０４を介して供給された背景領域に属する画素と、分離部６０１から供給された背景の成分とを合成して、背景成分画像を生成する。
【０５２３】
ステップＳ６１０において、合成部６０３は、前景成分画像を出力する。ステップＳ６１１において、合成部６０５は、背景成分画像を出力し、処理は終了する。
【０５２４】
このように、前景背景分離部１０５は、領域情報および混合比αを基に、入力画像から前景の成分と、背景の成分とを分離し、前景の成分のみから成る前景成分画像、および背景の成分のみから成る背景成分画像を出力することができる。
【０５２５】
次に、前景成分画像からの動きボケの量の調整について説明する。
【０５２６】
図７１は、動きボケ調整部１０６の構成の一例を示すブロック図である。動き検出部１０２から供給された動きベクトルとその位置情報、および領域特定部１０３から供給された領域情報は、処理単位決定部８０１およびモデル化部８０２に供給される。前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像は、足し込み部８０４に供給される。
【０５２７】
処理単位決定部８０１は、動きベクトルとその位置情報、および領域情報を基に、動きベクトルと共に、生成した処理単位をモデル化部８０２に供給する。処理単位決定部８０１は、生成した処理単位を足し込み部８０４に供給する。
【０５２８】
処理単位決定部８０１が生成する処理単位は、図７２に例を示すように、前景成分画像のカバードバックグラウンド領域に対応する画素から始まり、アンカバードバックグラウンド領域に対応する画素までの動き方向に並ぶ連続する画素、またはアンカバードバックグラウンド領域に対応する画素から始まり、カバードバックグラウンド領域に対応する画素までの動き方向に並ぶ連続する画素を示す。処理単位は、例えば、左上点（処理単位で指定される画素であって、画像上で最も左または最も上に位置する画素の位置）および右下点の２つのデータから成る。
【０５２９】
モデル化部８０２は、動きベクトルおよび入力された処理単位を基に、モデル化を実行する。より具体的には、例えば、モデル化部８０２は、処理単位に含まれる画素の数、画素値の時間方向の仮想分割数、および画素毎の前景の成分の数に対応する複数のモデルを予め記憶しておき、処理単位、および画素値の時間方向の仮想分割数を基に、図７３に示すような、画素値と前景の成分との対応を指定するモデルを選択するようにしても良い。
【０５３０】
例えば、処理単位に対応する画素の数が１２でありシャッタ時間内の動き量vが５であるときにおいては、モデル化部８０２は、仮想分割数を５とし、最も左に位置する画素が１つの前景の成分を含み、左から２番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から３番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から４番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から５番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から６番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から７番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から８番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から９番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から１０番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から１１番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から１２番目の画素が１つの前景の成分を含み、全体として８つの前景の成分から成るモデルを選択する。
【０５３１】
なお、モデル化部８０２は、予め記憶してあるモデルから選択するのではなく、動きベクトル、および処理単位が供給されたとき、動きベクトル、および処理単位を基に、モデルを生成するようにしてもよい。
【０５３２】
モデル化部８０２は、選択したモデルを方程式生成部８０３に供給する。
【０５３３】
方程式生成部８０３は、モデル化部８０２から供給されたモデルを基に、方程式を生成する。図７３に示す前景成分画像のモデルを参照して、前景の成分の数が８であり、処理単位に対応する画素の数が１２であり、動き量vが５であり、仮想分割数が５であるときの、方程式生成部８０３が生成する方程式について説明する。
【０５３４】
前景成分画像に含まれるシャッタ時間/vに対応する前景成分がF01/v乃至F08/vであるとき、F01/v乃至F08/vと画素値C01乃至C12との関係は、式（７４）乃至式（８５）で表される。
【０５３５】
【０５３６】
方程式生成部８０３は、生成した方程式を変形して方程式を生成する。方程式生成部８０３が生成する方程式を、式（８６）乃至式（９７）に示す。
【０５３７】
式（８６）乃至式（９７）は、式（９８）として表すこともできる。
【０５３８】
【数１３】
式（９８）において、jは、画素の位置を示す。この例において、jは、１乃至１２のいずれか１つの値を有する。また、iは、前景値の位置を示す。この例において、iは、１乃至８のいずれか１つの値を有する。aijは、iおよびjの値に対応して、０または１の値を有する。
【０５３９】
誤差を考慮して表現すると、式（９８）は、式（９９）のように表すことができる。
【０５４０】
【数１４】
式（９９）において、ejは、注目画素Cjに含まれる誤差である。
【０５４１】
式（９９）は、式（１００）に書き換えることができる。
【０５４２】
【数１５】
【０５４３】
ここで、最小自乗法を適用するため、誤差の自乗和Eを式（１０１）に示すように定義する。
【０５４４】
【数１６】
【０５４５】
誤差が最小になるためには、誤差の自乗和Eに対する、変数Fkによる偏微分の値が０になればよい。式（１０２）を満たすようにFkを求める。
【０５４６】
【数１７】
【０５４７】
式（１０２）において、動き量vは固定値であるから、式（１０３）を導くことができる。
【０５４８】
【数１８】
【０５４９】
式（１０３）を展開して、移項すると、式（１０４）を得る。
【０５５０】
【数１９】
【０５５１】
式（１０４）のkに１乃至８の整数のいずれか１つを代入して得られる８つの式に展開する。得られた８つの式を、行列により１つの式により表すことができる。この式を正規方程式と呼ぶ。
【０５５２】
このような最小自乗法に基づく、方程式生成部８０３が生成する正規方程式の例を式（１０５）に示す。
【０５５３】
【数２０】
【０５５４】
式（１０５）をA・F=v・Cと表すと、C,A,vが既知であり、Fは未知である。また、A,vは、モデル化の時点で既知だが、Cは、足し込み動作において画素値を入力することで既知となる。
【０５５５】
最小自乗法に基づく正規方程式により前景成分を算出することにより、画素Cに含まれている誤差を分散させることができる。
【０５５６】
方程式生成部８０３は、このように生成された正規方程式を足し込み部８０４に供給する。
【０５５７】
足し込み部８０４は、処理単位決定部８０１から供給された処理単位を基に、前景成分画像に含まれる画素値Cを、方程式生成部８０３から供給された行列の式に設定する。足し込み部８０４は、画素値Cを設定した行列を演算部８０５に供給する。
【０５５８】
演算部８０５は、掃き出し法（Gauss-Jordanの消去法）などの解法に基づく処理により、動きボケが除去された前景成分Fi/vを算出して、動きボケが除去された前景の画素値である、０乃至８の整数のいずれかのiに対応するFiを算出して、図７４に例を示す、動きボケが除去された画素値であるFiから成る、動きボケが除去された前景成分画像を動きボケ付加部８０６および選択部８０７に出力する。
【０５５９】
なお、図７４に示す動きボケが除去された前景成分画像において、C03乃至C10のそれぞれにF01乃至F08のそれぞれが設定されているのは、画面に対する前景成分画像の位置を変化させないためであり、任意の位置に対応させることができる。
【０５６０】
動きボケ付加部８０６は、動き量vとは異なる値の動きボケ調整量v'、例えば、動き量vの半分の値の動きボケ調整量v'や、動き量vと無関係の値の動きボケ調整量v'を与えることで、動きボケの量を調整することができる。例えば、図７５に示すように、動きボケ付加部８０６は、動きボケが除去された前景の画素値Fiを動きボケ調整量v'で除すことにより、前景成分Fi/v'を算出して、前景成分Fi/v'の和を算出して、動きボケの量が調整された画素値を生成する。例えば、動きボケ調整量v'が３のとき、画素値C02は、（F01）/v'とされ、画素値C03は、（F01+F02）/v'とされ、画素値C04は、（F01+F02+F03）/v'とされ、画素値C05は、（F02+F03+F04）/v'とされる。
【０５６１】
動きボケ付加部８０６は、動きボケの量を調整した前景成分画像を選択部８０７に供給する。
【０５６２】
選択部８０７は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、演算部８０５から供給された動きボケが除去された前景成分画像、および動きボケ付加部８０６から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【０５６３】
このように、動きボケ調整部１０６は、選択信号および動きボケ調整量v'を基に、動きボケの量を調整することができる。
【０５６４】
また、例えば、図７６に示すように、処理単位に対応する画素の数が８であり、動き量vが４であるとき、動きボケ調整部１０６は、式（１０６）に示す行列の式を生成する。
【０５６５】
【数２１】
【０５６６】
動きボケ調整部１０６は、このように処理単位の長さに対応した数の式を立てて、動きボケの量が調整された画素値であるFiを算出する。同様に、例えば、処理単位に含まれる画素の数が１００あるとき、１００個の画素に対応する式を生成して、Fiを算出する。
【０５６７】
図７７は、動きボケ調整部１０６の他の構成を示す図である。図７１に示す場合と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０５６８】
選択部８２１は、選択信号を基に、入力された動きベクトルとその位置信号をそのまま処理単位決定部８０１およびモデル化部８０２に供給するか、または動きベクトルの大きさを動きボケ調整量v'に置き換えて、その大きさが動きボケ調整量v'に置き換えられた動きベクトルとその位置信号を処理単位決定部８０１およびモデル化部８０２に供給する。
【０５６９】
このようにすることで、図７７の動きボケ調整部１０６の処理単位決定部８０１乃至演算部８０５は、動き量vと動きボケ調整量v'との値に対応して、動きボケの量を調整することができる。例えば、動き量vが5であり、動きボケ調整量v'が3であるとき、図７７の動きボケ調整部１０６の処理単位決定部８０１乃至演算部８０５は、図７３に示す動き量vが5である前景成分画像に対して、3である動きボケ調整量v'対応する図７５に示すようなモデルに従って、演算を実行し、（動き量v）/（動きボケ調整量v'）＝5/3、すなわちほぼ1.7の動き量vに応じた動きボケを含む画像を算出する。なお、この場合、算出される画像は、3である動き量vに対応した動きボケを含むのではないので、動きボケ付加部８０６の結果とは動き量vと動きボケ調整量v'の関係の意味合いが異なる点に注意が必要である。
【０５７０】
以上のように、動きボケ調整部１０６は、動き量vおよび処理単位に対応して、式を生成し、生成した式に前景成分画像の画素値を設定して、動きボケの量が調整された前景成分画像を算出する。
【０５７１】
次に、図７８のフローチャートを参照して、動きボケ調整部１０６による前景成分画像に含まれる動きボケの量の調整の処理を説明する。
【０５７２】
ステップＳ８０１において、動きボケ調整部１０６の処理単位決定部８０１は、動きベクトルおよび領域情報を基に、処理単位を生成し、生成した処理単位をモデル化部８０２に供給する。
【０５７３】
ステップＳ８０２において、動きボケ調整部１０６のモデル化部８０２は、動き量vおよび処理単位に対応して、モデルの選択や生成を行う。ステップＳ８０３において、方程式生成部８０３は、選択されたモデルを基に、正規方程式を作成する。
【０５７４】
ステップＳ８０４において、足し込み部８０４は、作成された正規方程式に前景成分画像の画素値を設定する。ステップＳ８０５において、足し込み部８０４は、処理単位に対応する全ての画素の画素値の設定を行ったか否かを判定し、処理単位に対応する全ての画素の画素値の設定を行っていないと判定された場合、ステップＳ８０４に戻り、正規方程式への画素値の設定の処理を繰り返す。
【０５７５】
ステップＳ８０５において、処理単位の全ての画素の画素値の設定を行ったと判定された場合、ステップＳ８０６に進み、演算部８０５は、足し込み部８０４から供給された画素値が設定された正規方程式を基に、動きボケの量を調整した前景の画素値を算出して、処理は終了する。
【０５７６】
このように、動きボケ調整部１０６は、動きベクトルおよび領域情報を基に、動きボケを含む前景画像から動きボケの量を調整することができる。
【０５７７】
すなわち、サンプルデータである画素値に含まれる動きボケの量を調整することができる。
【０５７８】
以上のように、図２に構成を示す信号処理装置は、入力画像に含まれる動きボケの量を調整することができる。図２に構成を示す信号処理装置は、埋もれた情報である混合比αを算出して、算出した混合比αを出力することができる。
【０５７９】
図７９は、動きボケ調整部１０６の構成の他の一例を示すブロック図である。
動き検出部１０２から供給された動きベクトルとその位置情報は、処理単位決定部９０１および補正部９０５に供給され、領域特定部１０３から供給された領域情報は、処理単位決定部９０１に供給される。前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像は、演算部９０４に供給される。
【０５８０】
処理単位決定部９０１は、動きベクトルとその位置情報、および領域情報を基に、動きベクトルと共に、生成した処理単位をモデル化部９０２に供給する。
【０５８１】
モデル化部９０２は、動きベクトルおよび入力された処理単位を基に、モデル化を実行する。より具体的には、例えば、モデル化部９０２は、処理単位に含まれる画素の数、画素値の時間方向の仮想分割数、および画素毎の前景の成分の数に対応する複数のモデルを予め記憶しておき、処理単位、および画素値の時間方向の仮想分割数を基に、図８０に示すような、画素値と前景の成分との対応を指定するモデルを選択するようにしても良い。
【０５８２】
例えば、処理単位に対応する画素の数が１２であり動き量vが５であるときにおいては、モデル化部９０２は、仮想分割数を５とし、最も左に位置する画素が１つの前景の成分を含み、左から２番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から３番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から４番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から５番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から６番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から７番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から８番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から９番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から１０番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から１１番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から１２番目の画素が１つの前景の成分を含み、全体として８つの前景の成分から成るモデルを選択する。
【０５８３】
なお、モデル化部９０２は、予め記憶してあるモデルから選択するのではなく、動きベクトル、および処理単位が供給されたとき、動きベクトル、および処理単位を基に、モデルを生成するようにしてもよい。
【０５８４】
方程式生成部９０３は、モデル化部９０２から供給されたモデルを基に、方程式を生成する。
【０５８５】
図８０乃至図８２に示す前景成分画像のモデルを参照して、前景の成分の数が８であり、処理単位に対応する画素の数が１２であり、動き量vが５であるときの、方程式生成部９０３が生成する方程式の例について説明する。
【０５８６】
前景成分画像に含まれるシャッタ時間/vに対応する前景成分がF01/v乃至F08/vであるとき、F01/v乃至F08/vと画素値C01乃至C12との関係は、上述したように、式（７４）乃至式（８５）で表される。
【０５８７】
画素値C12およびC11に注目すると、画素値C12は、式（１０７）に示すように、前景の成分F08/vのみを含み、画素値C11は、前景の成分F08/vおよび前景の成分F07/vの積和から成る。従って、前景の成分F07/vは、式（１０８）で求めることができる。
【０５８８】
F08/v=C12 （１０７）
F07/v=C11-C12 （１０８）
【０５８９】
同様に、画素値C10乃至C01に含まれる前景の成分を考慮すると、前景の成分F06/v乃至F01/vは、式（１０９）乃至式（１１４）により求めることができる。
【０５９０】
F06/v=C10-C11 （１０９）
F05/v=C09-C10 （１１０）
F04/v=C08-C09 （１１１）
F03/v=C07-C08+C12 （１１２）
F02/v=C06-C07+C11-C12 （１１３）
F01/v=C05-C06+C10-C11 （１１４）
【０５９１】
方程式生成部９０３は、式（１０７）乃至式（１１４）に例を示す、画素値の差により前景の成分を算出するための方程式を生成する。方程式生成部９０３は、生成した方程式を演算部９０４に供給する。
【０５９２】
演算部９０４は、方程式生成部９０３から供給された方程式に前景成分画像の画素値を設定して、画素値を設定した方程式を基に、前景の成分を算出する。演算部９０４は、例えば、式（１０７）乃至式（１１４）が方程式生成部９０３から供給されたとき、式（１０７）乃至式（１１４）に画素値C05乃至C12を設定する。
【０５９３】
演算部９０４は、画素値が設定された式に基づき、前景の成分を算出する。例えば、演算部９０４は、画素値C05乃至C12が設定された式（１０７）乃至式（１１４）に基づく演算により、図８１に示すように、前景の成分F01/v乃至F08/vを算出する。演算部９０４は、前景の成分F01/v乃至F08/vを補正部９０５に供給する。
【０５９４】
補正部９０５は、演算部９０４から供給された前景の成分に、処理単位決定部９０１から供給された動きベクトルに含まれる動き量vを乗じて、動きボケを除去した前景の画素値を算出する。例えば、補正部９０５は、演算部９０４から供給された前景の成分F01/v乃至F08/vが供給されたとき、前景の成分F01/v乃至F08/vのそれぞれに、５である動き量vを乗じることにより、図８２に示すように、動きボケを除去した前景の画素値F01乃至F08を算出する。
【０５９５】
補正部９０５は、以上のように算出された、動きボケを除去した前景の画素値から成る前景成分画像を動きボケ付加部９０６および選択部９０７に供給する。
【０５９６】
動きボケ付加部９０６は、動き量vとは異なる値の動きボケ調整量v'、例えば、動き量vの半分の値の動きボケ調整量v'、動き量vと無関係の値の動きボケ調整量v'で、動きボケの量を調整することができる。例えば、図７５に示すように、動きボケ付加部９０６は、動きボケが除去された前景の画素値Fiを動きボケ調整量v'で除すことにより、前景成分Fi/v'を算出して、前景成分Fi/v'の和を算出して、動きボケの量が調整された画素値を生成する。例えば、動きボケ調整量v'が３のとき、画素値C02は、（F01）/v'とされ、画素値C03は、（F01+F02）/v'とされ、画素値C04は、（F01+F02+F03）/v'とされ、画素値C05は、（F02+F03+F04）/v'とされる。
【０５９７】
動きボケ付加部９０６は、動きボケの量を調整した前景成分画像を選択部９０７に供給する。
【０５９８】
選択部９０７は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、補正部９０５から供給された動きボケが除去された前景成分画像、および動きボケ付加部９０６から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【０５９９】
このように、動きボケ調整部１０６は、選択信号および動きボケ調整量v'を基に、動きボケの量を調整することができる。
【０６００】
次に、図７９に構成を示す動きボケ調整部１０６による前景の動きボケの量の調整の処理を図８３のフローチャートを参照して説明する。
【０６０１】
ステップＳ９０１において、動きボケ調整部１０６の処理単位決定部９０１は、動きベクトルおよび領域情報を基に、処理単位を生成し、生成した処理単位をモデル化部９０２および補正部９０５に供給する。
【０６０２】
ステップＳ９０２において、動きボケ調整部１０６のモデル化部９０２は、動き量vおよび処理単位に対応して、モデルの選択や生成を行う。ステップＳ９０３において、方程式生成部９０３は、選択または生成されたモデルを基に、前景成分画像の画素値の差により前景の成分を算出するための方程式を生成する。
【０６０３】
ステップＳ９０４において、演算部９０４は、作成された方程式に前景成分画像の画素値を設定し、画素値が設定された方程式を基に、画素値の差分から前景の成分を抽出する。ステップＳ９０５において、演算部９０４は、処理単位に対応する全ての前景の成分を抽出したか否かを判定し、処理単位に対応する全ての前景の成分を抽出していないと判定された場合、ステップＳ９０４に戻り、前景の成分を抽出の処理を繰り返す。
【０６０４】
ステップＳ９０５において、処理単位に対応する全ての前景の成分を抽出したと判定された場合、ステップＳ９０６に進み、補正部９０５は、動き量vを基に、演算部９０４から供給された前景の成分F01/v乃至F08/vのそれぞれを補正して、動きボケを除去した前景の画素値F01乃至F08を算出する。
【０６０５】
ステップＳ９０７において、動きボケ付加部９０６は、動きボケの量を調整した前景の画素値を算出して、選択部９０７は、動きボケが除去された画像または動きボケの量が調整された画像のいずれかを選択して、選択した画像を出力して、処理は終了する。
【０６０６】
このように、図７９に構成を示す動きボケ調整部１０６は、より簡単な演算で、より迅速に、動きボケを含む前景画像から動きボケを調整することができる。
【０６０７】
ウィナー・フィルタなど従来の動きボケを部分的に除去する手法が、理想状態では効果が認められるが、量子化され、ノイズを含んだ実際の画像に対して十分な効果が得られないのに対し、図７９に構成を示す動きボケ調整部１０６においても、量子化され、ノイズを含んだ実際の画像に対しても十分な効果が認められ、精度の良い動きボケの除去が可能となる。
【０６０８】
図８４は、信号処理装置の機能の他の構成を示すブロック図である。
【０６０９】
図２に示す部分と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０６１０】
領域特定部１０３は、領域情報を混合比算出部１０４および合成部１００１に供給する。
【０６１１】
混合比算出部１０４は、混合比αを前景背景分離部１０５および合成部１００１に供給する。
【０６１２】
前景背景分離部１０５は、前景成分画像を合成部１００１に供給する。
【０６１３】
合成部１００１は、混合比算出部１０４から供給された混合比α、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、任意の背景画像と、前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像とを合成して、任意の背景画像と前景成分画像とが合成された合成画像を出力する。
【０６１４】
図８５は、合成部１００１の構成を示す図である。背景成分生成部１０２１は、混合比αおよび任意の背景画像を基に、背景成分画像を生成して、混合領域画像合成部１０２２に供給する。
【０６１５】
混合領域画像合成部１０２２は、背景成分生成部１０２１から供給された背景成分画像と前景成分画像とを合成することにより、混合領域合成画像を生成して、生成した混合領域合成画像を画像合成部１０２３に供給する。
【０６１６】
画像合成部１０２３は、領域情報を基に、前景成分画像、混合領域画像合成部１０２２から供給された混合領域合成画像、および任意の背景画像を合成して、合成画像を生成して出力する。
【０６１７】
このように、合成部１００１は、前景成分画像を、任意の背景画像に合成することができる。
【０６１８】
特徴量である混合比αを基に前景成分画像を任意の背景画像と合成して得られた画像は、単に画素を合成した画像に比較し、より自然なものと成る。
【０６１９】
図８６は、動きボケの量を調整する信号処理装置の機能の更に他の構成を示すブロック図である。図２に示す信号処理装置が領域特定と混合比αの算出を順番に行うのに対して、図８６に示す信号処理装置は、領域特定と混合比αの算出を並行して行う。
【０６２０】
図２のブロック図に示す機能と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０６２１】
入力画像は、混合比算出部１１０１、前景背景分離部１１０２、領域特定部１０３、およびオブジェクト抽出部１０１に供給される。
【０６２２】
混合比算出部１１０１は、入力画像を基に、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比を、入力画像に含まれる画素のそれぞれに対して算出し、算出した画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比を前景背景分離部１１０２に供給する。
【０６２３】
図８７は、混合比算出部１１０１の構成の一例を示すブロック図である。
【０６２４】
図８７に示す推定混合比処理部４０１は、図４６に示す推定混合比処理部４０１と同じである。図８７に示す推定混合比処理部４０２は、図４６に示す推定混合比処理部４０２と同じである。
【０６２５】
推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、カバードバックグラウンド領域のモデルに対応する演算により、画素毎に推定混合比を算出して、算出した推定混合比を出力する。
【０６２６】
推定混合比処理部４０２は、入力画像を基に、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する演算により、画素毎に推定混合比を算出して、算出した推定混合比を出力する。
【０６２７】
前景背景分離部１１０２は、混合比算出部１１０１から供給された、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、並びに領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、入力画像から前景成分画像を生成し、生成した前景成分画像を動きボケ調整部１０６および選択部１０７に供給する。
【０６２８】
図８８は、前景背景分離部１１０２の構成の一例を示すブロック図である。
【０６２９】
図６３に示す前景背景分離部１０５と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０６３０】
選択部１１２１は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、混合比算出部１１０１から供給された、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比のいずれか一方を選択して、選択した推定混合比を混合比αとして分離部６０１に供給する。
【０６３１】
分離部６０１は、選択部１１２１から供給された混合比αおよび領域情報を基に、混合領域に属する画素の画素値から前景の成分および背景の成分を抽出し、抽出した前景の成分を合成部６０３に供給すると共に、背景の成分を合成部６０５に供給する。
【０６３２】
分離部６０１は、図６８に示す構成と同じ構成とすることができる。
【０６３３】
合成部６０３は、前景成分画像を合成して、出力する。合成部６０５は、背景成分画像を合成して出力する。
【０６３４】
図８６に示す動きボケ調整部１０６は、図２に示す場合と同様の構成とすることができ、領域情報および動きベクトルを基に、前景背景分離部１１０２から供給された前景成分画像に含まれる動きボケの量を調整して、動きボケの量が調整された前景成分画像を出力する。
【０６３５】
図８６に示す選択部１０７は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、前景背景分離部１１０２から供給された前景成分画像、および動きボケ調整部１０６から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【０６３６】
このように、図８６に構成を示す信号処理装置は、入力画像に含まれる前景のオブジェクトに対応する画像に対して、その画像に含まれる動きボケの量を調整して出力することができる。図８６に構成を示す信号処理装置は、第１の実施例と同様に、埋もれた情報である混合比αを算出して、算出した混合比αを出力することができる。
【０６３７】
図８９は、前景成分画像を任意の背景画像と合成する信号処理装置の機能の他の構成を示すブロック図である。図８４に示す信号処理装置が領域特定と混合比αの算出をシリアルに行うのに対して、図８９に示す信号処理装置は、領域特定と混合比αの算出をパラレルに行う。
【０６３８】
図８６のブロック図に示す機能と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０６３９】
図８９に示す混合比算出部１１０１は、入力画像を基に、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比を、入力画像に含まれる画素のそれぞれに対して算出し、算出した画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比を前景背景分離部１１０２および合成部１２０１に供給する。
【０６４０】
図８９に示す前景背景分離部１１０２は、混合比算出部１１０１から供給された、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、並びに領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、入力画像から前景成分画像を生成し、生成した前景成分画像を合成部１２０１に供給する。
【０６４１】
合成部１２０１は、混合比算出部１１０１から供給された、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、任意の背景画像と、前景背景分離部１１０２から供給された前景成分画像とを合成して、任意の背景画像と前景成分画像とが合成された合成画像を出力する。
【０６４２】
図９０は、合成部１２０１の構成を示す図である。図８５のブロック図に示す機能と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０６４３】
選択部１２２１は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、混合比算出部１１０１から供給された、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比のいずれか一方を選択して、選択した推定混合比を混合比αとして背景成分生成部１０２１に供給する。
【０６４４】
図９０に示す背景成分生成部１０２１は、選択部１２２１から供給された混合比αおよび任意の背景画像を基に、背景成分画像を生成して、混合領域画像合成部１０２２に供給する。
【０６４５】
図９０に示す混合領域画像合成部１０２２は、背景成分生成部１０２１から供給された背景成分画像と前景成分画像とを合成することにより、混合領域合成画像を生成して、生成した混合領域合成画像を画像合成部１０２３に供給する。
【０６４６】
画像合成部１０２３は、領域情報を基に、前景成分画像、混合領域画像合成部１０２２から供給された混合領域合成画像、および任意の背景画像を合成して、合成画像を生成して出力する。
【０６４７】
このように、合成部１２０１は、前景成分画像を、任意の背景画像に合成することができる。
【０６４８】
なお、混合比αは、画素値に含まれる背景の成分の割合として説明したが、画素値に含まれる前景の成分の割合としてもよい。
【０６４９】
また、前景となるオブジェクトの動きの方向は左から右として説明したが、その方向に限定されないことは勿論である。
【０６５０】
以上においては、３次元空間と時間軸情報を有する現実空間の画像をビデオカメラを用いて２次元空間と時間軸情報を有する時空間への射影を行った場合を例としたが、本発明は、この例に限らず、より多くの第１の次元の第１の情報を、より少ない第２の次元の第２の情報に射影した場合に、その射影によって発生する歪みを補正したり、有意情報を抽出したり、またはより自然に画像を合成する場合に適応することが可能である。
【０６５１】
なお、センサは、CCDに限らす、固体撮像素子である、例えば、BBD（Bucket Brigade Device）、CID（Charge Injection Device）、CPD（Charge Priming Device）、またはCMOS（Complementary Mental Oxide Semiconductor）センサでもよく、また、検出素子がマトリックス状に配置されているセンサに限らず、検出素子が１列に並んでいるセンサでもよい。
【０６５２】
本発明の信号処理を行うプログラムを記録した記録媒体は、図１に示すように、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク５１（フロッピ（登録商標）ディスクを含む）、光ディスク５２（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク５３（ＭＤ（Mini-Disc）（商標）を含む）、もしくは半導体メモリ５４などよりなるパッケージメディアにより構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM２２や、記憶部２８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０６５３】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０６５４】
【発明の効果】
本発明の画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムによれば、画像データの各フレームが動き補償され、動き補償された各フレームの互いに対応する位置の画素データの差分に基づいて、混合領域が検出されるようにしたので、混ざり合いが生じている混合領域を検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る信号処理装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】信号処理装置を示すブロック図である。
【図３】センサによる撮像を説明する図である。
【図４】画素の配置を説明する図である。
【図５】検出素子の動作を説明する図である。
【図６】動いている前景に対応するオブジェクトと、静止している背景に対応するオブジェクトとを撮像して得られる画像を説明する図である。
【図７】背景領域、前景領域、混合領域、カバードバックグラウンド領域、およびアンカバードバックグラウンド領域を説明する図である。
【図８】静止している前景に対応するオブジェクトおよび静止している背景に対応するオブジェクトを撮像した画像における、隣接して１列に並んでいる画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。
【図９】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１０】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１１】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１２】前景領域、背景領域、および混合領域の画素を抽出した例を示す図である。
【図１３】画素と画素値を時間方向に展開したモデルとの対応を示す図である。
【図１４】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１５】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１６】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１７】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１８】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１９】動きボケの量の調整の処理を説明するフローチャートである。
【図２０】領域特定部１０３の構成を示すブロック図である。
【図２１】領域特定部１０３のより詳細な構成を示すブロック図である。
【図２２】動き取得部２２２の処理を説明する図である。
【図２３】前景に対応するオブジェクトが移動しているときの画像を説明する図である。
【図２４】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図２５】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図２６】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図２７】領域判定の条件を説明する図である。
【図２８】領域特定部１０３の領域の特定の結果の例を示す図である。
【図２９】領域特定部１０３の領域の特定の結果の例を示す図である。
【図３０】領域特定の処理を説明するフローチャートである。
【図３１】領域特定の処理を説明するフローチャートである。
【図３２】領域特定部１０３の他の構成を示すブロック図である。
【図３３】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図３４】領域特定オブジェクトの例を示す図である。
【図３５】動き補償された領域特定オブジェクトの例を示す図である。
【図３６】しきい値処理部２５５の処理の例を説明する図である。
【図３７】時間変化検出部２５６の構成を説明するブロック図である。
【図３８】時間変化検出部２５６の判定の処理を説明する図である。
【図３９】時間変化検出部２５６の判定の処理を説明する図である。
【図４０】混合領域の判定の条件を説明する図である。
【図４１】領域特定部１０３の領域特定の処理を説明するフローチャートである。
【図４２】カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を検出する処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図４３】領域特定部１０３のさらに他の構成を示すブロック図である。
【図４４】識別部２８１の判定の処理を説明する図である。
【図４５】カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を検出する処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図４６】混合比算出部１０４の構成の一例を示すブロック図である。
【図４７】理想的な混合比αの例を示す図である。
【図４８】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図４９】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図５０】前景の成分の相関を利用した近似を説明する図である。
【図５１】C，N、およびPの関係を説明する図である。
【図５２】推定混合比処理部４０１の構成を示すブロック図である。
【図５３】推定混合比の例を示す図である。
【図５４】混合比算出部１０４の他の構成を示すブロック図である。
【図５５】混合比の算出の処理を説明するフローチャートである。
【図５６】推定混合比の演算の処理を説明するフローチャートである。
【図５７】混合比αを近似する直線を説明する図である。
【図５８】混合比αを近似する平面を説明する図である。
【図５９】混合比αを算出するときの複数のフレームの画素の対応を説明する図である。
【図６０】混合比推定処理部４０１の他の構成を示すブロック図である。
【図６１】推定混合比の例を示す図である。
【図６２】カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理を説明するフローチャートである。
【図６３】前景背景分離部１０５の構成の一例を示すブロック図である。
【図６４】入力画像、前景成分画像、および背景成分画像を示す図である。
【図６５】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６６】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６７】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６８】分離部６０１の構成の一例を示すブロック図である。
【図６９】分離された前景成分画像、および背景成分画像の例を示す図である。
【図７０】前景と背景との分離の処理を説明するフローチャートである。
【図７１】動きボケ調整部１０６の構成の一例を示すブロック図である。
【図７２】処理単位を説明する図である。
【図７３】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７４】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７５】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７６】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７７】動きボケ調整部１０６の他の構成を示す図である。
【図７８】動きボケ調整部１０６による前景成分画像に含まれる動きボケの量の調整の処理を説明するフローチャートである。
【図７９】動きボケ調整部１０６の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図８０】画素値と前景の成分のとの対応を指定するモデルの例を示す図である。
【図８１】前景の成分の算出を説明する図である。
【図８２】前景の成分の算出を説明する図である。
【図８３】前景の動きボケの除去の処理を説明するフローチャートである。
【図８４】信号処理装置の機能の他の構成を示すブロック図である。
【図８５】合成部１００１の構成を示す図である。
【図８６】信号処理装置の機能のさらに他の構成を示すブロック図である。
【図８７】混合比算出部１１０１の構成を示すブロック図である。
【図８８】前景背景分離部１１０２の構成を示すブロック図である。
【図８９】信号処理装置の機能のさらに他の構成を示すブロック図である。
【図９０】合成部１２０１の構成を示す図である。
【符号の説明】
２１ CPU， ２２ ROM， ２３ RAM， ２６ 入力部， ２７ 出力部，２８ 記憶部， ２９ 通信部， ５１ 磁気ディスク， ５２ 光ディスク， ５３ 光磁気ディスク， ５４ 半導体メモリ， １０１ オブジェクト抽出部， １０２ 動き検出部， １０３ 領域特定部， １０４ 混合比算出部， １０５ 前景背景分離部， １０６ 動きボケ調整部， １０７ 選択部，２０１ 背景動き補償部， ２０２ 領域特定処理部， ２２１ フレームメモリ， ２２２−１乃至２２２−４ 動き取得部， ２２３−１乃至２２３−４画像シフト部， ２２４ フレームメモリ， ２２５−１乃至２２５−４ 静動判定部， ２２６−１乃至２２６−３ 領域判定部， ２２７ 判定フラグ格納フレームメモリ， ２２８ 合成部， ２２９ 判定フラグ格納フレームメモリ， ２５１ オブジェクト抽出部， ２５２ 動き補償部， ２５３ フレームメモリ， ２５４ 減算部， ２５５ しきい値処理部， ２５６ 時間変化検出部， ２６１ フレームメモリ， ２６２ 領域判定部， ２８１ 識別部， ４０１ 推定混合比処理部， ４０２ 推定混合比処理部， ４０３ 混合比決定部， ４２１ フレームメモリ， ４２２ フレームメモリ， ４２３ 混合比演算部， ４４１ 選択部， ４４２ 推定混合比処理部， ４４３ 推定混合比処理部， ４４４ 選択部， ５０１ 遅延回路， ５０２ 足し込み部， ５０３ 演算部， ６０１ 分離部， ６０２ スイッチ， ６０３ 合成部， ６０４ スイッチ， ６０５ 合成部， ６２１ フレームメモリ， ６２２ 分離処理ブロック， ６２３ フレームメモリ， ６３１ アンカバード領域処理部， ６３２ カバード領域処理部， ６３３ 合成部， ６３４ 合成部， ８０１ 処理単位決定部， ８０２ モデル化部， ８０３ 方程式生成部， ８０４ 足し込み部， ８０５ 演算部， ８０６ 動きボケ付加部， ８０７ 選択部， ８２１ 選択部， ９０１ 処理単位決定部， ９０２モデル化部， ９０３ 方程式生成部， ９０４ 演算部， ９０５ 補正部， ９０６ 動きボケ付加部， ９０７ 選択部， １００１ 合成部， １０２１ 背景成分生成部， １０２２ 混合領域画像合成部， １０２３ 画像合成部， １１０１ 混合比算出部， １１０２ 前景背景分離部， １１２１ 選択部， １２０１ 合成部， １２２１ 選択部
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、センサにより検出した信号と現実世界との違いを考慮した画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現実世界における事象をセンサで検出し、画像センサが出力するサンプリングデータを処理する技術が広く利用されている。
【０００３】
例えば、静止している所定の背景の前で移動する物体をビデオカメラで撮像して得られる画像には、物体の移動速度が比較的速い場合、動きボケが生じることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
静止している背景の前で物体が移動するとき、移動する物体の画像自身の混ざり合いによる動きボケのみならず、背景の画像と移動する物体の画像との混ざり合いが生じる。従来は、背景の画像と移動する物体の画像との混ざり合いの状態に対応する処理は、考えられていなかった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、混ざり合いが生じている領域を検出することができるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、画像データの所定のフレームと、画像データの処理対象の注目フレームとを用いて、画像データにおける背景となるオブジェクトの動きベクトルを検出し、動きベクトルに基づいて、背景が一致するように所定のフレームの画像データをシフトさせることで、所定のフレームを動き補償する動き補償手段と、注目フレームの画像データにおける注目する画素を注目画素として、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ前のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ前のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとし、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ後のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ後のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ後のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとすることで、混合領域を検出する領域検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
画像処理装置には、１つ前のフレームの注目画素と対応する位置の画素、１つ後のフレームの注目画素と対応する位置の画素、および注目画素を用いた演算により、混合領域における前景となるオブジェクトの成分と、背景となるオブジェクトの成分との混合の比率を示す混合比を注目フレームの画素ごとに算出する混合比算出手段をさらに設けることができる。
【００１２】
画像処理装置は、混合比を基に、混合領域の画素データから少なくとも前景となるオブジェクトの成分を分離する分離手段をさらに設けることができる。
【００１３】
画像処理装置は、分離された前景となるオブジェクトの成分からなる前景画像の画素を、予め定められた動きボケを調整するための動き量で除算し、動き量で除算された、いくつかの隣接する画素の和を新たな前景画像の画素とすることで、前景画像の動きボケの量を調整する動きボケ調整手段をさらに設けることができる。
【００１４】
画像処理装置は、混合比を基に、所望の他のオブジェクトと分離された前景となるオブジェクトの成分とを合成する合成手段をさらに設けることができる。
【００１８】
本発明の画像処理方法、記録媒体のプログラム、またはプログラムは、画像データの所定のフレームと、画像データの処理対象の注目フレームとを用いて、画像データにおける背景となるオブジェクトの動きベクトルを検出し、動きベクトルに基づいて、背景が一致するように所定のフレームの画像データをシフトさせることで、所定のフレームを動き補償する動き補償ステップと、注目フレームの画像データにおける注目する画素を注目画素として、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ前のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ前のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとし、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ後のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ後のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ後のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとすることで、混合領域を検出する領域検出ステップとを含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムにおいては、画像データの所定のフレームと、画像データの処理対象の注目フレームとが用いられて、画像データにおける背景となるオブジェクトの動きベクトルが検出され、動きベクトルに基づいて、背景が一致するように所定のフレームの画像データをシフトさせることで、所定のフレームが動き補償され、注目フレームの画像データにおける注目する画素が注目画素とされて、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ前のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ前のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとされ、動き補償された、注目フレームよりも時間的に１つ後のフレームおよび注目フレームよりも時間的に２つ後のフレームにおける、注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、１つ後のフレームの注目画素と同じ位置の画素と注目画素の差分絶対値が閾値より大きい場合、注目画素が混合領域を構成する画素であるとされることで、混合領域が検出される。
本発明の画像処理装置は、画像データに基づいて前景となるオブジェクトの輪郭を抽出し、画像データにおける前景となるオブジェクトに対応する画素データをそのままの値とし、画像データにおける前景となるオブジェクトとは異なる画素データの値を、予め定めた値とすることで、領域特定オブジェクトを生成する領域特定オブジェクト生成手段と、注目する注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトの動きベクトルを用いて、１つ前のフレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトが、注目フレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトと同じ位置となるように、１つ前のフレームの領域特定オブジェクトを動き補償する動き補償手段と、注目フレームの領域特定オブジェクト、および動き補償された１つ前のフレームの領域特定オブジェクトの同じ位置の画素の差分を求め、差分が閾値以上となる注目フレームの画素が混合領域を構成する画素であるとすることで、混合領域を検出する領域検出手段とを備えることを特徴とする。
本発明の画像処理装置においては、画像データに基づいて前景となるオブジェクトの輪郭が抽出され、画像データにおける前景となるオブジェクトに対応する画素データをそのままの値とし、画像データにおける前景となるオブジェクトとは異なる画素データの値を、予め定めた値とすることで、領域特定オブジェクトが生成され、注目する注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトの動きベクトルが用いられて、１つ前のフレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトが、注目フレームの領域特定オブジェクトにおける前景となるオブジェクトと同じ位置となるように、１つ前のフレームの領域特定オブジェクトが動き補償され、注目フレームの領域特定オブジェクト、および動き補償された１つ前のフレームの領域特定オブジェクトの同じ位置の画素の差分が求められ、差分が閾値以上となる注目フレームの画素が混合領域を構成する画素であるとされて、混合領域が検出される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る信号処理装置の一実施の形態を示す図である。CPU（Central Processing Unit）２１は、ROM（Read Only Memory）２２、または記憶部２８に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM（Random Access Memory）２３には、CPU２１が実行するプログラムやデータなどが適宜記憶される。これらのCPU２１、ROM２２、およびRAM２３は、バス２４により相互に接続されている。
【００２３】
CPU２１にはまた、バス２４を介して入出力インタフェース２５が接続されている。入出力インタフェース２５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部２６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部２７が接続されている。CPU２１は、入力部２６から入力される指令に対応して各種の処理を実行する。そして、CPU２１は、処理の結果得られた画像や音声等を出力部２７に出力する。
【００２４】
入出力インタフェース２５に接続されている記憶部２８は、例えばハードディスクなどで構成され、CPU２１が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部２９は、インターネット、その他のネットワークを介して外部の装置と通信する。この例の場合、通信部２９はセンサの出力を取り込む取得部として働く。
【００２５】
また、通信部２９を介してプログラムを取得し、記憶部２８に記憶してもよい。
【００２６】
入出力インタフェース２５に接続されているドライブ３０は、磁気ディスク５１、光ディスク５２、光磁気ディスク５３、或いは半導体メモリ５４などが装着されたとき、それらを駆動し、そこに記録されているプログラムやデータなどを取得する。取得されたプログラムやデータは、必要に応じて記憶部２８に転送され、記憶される。
【００２７】
図２は、信号処理装置を示すブロック図である。
【００２８】
なお、信号処理装置の各機能をハードウェアで実現するか、ソフトウェアで実現するかは問わない。つまり、本明細書の各ブロック図は、ハードウェアのブロック図と考えても、ソフトウェアによる機能ブロック図と考えても良い。
【００２９】
この明細書では、撮像の対象となる、現実世界におけるオブジェクトに対応する画像を、画像オブジェクトと称する。
【００３０】
信号処理装置に供給された入力画像は、オブジェクト抽出部１０１、領域特定部１０３、混合比算出部１０４、および前景背景分離部１０５に供給される。
【００３１】
オブジェクト抽出部１０１は、入力画像に含まれる前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを粗く抽出して、抽出した画像オブジェクトを動き検出部１０２に供給する。オブジェクト抽出部１０１は、例えば、入力画像に含まれる前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトの輪郭を検出することで、前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを粗く抽出する。
【００３２】
オブジェクト抽出部１０１は、入力画像に含まれる背景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを粗く抽出して、抽出した画像オブジェクトを動き検出部１０２に供給する。オブジェクト抽出部１０１は、例えば、入力画像と、抽出された前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトとの差から、背景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを粗く抽出する。
【００３３】
また、例えば、オブジェクト抽出部１０１は、内部に設けられている背景メモリに記憶されている背景の画像と、入力画像との差から、前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクト、および背景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを粗く抽出するようにしてもよい。
【００３４】
動き検出部１０２は、例えば、ブロックマッチング法、勾配法、位相相関法、およびペルリカーシブ法などの手法により、粗く抽出された前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトの動きベクトルを算出して、算出した動きベクトルおよび動きベクトルの位置情報（動きベクトルに対応する画素の位置を特定する情報）を領域特定部１０３および動きボケ調整部１０６に供給する。
【００３５】
動き検出部１０２が出力する動きベクトルには、動き量vに対応する情報が含まれるている。
【００３６】
また、例えば、動き検出部１０２は、画像オブジェクトに画素を特定する画素位置情報と共に、画像オブジェクト毎の動きベクトルを動きボケ調整部１０６に出力するようにしてもよい。
【００３７】
動き量vは、動いているオブジェクトに対応する画像の位置の変化を画素間隔を単位として表す値である。例えば、前景に対応するオブジェクトの画像が、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分離れた位置に表示されるように移動しているとき、前景に対応するオブジェクトの画像の動き量vは、４とされる。
【００３８】
なお、オブジェクト抽出部１０１および動き検出部１０２は、動いているオブジェクトに対応した動きボケ量の調整を行う場合に必要となる。
【００３９】
領域特定部１０３は、入力された画像の画素のそれぞれを、前景領域、背景領域、または混合領域のいずれかに特定し、画素毎に前景領域、背景領域、または混合領域のいずれかに属するかを示す情報（以下、領域情報と称する）を混合比算出部１０４、前景背景分離部１０５、および動きボケ調整部１０６に供給する。
【００４０】
混合比算出部１０４は、入力画像、および領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、混合領域６３に含まれる画素に対応する混合比（以下、混合比αと称する）を算出して、算出した混合比を前景背景分離部１０５に供給する。
【００４１】
混合比αは、後述する式（３）に示されるように、画素値における、背景のオブジェクトに対応する画像の成分（以下、背景の成分とも称する）の割合を示す値である。
【００４２】
前景背景分離部１０５は、領域特定部１０３から供給された領域情報、および混合比算出部１０４から供給された混合比αを基に、前景のオブジェクトに対応する画像の成分（以下、前景の成分とも称する）のみから成る前景成分画像と、背景の成分のみから成る背景成分画像とに入力画像を分離して、前景成分画像を動きボケ調整部１０６および選択部１０７に供給する。なお、分離された前景成分画像を最終的な出力とすることも考えられる。従来の混合領域を考慮しないで前景と背景だけを特定し、分離していた方式に比べ正確な前景と背景を得ることが出来る。
【００４３】
動きボケ調整部１０６は、動きベクトルからわかる動き量vおよび領域情報を基に、前景成分画像に含まれる１以上の画素を示す処理単位を決定する。処理単位は、動きボケの量の調整の処理の対象となる１群の画素を指定するデータである。
【００４４】
動きボケ調整部１０６は、信号処理装置に入力された動きボケ調整量、前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像、動き検出部１０２から供給された動きベクトルおよびその位置情報、並びに処理単位を基に、前景成分画像に含まれる動きボケを除去する、動きボケの量を減少させる、または動きボケの量を増加させるなど前景成分画像に含まれる動きボケの量を調整して、動きボケの量を調整した前景成分画像を選択部１０７に出力する。動きベクトルとその位置情報は使わないこともある。
【００４５】
ここで、動きボケとは、撮像の対象となる、現実世界におけるオブジェクトの動きと、センサの撮像の特性とにより生じる、動いているオブジェクトに対応する画像に含まれている歪みをいう。
【００４６】
選択部１０７は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像、および動きボケ調整部１０６から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【００４７】
次に、図３乃至図１８を参照して、信号処理装置に供給される入力画像について説明する。
【００４８】
図３は、センサによる撮像を説明する図である。センサは、例えば、固体撮像素子であるCCD（Charge-Coupled Device）エリアセンサを備えたCCDビデオカメラなどで構成される。現実世界における、前景に対応するオブジェクトは、現実世界における、背景に対応するオブジェクトと、センサとの間を、例えば、図中の左側から右側に水平に移動する。
【００４９】
センサは、前景に対応するオブジェクトを、背景に対応するオブジェクトと共に撮像する。センサは、撮像した画像を１フレーム単位で出力する。例えば、センサは、１秒間に３０フレームから成る画像を出力する。センサの露光時間は、１／３０秒とすることができる。露光時間は、センサが入力された光の電荷への変換を開始してから、入力された光の電荷への変換を終了するまでの期間である。以下、露光時間をシャッタ時間とも称する。
【００５０】
図４は、画素の配置を説明する図である。図４中において、Ａ乃至Ｉは、個々の画素を示す。画素は、画像に対応する平面上に配置されている。１つの画素に対応する１つの検出素子は、センサ上に配置されている。センサが画像を撮像するとき、１つの検出素子は、画像を構成する１つの画素に対応する画素値を出力する。例えば、検出素子のＸ方向の位置は、画像上の横方向の位置に対応し、検出素子のＹ方向の位置は、画像上の縦方向の位置に対応する。
【００５１】
図５に示すように、例えば、CCDである検出素子は、シャッタ時間に対応する期間、入力された光を電荷に変換して、変換された電荷を蓄積する。電荷の量は、入力された光の強さと、光が入力されている時間にほぼ比例する。検出素子は、シャッタ時間に対応する期間において、入力された光から変換された電荷を、既に蓄積されている電荷に加えていく。すなわち、検出素子は、シャッタ時間に対応する期間、入力される光を積分して、積分された光に対応する量の電荷を蓄積する。検出素子は、時間に対して、積分効果があるとも言える。
【００５２】
検出素子に蓄積された電荷は、図示せぬ回路により、電圧値に変換され、電圧値は更にデジタルデータなどの画素値に変換されて出力される。従って、センサから出力される個々の画素値は、前景または背景に対応するオブジェクトの空間的に広がりを有するある部分を、シャッタ時間について積分した結果である、１次元の空間に射影された値を有する。
【００５３】
信号処理装置は、このようなセンサの蓄積の動作により、出力信号に埋もれてしまった有意な情報、例えば、混合比αを抽出する。信号処理装置は、前景の画像オブジェクト自身が混ざり合うことによる生ずる歪みの量、例えば、動きボケの量などを調整する。また、信号処理装置は、前景の画像オブジェクトと背景の画像オブジェクトとが混ざり合うことにより生ずる歪みの量を調整する。
【００５４】
図６は、動いている前景に対応するオブジェクトと、静止している背景に対応するオブジェクトとを撮像して得られる画像を説明する図である。図６（Ａ）は、動きを伴う前景に対応するオブジェクトと、静止している背景に対応するオブジェクトとを撮像して得られる画像を示している。図６（Ａ）に示す例において、前景に対応するオブジェクトは、画面に対して水平に左から右に動いている。
【００５５】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す画像の１つのラインに対応する画素値を時間方向に展開したモデル図である。図６（Ｂ）の横方向は、図６（Ａ）の空間方向Ｘに対応している。
【００５６】
背景領域の画素は、背景の成分、すなわち、背景のオブジェクトに対応する画像の成分のみから、その画素値が構成されている。前景領域の画素は、前景の成分、すなわち、前景のオブジェクトに対応する画像の成分のみから、その画素値が構成されている。
【００５７】
混合領域の画素は、背景の成分、および前景の成分から、その画素値が構成されている。混合領域は、背景の成分、および前景の成分から、その画素値が構成されているので、歪み領域ともいえる。混合領域は、更に、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域に分類される。
【００５８】
カバードバックグラウンド領域は、前景領域に対して、前景のオブジェクトの進行方向の前端部に対応する位置の混合領域であり、時間の経過に対応して背景成分が前景に覆い隠される領域をいう。
【００５９】
これに対して、アンカバードバックグラウンド領域は、前景領域に対して、前景のオブジェクトの進行方向の後端部に対応する位置の混合領域であり、時間の経過に対応して背景成分が現れる領域をいう。
【００６０】
このように、前景領域、背景領域、またはカバードバックグラウンド領域若しくはアンカバードバックグラウンド領域を含む画像が、領域特定部１０３、混合比算出部１０４、および前景背景分離部１０５に入力画像として入力される。
【００６１】
図７は、以上のような、背景領域、前景領域、混合領域、カバードバックグラウンド領域、およびアンカバードバックグラウンド領域を説明する図である。図６に示す画像に対応する場合、背景領域は、静止部分であり、前景領域は、動き部分であり、混合領域のカバードバックグラウンド領域は、背景から前景に変化する部分であり、混合領域のアンカバードバックグラウンド領域は、前景から背景に変化する部分である。
【００６２】
図８は、静止している前景に対応するオブジェクトおよび静止している背景に対応するオブジェクトを撮像した画像における、隣接して１列に並んでいる画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。例えば、隣接して１列に並んでいる画素として、画面の１つのライン上に並んでいる画素を選択することができる。
【００６３】
図８に示すF01乃至F04の画素値は、静止している前景のオブジェクトに対応する画素の画素値である。図８に示すB01乃至B04の画素値は、静止している背景のオブジェクトに対応する画素の画素値である。
【００６４】
図８における縦方向は、図中の上から下に向かって時間が経過する。図８中の矩形の上辺の位置は、センサが入力された光の電荷への変換を開始する時刻に対応し、図８中の矩形の下辺の位置は、センサが入力された光の電荷への変換を終了する時刻に対応する。すなわち、図８中の矩形の上辺から下辺までの距離は、シャッタ時間に対応する。
【００６５】
以下において、シャッタ時間とフレーム間隔とが同一である場合を例に説明する。
【００６６】
図８における横方向は、図６で説明した空間方向Xに対応する。より具体的には、図８に示す例において、図８中の”F01”と記載された矩形の左辺から”B04”と記載された矩形の右辺までの距離は、画素のピッチの８倍、すなわち、連続している８つの画素の間隔に対応する。
【００６７】
前景のオブジェクトおよび背景のオブジェクトが静止している場合、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される光は変化しない。
【００６８】
ここで、シャッタ時間に対応する期間を２つ以上の同じ長さの期間に分割する。例えば、仮想分割数を４とすると、図８に示すモデル図は、図９に示すモデルとして表すことができる。仮想分割数は、前景に対応するオブジェクトのシャッタ時間内での動き量vなどに対応して設定される。例えば、４である動き量vに対応して、仮想分割数は、４とされ、シャッタ時間に対応する期間は４つに分割される。
【００６９】
図中の最も上の行は、シャッタが開いて最初の、分割された期間に対応する。
図中の上から２番目の行は、シャッタが開いて２番目の、分割された期間に対応する。図中の上から３番目の行は、シャッタが開いて３番目の、分割された期間に対応する。図中の上から４番目の行は、シャッタが開いて４番目の、分割された期間に対応する。
【００７０】
以下、動き量vに対応して分割されたシャッタ時間をシャッタ時間/vとも称する。
【００７１】
前景に対応するオブジェクトが静止しているとき、センサに入力される光は変化しないので、前景の成分F01/vは、画素値F01を仮想分割数で除した値に等しい。同様に、前景に対応するオブジェクトが静止しているとき、前景の成分F02/vは、画素値F02を仮想分割数で除した値に等しく、前景の成分F03/vは、画素値F03を仮想分割数で除した値に等しく、前景の成分F04/vは、画素値F04を仮想分割数で除した値に等しい。
【００７２】
背景に対応するオブジェクトが静止しているとき、センサに入力される光は変化しないので、背景の成分B01/vは、画素値B01を仮想分割数で除した値に等しい。同様に、背景に対応するオブジェクトが静止しているとき、背景の成分B02/vは、画素値B02を仮想分割数で除した値に等しく、B03/vは、画素値B03を仮想分割数で除した値に等しく、B04/vは、画素値B04を仮想分割数で除した値に等しい。
【００７３】
すなわち、前景に対応するオブジェクトが静止している場合、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される前景のオブジェクトに対応する光が変化しないので、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vと、シャッタが開いて２番目の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vと、シャッタが開いて３番目の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vと、シャッタが開いて４番目の、シャッタ時間/vに対応する前景の成分F01/vとは、同じ値となる。F02/v乃至F04/vも、F01/vと同様の関係を有する。
【００７４】
背景に対応するオブジェクトが静止している場合、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される背景のオブジェクトに対応する光は変化しないので、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vと、シャッタが開いて２番目の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vと、シャッタが開いて３番目の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vと、シャッタが開いて４番目の、シャッタ時間/vに対応する背景の成分B01/vとは、同じ値となる。B02/v乃至B04/vも、同様の関係を有する。
【００７５】
次に、前景に対応するオブジェクトが移動し、背景に対応するオブジェクトが静止している場合について説明する。
【００７６】
図１０は、前景に対応するオブジェクトが図中の右側に向かって移動する場合の、カバードバックグラウンド領域を含む、１つのライン上の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１０において、前景の動き量vは、４である。１フレームは短い時間なので、前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で移動していると仮定することができる。図１０において、前景に対応するオブジェクトの画像は、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分右側に表示されるように移動する。
【００７７】
図１０において、最も左側の画素乃至左から４番目の画素は、前景領域に属する。図１０において、左から５番目乃至左から７番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。図１０において、最も右側の画素は、背景領域に属する。
【００７８】
前景に対応するオブジェクトが時間の経過と共に背景に対応するオブジェクトを覆い隠すように移動しているので、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値に含まれる成分は、シャッタ時間に対応する期間のある時点で、背景の成分から、前景の成分に替わる。
【００７９】
例えば、図１０中に太線枠を付した画素値Mは、式（１）で表される。
【００８０】
M=B02/v+B02/v+F07/v+F06/v （１）
【００８１】
例えば、左から５番目の画素は、１つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、３つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から５番目の画素の混合比αは、1/4である。左から６番目の画素は、２つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、２つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から６番目の画素の混合比αは、1/2である。左から７番目の画素は、３つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、１つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から７番目の画素の混合比αは、3/4である。
【００８２】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F07/vは、図１０中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F07/vは、図１０中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００８３】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分F06/vは、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F06/vは、図１０中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００８４】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分F05/vは、図１０中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vのに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F05/vは、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００８５】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように等速で移動すると仮定できるので、例えば、図１０中の最も左側の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分F04/vは、図１０中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F04/vは、図１０中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１０中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００８６】
動いているオブジェクトに対応する前景の領域は、このように動きボケを含むので、歪み領域とも言える。
【００８７】
図１１は、前景が図中の右側に向かって移動する場合の、アンカバードバックグラウンド領域を含む、１つのライン上の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１１において、前景の動き量vは、４である。１フレームは短い時間なので、前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で移動していると仮定することができる。図１１において、前景に対応するオブジェクトの画像は、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分右側に移動する。
【００８８】
図１１において、最も左側の画素乃至左から４番目の画素は、背景領域に属する。図１１において、左から５番目乃至左から７番目の画素は、アンカバードバックグラウンドである混合領域に属する。図１１において、最も右側の画素は、前景領域に属する。
【００８９】
背景に対応するオブジェクトを覆っていた前景に対応するオブジェクトが時間の経過と共に背景に対応するオブジェクトの前から取り除かれるように移動しているので、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値に含まれる成分は、シャッタ時間に対応する期間のある時点で、前景の成分から、背景の成分に替わる。
【００９０】
例えば、図１１中に太線枠を付した画素値M'は、式（２）で表される。
【００９１】
M'=F02/v+F01/v+B26/v+B26/v （２）
【００９２】
例えば、左から５番目の画素は、３つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、１つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から５番目の画素の混合比αは、3/4である。左から６番目の画素は、２つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、２つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から６番目の画素の混合比αは、1/2である。左から７番目の画素は、１つのシャッタ時間/vに対応する背景の成分を含み、３つのシャッタ時間/vに対応する前景の成分を含むので、左から７番目の画素の混合比αは、1/4である。
【００９３】
式（１）および式（２）をより一般化すると、画素値Mは、式（３）で表される。
【００９４】
【数１】
【００９５】
前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で動くと仮定でき、かつ、動き量vが４であるので、例えば、図１１中の左から５番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F01/vは、図１１中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、F01/vは、図１１中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分と、図１１中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分とに、それぞれ等しい。
【００９６】
前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で動くと仮定でき、かつ、仮想分割数が４であるので、例えば、図１１中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F02/vは、図１１中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。同様に、前景の成分F02/vは、図１１中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。
【００９７】
前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で動くと仮定でき、かつ、動き量vが４であるので、例えば、図１１中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分F03/vは、図１１中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vに対応する前景の成分に等しい。
【００９８】
図９乃至図１１の説明において、仮想分割数は、４であるとして説明したが、仮想分割数は、動き量vに対応する。動き量vは、一般に、前景に対応するオブジェクトの移動速度に対応する。例えば、前景に対応するオブジェクトが、あるフレームを基準として次のフレームにおいて４画素分右側に表示されるように移動しているとき、動き量vは、４とされる。動き量vに対応し、仮想分割数は、４とされる。同様に、例えば、前景に対応するオブジェクトが、あるフレームを基準として次のフレームにおいて６画素分左側に表示されるように移動しているとき、動き量vは、６とされ、仮想分割数は、６とされる。
【００９９】
図１２および図１３に、以上で説明した、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域若しくはアンカバードバックグラウンド領域から成る混合領域と、分割されたシャッタ時間に対応する前景の成分および背景の成分との関係を示す。
【０１００】
図１２は、静止している背景の前を移動しているオブジェクトに対応する前景を含む画像から、前景領域、背景領域、および混合領域の画素を抽出した例を示す。図１２に示す例において、前景に対応するオブジェクトは、画面に対して水平に移動している。
【０１０１】
フレーム#n+1は、フレーム#nの次のフレームであり、フレーム#n+2は、フレーム#n+1の次のフレームである。
【０１０２】
フレーム#n乃至フレーム#n+2のいずれかから抽出した、前景領域、背景領域、および混合領域の画素を抽出して、動き量vを４として、抽出された画素の画素値を時間方向に展開したモデルを図１３に示す。
【０１０３】
前景領域の画素値は、前景に対応するオブジェクトが移動するので、シャッタ時間/vの期間に対応する、４つの異なる前景の成分から構成される。例えば、図１３に示す前景領域の画素のうち最も左側に位置する画素は、F01/v,F02/v,F03/v、およびF04/vから構成される。すなわち、前景領域の画素は、動きボケを含んでいる。
【０１０４】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、シャッタ時間に対応する期間において、センサに入力される背景に対応する光は変化しない。この場合、背景領域の画素値は、動きボケを含まない。
【０１０５】
カバードバックグラウンド領域若しくはアンカバードバックグラウンド領域から成る混合領域に属する画素の画素値は、前景の成分と、背景の成分とから構成される。
【０１０６】
次に、オブジェクトに対応する画像が動いているとき、複数のフレームにおける、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデルについて説明する。例えば、オブジェクトに対応する画像が画面に対して水平に動いているとき、隣接して１列に並んでいる画素として、画面の１つのライン上に並んでいる画素を選択することができる。
【０１０７】
図１４は、静止している背景に対応するオブジェクトを撮像した画像の３つのフレームの、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。フレーム#nは、フレーム#n-1の次のフレームであり、フレーム#n+1は、フレーム#nの次のフレームである。他のフレームも同様に称する。
【０１０８】
図１４に示すB01乃至B12の画素値は、静止している背景のオブジェクトに対応する画素の画素値である。背景に対応するオブジェクトが静止しているので、フレーム#n-1乃至フレームn+1において、対応する画素の画素値は、変化しない。例えば、フレーム#n-1におけるB05の画素値を有する画素の位置に対応する、フレーム#nにおける画素、およびフレーム#n+1における画素は、それぞれ、B05の画素値を有する。
【０１０９】
図１５は、静止している背景に対応するオブジェクトと共に図中の右側に移動する前景に対応するオブジェクトを撮像した画像の３つのフレームの、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１５に示すモデルは、カバードバックグラウンド領域を含む。
【０１１０】
図１５において、前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、前景の動き量vは、４であり、仮想分割数は、４である。
【０１１１】
例えば、図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなり、図１５中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F12/vとなる。図１５中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１５中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなる。
【０１１２】
図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなり、図１５中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F11/vとなる。図１５中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなる。
【０１１３】
図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F10/vとなり、図１５中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F10/vとなる。図１５中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F09/vとなる。
【０１１４】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１５中のフレーム#n-1の左から２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの背景の成分は、B01/vとなる。図１５中のフレーム#n-1の左から３番目の画素の、シャッタが開いて最初および２番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B02/vとなる。図１５中のフレーム#n-1の左から４番目の画素の、シャッタが開いて最初乃至３番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B03/vとなる。
【０１１５】
図１５中のフレーム#n-1において、最も左側の画素は、前景領域に属し、左側から２番目乃至４番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１１６】
図１５中のフレーム#n-1の左から５番目の画素乃至１２番目の画素は、背景領域に属し、その画素値は、それぞれ、B04乃至B11となる。
【０１１７】
図１５中のフレーム#nの左から１番目の画素乃至５番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#nの前景領域における、シャッタ時間/vの前景の成分は、F05/v乃至F12/vのいずれかである。
【０１１８】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなり、図１５中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F12/vとなる。図１５中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１５中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなる。
【０１１９】
図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなり、図１５中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F11/vとなる。図１５中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなる。
【０１２０】
図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F10/vとなり、図１５中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F10/vとなる。図１５中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F09/vとなる。
【０１２１】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１５中のフレーム#nの左から６番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの背景の成分は、B05/vとなる。図１５中のフレーム#nの左から７番目の画素の、シャッタが開いて最初および２番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B06/vとなる。図１５中のフレーム#nの左から８番目の画素の、シャッタが開いて最初乃至３番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B07/vとなる。
【０１２２】
図１５中のフレーム#nにおいて、左側から６番目乃至８番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１２３】
図１５中のフレーム#nの左から９番目の画素乃至１２番目の画素は、背景領域に属し、画素値は、それぞれ、B08乃至B11となる。
【０１２４】
図１５中のフレーム#n+1の左から１番目の画素乃至９番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#n+1の前景領域における、シャッタ時間/vの前景の成分は、F01/v乃至F12/vのいずれかである。
【０１２５】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなり、図１５中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F12/vとなる。図１５中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１５中の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F12/vとなる。
【０１２６】
図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの期間の前景の成分は、F11/vとなり、図１５中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F11/vとなる。図１５中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて４番目の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F11/vとなる。
【０１２７】
図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて３番目の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F10/vとなり、図１５中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F10/vとなる。図１５中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F09/vとなる。
【０１２８】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１５中のフレーム#n+1の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの背景の成分は、B09/vとなる。図１５中のフレーム#n+1の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて最初および２番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B10/vとなる。図１５中のフレーム#n+1の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて最初乃至３番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B11/vとなる。
【０１２９】
図１５中のフレーム#n+1において、左側から１０番目乃至１２番目の画素は、カバードバックグラウンド領域である混合領域に対応する。
【０１３０】
図１６は、図１５に示す画素値から前景の成分を抽出した画像のモデル図である。
【０１３１】
図１７は、静止している背景と共に図中の右側に移動するオブジェクトに対応する前景を撮像した画像の３つのフレームの、隣接して１列に並んでいる画素であって、フレーム上で同一の位置の画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。図１７において、アンカバードバックグラウンド領域が含まれている。
【０１３２】
図１７において、前景に対応するオブジェクトは、剛体であり、かつ等速で移動していると仮定できる。前景に対応するオブジェクトが、次のフレームにおいて４画素分右側に表示されるように移動しているので、動き量vは、４である。
【０１３３】
例えば、図１７中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなり、図１７中の左から２番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F13/vとなる。図１７中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１７中の左から４番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなる。
【０１３４】
図１７中のフレーム#n-1の左から２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F14/vとなり、図１７中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F14/vとなる。図１７中の左から３番目の画素の、シャッタが開いて最初の、シャッタ時間/vの前景の成分は、F15/vとなる。
【０１３５】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１７中のフレーム#n-1の最も左側の画素の、シャッタが開いて２番目乃至４番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B25/vとなる。図１７中のフレーム#n-1の左から２番目の画素の、シャッタが開いて３番目および４番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B26/vとなる。図１７中のフレーム#n-1の左から３番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B27/vとなる。
【０１３６】
図１７中のフレーム#n-1において、最も左側の画素乃至３番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１３７】
図１７中のフレーム#n-1の左から４番目の画素乃至１２番目の画素は、前景領域に属する。フレームの前景の成分は、F13/v乃至F24/vのいずれかである。
【０１３８】
図１７中のフレーム#nの最も左側の画素乃至左から４番目の画素は、背景領域に属し、画素値は、それぞれ、B25乃至B28となる。
【０１３９】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１７中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなり、図１７中の左から６番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F13/vとなる。図１７中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１７中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなる。
【０１４０】
図１７中のフレーム#nの左から６番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F14/vとなり、図１７中の左から７番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F14/vとなる。図１７中の左から８番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F15/vとなる。
【０１４１】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１７中のフレーム#nの左から５番目の画素の、シャッタが開いて２番目乃至４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B29/vとなる。図１７中のフレーム#nの左から６番目の画素の、シャッタが開いて３番目および４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B30/vとなる。図１７中のフレーム#nの左から７番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B31/vとなる。
【０１４２】
図１７中のフレーム#nにおいて、左から５番目の画素乃至７番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１４３】
図１７中のフレーム#nの左から８番目の画素乃至１２番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#nの前景領域における、シャッタ時間/vの期間に対応する値は、F13/v乃至F20/vのいずれかである。
【０１４４】
図１７中のフレーム#n+1の最も左側の画素乃至左から８番目の画素は、背景領域に属し、画素値は、それぞれ、B25乃至B32となる。
【０１４５】
前景に対応するオブジェクトが、剛体であり、等速で移動すると仮定でき、前景の画像が次のフレームにおいて４画素右側に表示されるように移動するので、図１７中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなり、図１７中の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F13/vとなる。図１７中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて３番目のシャッタ時間/vの前景の成分、および図１７中の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの前景の成分は、F13/vとなる。
【０１４６】
図１７中のフレーム#n+1の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F14/vとなり、図１７中の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて２番目のシャッタ時間/vの前景の成分も、F14/vとなる。図１７中の左から１２番目の画素の、シャッタが開いて最初のシャッタ時間/vの前景の成分は、F15/vとなる。
【０１４７】
背景に対応するオブジェクトが静止しているので、図１７中のフレーム#n+1の左から９番目の画素の、シャッタが開いて２番目乃至４番目の、シャッタ時間/vの背景の成分は、B33/vとなる。図１７中のフレーム#n+1の左から１０番目の画素の、シャッタが開いて３番目および４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B34/vとなる。図１７中のフレーム#n+1の左から１１番目の画素の、シャッタが開いて４番目のシャッタ時間/vの背景の成分は、B35/vとなる。
【０１４８】
図１７中のフレーム#n+1において、左から９番目の画素乃至１１番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域である混合領域に属する。
【０１４９】
図１７中のフレーム#n+1の左から１２番目の画素は、前景領域に属する。フレーム#n+1の前景領域における、シャッタ時間/vの前景の成分は、F13/v乃至F16/vのいずれかである。
【０１５０】
図１８は、図１７に示す画素値から前景の成分を抽出した画像のモデル図である。
【０１５１】
図２に戻り、領域特定部１０３は、複数のフレームの画素値を用いて、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域に属することを示すフラグを画素毎に対応付けて、領域情報として、混合比算出部１０４および動きボケ調整部１０６に供給する。
【０１５２】
混合比算出部１０４は、複数のフレームの画素値、および領域情報を基に、混合領域に含まれる画素について画素毎に混合比αを算出し、算出した混合比αを前景背景分離部１０５に供給する。
【０１５３】
前景背景分離部１０５は、複数のフレームの画素値、領域情報、および混合比αを基に、前景の成分のみからなる前景成分画像を抽出して、動きボケ調整部１０６に供給する。
【０１５４】
動きボケ調整部１０６は、前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像、動き検出部１０２から供給された動きベクトル、および領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、前景成分画像に含まれる動きボケの量を調整して、動きボケの量を調整した前景成分画像を出力する。
【０１５５】
図１９のフローチャートを参照して、信号処理装置による動きボケの量の調整の処理を説明する。ステップＳ１１において、領域特定部１０３は、入力画像を基に、入力画像の画素毎に前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを示す領域情報を生成する領域特定の処理を実行する。領域特定の処理の詳細は、後述する。
領域特定部１０３は、生成した領域情報を混合比算出部１０４に供給する。
【０１５６】
なお、ステップＳ１１において、領域特定部１０３は、入力画像を基に、入力画像の画素毎に前景領域、背景領域、または混合領域（カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域の区別をしない）のいずれかに属するかを示す領域情報を生成するようにしてもよい。この場合において、前景背景分離部１０５および動きボケ調整部１０６は、動きベクトルの方向を基に、混合領域がカバードバックグラウンド領域であるか、またはアンカバードバックグラウンド領域であるかを判定する。例えば、動きベクトルの方向に対応して、前景領域、混合領域、および背景領域と順に並んでいるとき、その混合領域は、カバードバックグラウンド領域と判定され、動きベクトルの方向に対応して、背景領域、混合領域、および前景領域と順に並んでいるとき、その混合領域は、アンカバードバックグラウンド領域と判定される。
【０１５７】
ステップＳ１２において、混合比算出部１０４は、入力画像および領域情報を基に、混合領域に含まれる画素毎に、混合比αを算出する。混合比算出の処理の詳細は、後述する。混合比算出部１０４は、算出した混合比αを前景背景分離部１０５に供給する。
【０１５８】
ステップＳ１３において、前景背景分離部１０５は、領域情報、および混合比αを基に、入力画像から前景の成分を抽出して、前景成分画像として動きボケ調整部１０６に供給する。
【０１５９】
ステップＳ１４において、動きボケ調整部１０６は、動きベクトルおよび領域情報を基に、動き方向に並ぶ連続した画素であって、アンカバードバックグラウンド領域、前景領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するものの画像上の位置を示す処理単位を生成し、処理単位に対応する前景成分に含まれる動きボケの量を調整する。動きボケの量の調整の処理の詳細については、後述する。
【０１６０】
ステップＳ１５において、信号処理装置は、画面全体について処理を終了したか否かを判定し、画面全体について処理を終了していないと判定された場合、ステップＳ１４に進み、処理単位に対応する前景の成分を対象とした動きボケの量の調整の処理を繰り返す。
【０１６１】
ステップＳ１５において、画面全体について処理を終了したと判定された場合、処理は終了する。
【０１６２】
このように、信号処理装置は、前景と背景を分離して、前景に含まれる動きボケの量を調整することができる。すなわち、信号処理装置は、前景の画素の画素値であるサンプルデータに含まれる動きボケの量を調整することができる。
【０１６３】
以下、領域特定部１０３、混合比算出部１０４、前景背景分離部１０５、および動きボケ調整部１０６のそれぞれの構成について説明する。
【０１６４】
図２０は、領域特定部１０３の構成を示すブロック図である。図２０に構成を示す領域特定部１０３は、動きベクトルを利用しない。
【０１６５】
背景動き補償部２０１は、入力画像の背景の動きを検出して、検出した背景の動きに対応して、入力画像を平行移動する。背景動き補償部２０１は、背景の動きに対応して、平行移動した入力画像を領域特定処理部２０２に供給する。
【０１６６】
領域特定処理部２０２に供給される画像は、画面上の背景の位置が一致している。
【０１６７】
領域特定処理部２０２は、背景動き補償部２０１から供給された、画面上の背景の位置が一致している画像を基に、各画素毎に、アンカバードバックグラウンド領域、静止領域、動き領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属することを示す領域情報を生成し、生成した領域情報を出力する。
【０１６８】
図２１は、領域特定部１０３のより詳細な構成を示すブロック図である。
【０１６９】
背景動き補償部２０１は、フレームメモリ２２１、動き取得部２２２−１乃至２２２−４、および画像シフト部２２３−１乃至２２３−４から構成される。
【０１７０】
領域特定処理部２０２は、フレームメモリ２２４、静動判定部２２５−１乃至２２５−４、領域判定部２２６−１乃至２２６−３、判定フラグ格納フレームメモリ２２７、合成部２２８、および判定フラグ格納フレームメモリ２２９から構成される。
【０１７１】
フレームメモリ２２１は、入力された画像をフレーム単位で記憶する。フレームメモリ２２１は、処理の対象がフレーム#nであるとき、フレーム#nの２つ前のフレームであるフレーム#n-2、フレーム#nの１つ前のフレームであるフレーム#n-1、フレーム#n、フレーム#nの１つ後のフレームであるフレーム#n+1、およびフレーム#nの２つ後のフレームであるフレーム#n+2を記憶する。
【０１７２】
動き取得部２２２−１は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+2から、所定の数の画素からなる注目ブロックを取得する。動き取得部２２２−１は、取得した注目ブロックを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#nの画像から、注目ブロックとパターンが一致する画像の部分を検索する。動き取得部２２２−１は、フレーム#n+2の注目ブロックの位置、および注目ブロックとパターンが一致する、フレーム#nの画像の部分の位置を基に、動きベクトルを生成する。
【０１７３】
動き取得部２２２−２は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+1から、所定の数の画素からなる注目ブロックを取得する。動き取得部２２２−２は、取得した注目ブロックを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#nの画像から、注目ブロックとパターンが一致する画像の部分を検索する。動き取得部２２２−２は、フレーム#n+1の注目ブロックの位置、および注目ブロックとパターンが一致する、フレーム#nの画像の部分の位置を基に、動きベクトルを生成する。
【０１７４】
動き取得部２２２−３は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-1から、所定の数の画素からなる注目ブロックを取得する。動き取得部２２２−３は、取得した注目ブロックを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#nの画像から、注目ブロックとパターンが一致する画像の部分を検索する。動き取得部２２２−３は、フレーム#n-1の注目ブロックの位置、および注目ブロックとパターンが一致する、フレーム#nの画像の部分の位置を基に、動きベクトルを生成する。
【０１７５】
動き取得部２２２−４は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-2から、所定の数の画素からなる注目ブロックを取得する。動き取得部２２２−４は、取得した注目ブロックを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#nの画像から、注目ブロックとパターンが一致する画像の部分を検索する。動き取得部２２２−４は、フレーム#n-2の注目ブロックの位置、および注目ブロックとパターンが一致する、フレーム#nの画像の部分の位置を基に、動きベクトルを生成する。
【０１７６】
以下、動き取得部２２２−１乃至２２２−４を個々に区別する必要がないとき、単に、動き取得部２２２と称する。
【０１７７】
例えば、図２２に示すように、動き取得部２２２は、１つのフレームの画像を、ｍ画素×ｎ画素からなる分割領域に分割し、分割された分割領域毎に、Ｍ画素×Ｎ画素からなる注目ブロックを選択する。
【０１７８】
動き取得部２２２は、各分割領域の注目ブロック毎に、対応するフレームの画像から、注目ブロックとパターンが一致する画像の部分を検索し、各注目ブロック毎に、動きベクトルを生成する。動き取得部２２２は、注目ブロック毎に生成された動きベクトルを基に、２つのフレームに対応する動きベクトルを生成する。例えば、動き取得部２２２は、注目ブロック毎に生成された動きベクトルの平均値を算出して、算出された動きベクトルを、２つのフレームに対応する動きベクトルとする。
【０１７９】
一般的に、入力画像の背景の画像オブジェクトが前景の画像オブジェクトに比較して大きいので、動き取得部２２２は、背景の画像オブジェクトの動きに対応する動きベクトルを出力することができる。
【０１８０】
なお、動き取得部２２２は、２つのフレームの画像を全画面ブロックマッチングを行うことにより、背景の画像オブジェクトの動きに対応する動きベクトルを生成するようにしてもよい。
【０１８１】
また、動き取得部２２２は、入力画像から背景の画像オブジェクトを抽出し、抽出された画像オブジェクトを基に、背景の画像オブジェクトの動きに対応する動きベクトルを生成するようにしてもよい。
【０１８２】
画像シフト部２２３−１は、動き取得部２２２−１から供給された背景の画像オブジェクトに対応する動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+2を平行移動して、平行移動したフレーム#n+2の画像を領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する。
【０１８３】
画像シフト部２２３−２は、動き取得部２２２−２から供給された背景の画像オブジェクトに対応する動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+1を平行移動して、平行移動したフレーム#n+1の画像を領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する。
【０１８４】
画像シフト部２２３−３は、動き取得部２２２−３から供給された背景の画像オブジェクトに対応する動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-1を平行移動して、平行移動したフレーム#n-1の画像を領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する。
【０１８５】
画像シフト部２２３−４は、動き取得部２２２−４から供給された背景の画像オブジェクトに対応する動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-2を平行移動して、平行移動したフレーム#n-2の画像を領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する。
【０１８６】
フレームメモリ２２１は、フレーム#nの画像を領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する。
【０１８７】
画像シフト部２２３−１乃至２２３−４およびフレームメモリ２２１が領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４に供給する画像は、画面上の背景の位置が一致している。
【０１８８】
領域特定処理部２０２のフレームメモリ２２４は、画像シフト部２２３−１乃至２２３−４またはフレームメモリ２２１から供給された画像をフレーム単位で記憶する。
【０１８９】
静動判定部２２５−１は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+2の画素の画素値、およびフレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素の画素値をフレームメモリ２２４から読み出して、読み出した画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２２５−１は、フレーム#n+2の画素値とフレーム#n+1の画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、差の絶対値が閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２２６−１に供給する。フレーム#n+2の画素の画素値とフレーム#n+1の画素の画素値との差の絶対値が閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２２５−１は、静止を示す静動判定を領域判定部２２６−１に供給する。
【０１９０】
静動判定部２２５−２は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素の画素値、およびフレーム#nの対象となる画素の画素値をフレームメモリ２２４から読み出して、画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２２５−２は、フレーム#n+1の画素値とフレーム#nの画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、画素値の差の絶対値が、閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２２６−１および領域判定部２２６−２に供給する。フレーム#n+1の画素の画素値とフレーム#nの画素の画素値との差の絶対値が、閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２２５−２は、静止を示す静動判定を領域判定部２２６−１および領域判定部２２６−２に供給する。
【０１９１】
静動判定部２２５−３は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画素値、およびフレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素の画素値をフレームメモリ２２４から読み出して、画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２２５−３は、フレーム#nの画素値とフレーム#n-1の画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、画素値の差の絶対値が、閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２２６−２および領域判定部２２６−３に供給する。フレーム#nの画素の画素値とフレーム#n-1の画素の画素値との差の絶対値が、閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２２５−３は、静止を示す静動判定を領域判定部２２６−２および領域判定部２２６−３に供給する。
【０１９２】
静動判定部２２５−４は、フレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素の画素値、およびフレーム#nの領域特定の対象である画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-2の画素の画素値をフレームメモリ２２４から読み出して、画素値の差の絶対値を算出する。静動判定部２２５−４は、フレーム#n-1の画素値とフレーム#n-2の画素値との差の絶対値が、予め設定している閾値Thより大きいか否かを判定し、画素値の差の絶対値が、閾値Thより大きいと判定された場合、動きを示す静動判定を領域判定部２２６−３に供給する。フレーム#n-1の画素の画素値とフレーム#n-2の画素の画素値との差の絶対値が、閾値Th以下であると判定された場合、静動判定部２２５−４は、静止を示す静動判定を領域判定部２２６−３に供給する。
【０１９３】
領域判定部２２６−１は、静動判定部２２５−１から供給された静動判定が静止を示し、かつ、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応するアンカバードバックグラウンド領域判定フラグに、アンカバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。
【０１９４】
領域判定部２２６−１は、静動判定部２２５−１から供給された静動判定が動きを示すか、または、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がアンカバードバックグラウンド領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応するアンカバードバックグラウンド領域判定フラグに、アンカバードバックグラウンド領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０１９５】
領域判定部２２６−１は、このように”１”または”０”が設定されたアンカバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給する。
【０１９６】
領域判定部２２６−２は、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が静止を示し、かつ、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が静止領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応する静止領域判定フラグに、静止領域に属することを示す”１”を設定する。
【０１９７】
領域判定部２２６−２は、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が動きを示すか、または、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が静止領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応する静止領域判定フラグに、静止領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０１９８】
領域判定部２２６−２は、このように”１”または”０”が設定された静止領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給する。
【０１９９】
領域判定部２２６−２は、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が動きを示し、かつ、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が動き領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応する動き領域判定フラグに、動き領域に属することを示す”１”を設定する。
【０２００】
領域判定部２２６−２は、静動判定部２２５−２から供給された静動判定が静止を示すか、または、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素が動き領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応する動き領域判定フラグに、動き領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０２０１】
領域判定部２２６−２は、このように”１”または”０”が設定された動き領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給する。
【０２０２】
領域判定部２２６−３は、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が動きを示し、かつ、静動判定部２２５−４から供給された静動判定が静止を示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定し、領域の判定される画素に対応するカバードバックグラウンド領域判定フラグに、カバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。
【０２０３】
領域判定部２２６−３は、静動判定部２２５−３から供給された静動判定が静止を示すか、または、静動判定部２２５−４から供給された静動判定が動きを示しているとき、フレーム#nにおける領域特定の対象である画素がカバードバックグラウンド領域に属しないと判定し、領域の判定される画素に対応するカバードバックグラウンド領域判定フラグに、カバードバックグラウンド領域に属しないことを示す”０”を設定する。
【０２０４】
領域判定部２２６−３は、このように”１”または”０”が設定されたカバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給する。
【０２０５】
判定フラグ格納フレームメモリ２２７は、領域判定部２２６−１から供給されたアンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、領域判定部２２６−２から供給された静止領域判定フラグ、領域判定部２２６−２から供給された動き領域判定フラグ、および領域判定部２２６−３から供給されたカバードバックグラウンド領域判定フラグをそれぞれ記憶する。
【０２０６】
判定フラグ格納フレームメモリ２２７は、記憶しているアンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、静止領域判定フラグ、動き領域判定フラグ、およびカバードバックグラウンド領域判定フラグを合成部２２８に供給する。合成部２２８は、判定フラグ格納フレームメモリ２２７から供給された、アンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、静止領域判定フラグ、動き領域判定フラグ、およびカバードバックグラウンド領域判定フラグを基に、各画素が、アンカバードバックグラウンド領域、静止領域、動き領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属することを示す領域情報を生成し、判定フラグ格納フレームメモリ２２９に供給する。
【０２０７】
判定フラグ格納フレームメモリ２２９は、合成部２２８から供給された領域情報を記憶すると共に、記憶している領域情報を出力する。
【０２０８】
次に、領域特定部１０３の処理の例を図２３乃至図２７を参照して説明する。
【０２０９】
前景に対応するオブジェクトが移動しているとき、オブジェクトに対応する画像の画面上の位置は、フレーム毎に変化する。図２３に示すように、フレーム#nにおいて、画像内のある領域について、Yn(x1,y1)で示される位置に位置するオブジェクトに対応する画像は、次のフレームであるフレーム#n+1において、Yn+1(x2,y2)に位置する。
【０２１０】
前景のオブジェクトに対応する画像の動き方向に隣接して１列に並ぶ画素の画素値を時間方向に展開したモデル図を図２４に示す。例えば、前景のオブジェクトに対応する画像の動き方向が画面に対して水平であるとき、図２４におけるモデル図は、１つのライン上の隣接する画素の画素値を時間方向に展開したモデルを示す。
【０２１１】
図２４において、フレーム#nにおけるラインは、フレーム#n+1におけるラインと同一である。
【０２１２】
フレーム#nにおいて、左から２番目の画素乃至１３番目の画素に含まれているオブジェクトに対応する前景の成分は、フレーム#n+1において、左から６番目乃至１７番目の画素に含まれる。
【０２１３】
フレーム#nにおいて、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１１番目乃至１３番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から２番目乃至４番目の画素である。フレーム#n+1において、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１５番目乃至１７番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から６番目乃至８番目の画素である。
【０２１４】
図２４に示す例において、フレーム#nに含まれる前景の成分が、フレーム#n+1において４画素移動しているので、動き量vは、４である。仮想分割数は、動き量vに対応し、４である。
【０２１５】
次に、注目しているフレームの前後における混合領域に属する画素の画素値の変化について説明する。
【０２１６】
図２５に示す、背景が静止し、前景の動き量vが４であるフレーム#nにおいて、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１５番目乃至１７番目の画素である。動き量vが４であるので、１つ前のフレーム#n-1において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。また、更に１つ前のフレーム#n-2において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。
【０２１７】
ここで、背景に対応するオブジェクトが静止しているので、フレーム#n-1の左から１５番目の画素の画素値は、フレーム#n-2の左から１５番目の画素の画素値から変化しない。同様に、フレーム#n-1の左から１６番目の画素の画素値は、フレーム#n-2の左から１６番目の画素の画素値から変化せず、フレーム#n-1の左から１７番目の画素の画素値は、フレーム#n-2の左から１７番目の画素の画素値から変化しない。
【０２１８】
すなわち、フレーム#nにおけるカバードバックグラウンド領域に属する画素に対応する、フレーム#n-1およびフレーム#n-2の画素は、背景の成分のみから成り、画素値が変化しないので、その差の絶対値は、ほぼ０の値となる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素に対応する、フレーム#n-1およびフレーム#n-2の画素に対する静動判定は、静動判定部２２５−４により、静止と判定される。
【０２１９】
フレーム#nにおけるカバードバックグラウンド領域に属する画素は、前景の成分を含むので、フレーム#n-1における背景の成分のみから成る場合と、画素値が異なる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素、および対応するフレーム#n-1の画素に対する静動判定は、静動判定部２２５−３により、動きと判定される。
【０２２０】
このように、領域判定部２２６−３は、静動判定部２２５−３から動きを示す静動判定の結果が供給され、静動判定部２２５−４から静止を示す静動判定の結果が供給されたとき、対応する画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２２１】
図２６に示す、背景が静止し、前景の動き量vが４であるフレーム#nにおいて、アンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素は、左から２番目乃至４番目の画素である。動き量vが４であるので、１つ後のフレーム#n+1において、左から２番目乃至４番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。また、更に１つ後のフレーム#n+2において、左から２番目乃至４番目の画素は、背景の成分のみを含み、背景領域に属する。
【０２２２】
ここで、背景に対応するオブジェクトが静止しているので、フレーム#n+2の左から２番目の画素の画素値は、フレーム#n+1の左から２番目の画素の画素値から変化しない。同様に、フレーム#n+2の左から３番目の画素の画素値は、フレーム#n+1の左から３番目の画素の画素値から変化せず、フレーム#n+2の左から４番目の画素の画素値は、フレーム#n+1の左から４番目の画素の画素値から変化しない。
【０２２３】
すなわち、フレーム#nにおけるアンカバードバックグラウンド領域に属する画素に対応する、フレーム#n+1およびフレーム#n+2の画素は、背景の成分のみから成り、画素値が変化しないので、その差の絶対値は、ほぼ０の値となる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素に対応する、フレーム#n+1およびフレーム#n+2の画素に対する静動判定は、静動判定部２２５−１により、静止と判定される。
【０２２４】
フレーム#nにおけるアンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、前景の成分を含むので、フレーム#n+1における背景の成分のみから成る場合と、画素値が異なる。従って、フレーム#nにおける混合領域に属する画素、および対応するフレーム#n+1の画素に対する静動判定は、静動判定部２２５−２により、動きと判定される。
【０２２５】
このように、領域判定部２２６−１は、静動判定部２２５−２から動きを示す静動判定の結果が供給され、静動判定部２２５−１から静止を示す静動判定の結果が供給されたとき、対応する画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２２６】
図２７は、フレーム#nにおける領域特定部１０３の判定条件を示す図である。フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-2の画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素とが静止と判定され、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素と、フレーム#nの画素とが動きと判定されたとき、領域特定部１０３は、フレーム#nの判定の対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２２７】
フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素と、フレーム#nの画素とが静止と判定され、フレーム#nの画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素とが静止と判定されたとき、領域特定部１０３は、フレーム#nの判定の対象となる画素が静止領域に属すると判定する。
【０２２８】
フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n-1の画素と、フレーム#nの画素とが動きと判定され、フレーム#nの画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素とが動きと判定されたとき、領域特定部１０３は、フレーム#nの判定の対象となる画素が動き領域に属すると判定する。
【０２２９】
フレーム#nの画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素とが動きと判定され、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+1の画素と、フレーム#nの判定の対象となる画素の画像上の位置と同一の位置にあるフレーム#n+2の画素とが静止と判定されたとき、領域特定部１０３は、フレーム#nの判定の対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２３０】
図２８は、領域特定部１０３の領域の特定の結果の例を示す図である。図２８（Ａ）において、カバードバックグラウンド領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。図２８（Ｂ）において、アンカバードバックグラウンド領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。
【０２３１】
図２８（Ｃ）において、動き領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。図２８（Ｄ）において、静止領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。
【０２３２】
図２９は、判定フラグ格納フレームメモリ２２９が出力する領域情報の内、混合領域を示す領域情報を画像として示す図である。図２９において、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定された画素、すなわち混合領域に属すると判定された画素は、白で表示されている。判定フラグ格納フレームメモリ２２９が出力する混合領域を示す領域情報は、混合領域、および前景領域内のテクスチャの無い部分に囲まれたテクスチャの有る部分を示す。
【０２３３】
次に、図３０および図３１のフローチャートを参照して、領域特定部１０３の領域特定の処理を説明する。ステップＳ２０１において、フレームメモリ２２１は、判定の対象となるフレーム#nを含むフレーム#n-2乃至フレーム#n+2の画像を取得する。フレームメモリ２２１は、フレーム#nをフレームメモリ２２４に供給する。
【０２３４】
ステップＳ２０２において、動き取得部２２２−１は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+2の画像およびフレーム#nの画像を基に、フレーム#n+2とフレーム#nとの間の背景の動きベクトルを取得する。動き取得部２２２−１は、動きベクトルを画像シフト部２２３−１に供給する。
【０２３５】
ステップＳ２０３において、画像シフト部２２３−１は、動き取得部２２２−１から供給された動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+2の画像を平行移動し、平行移動したフレーム#n+2の画像をフレームメモリ２２４に供給する。
【０２３６】
ステップＳ２０４において、動き取得部２２２−２は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+1の画像およびフレーム#nの画像を基に、フレーム#n+1とフレーム#nとの間の背景の動きベクトルを取得する。動き取得部２２２−２は、動きベクトルを画像シフト部２２３−２に供給する。
【０２３７】
ステップＳ２０５において、画像シフト部２２３−２は、動き取得部２２２−２から供給された動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n+1の画像を平行移動し、平行移動したフレーム#n+1の画像をフレームメモリ２２４に供給する。
【０２３８】
ステップＳ２０６において、動き取得部２２２−３は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-1の画像およびフレーム#nの画像を基に、フレーム#n-1とフレーム#nとの間の背景の動きベクトルを取得する。動き取得部２２２−３は、動きベクトルを画像シフト部２２３−３に供給する。
【０２３９】
ステップＳ２０７において、画像シフト部２２３−３は、動き取得部２２２−３から供給された動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-1の画像を平行移動し、平行移動したフレーム#n-1の画像をフレームメモリ２２４に供給する。
【０２４０】
ステップＳ２０８において、動き取得部２２２−４は、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-2の画像およびフレーム#nの画像を基に、フレーム#n-2とフレーム#nとの間の背景の動きベクトルを取得する。動き取得部２２２−４は、動きベクトルを画像シフト部２２３−４に供給する。
【０２４１】
ステップＳ２０９において、画像シフト部２２３−４は、動き取得部２２２−４から供給された動きベクトルを基に、フレームメモリ２２１に記憶されているフレーム#n-2の画像を平行移動し、平行移動したフレーム#n-2の画像をフレームメモリ２２４に供給する。
【０２４２】
ステップＳ２１０において、静動判定部２２５−３は、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、静止か否かを判定し、静止と判定された場合、ステップＳ２１１に進み、静動判定部２２５−２は、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止か否かを判定する。
【０２４３】
ステップＳ２１１において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、ステップＳ２１２に進み、領域判定部２２６−２は、領域の判定される画素に対応する静止領域判定フラグに、静止領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２２６−２は、静止領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給し、手続きは、ステップＳ２１３に進む。
【０２４４】
ステップＳ２１０において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きと判定された場合、または、ステップＳ２１１において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、フレーム#nの画素が静止領域には属さないので、ステップＳ２１２の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２１３に進む。
【０２４５】
ステップＳ２１３において、静動判定部２２５−３は、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きか否かを判定し、動きと判定された場合、ステップＳ２１４に進み、静動判定部２２５−２は、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きか否かを判定する。
【０２４６】
ステップＳ２１４において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、ステップＳ２１５に進み、領域判定部２２６−２は、領域の判定される画素に対応する動き領域判定フラグに、動き領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２２６−２は、動き領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給し、手続きは、ステップＳ２１６に進む。
【０２４７】
ステップＳ２１３において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、静止と判定された場合、または、ステップＳ２１４において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、フレーム#nの画素が動き領域には属さないので、ステップＳ２１５の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２１６に進む。
【０２４８】
ステップＳ２１６において、静動判定部２２５−４は、フレーム#n-2の画素とフレーム#n-1の同一位置の画素とで、静止か否かを判定し、静止と判定された場合、ステップＳ２１７に進み、静動判定部２２５−３は、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きか否かを判定する。
【０２４９】
ステップＳ２１７において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、動きと判定された場合、ステップＳ２１８に進み、領域判定部２２６−３は、領域の判定される画素に対応するカバードバックグラウンド領域判定フラグに、カバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２２６−３は、カバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給し、手続きは、ステップＳ２１９に進む。
【０２５０】
ステップＳ２１６において、フレーム#n-2の画素とフレーム#n-1の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、または、ステップＳ２１７において、フレーム#n-1の画素とフレーム#nの同一位置の画素とで、静止と判定された場合、フレーム#nの画素がカバードバックグラウンド領域には属さないので、ステップＳ２１８の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２１９に進む。
【０２５１】
ステップＳ２１９において、静動判定部２２５−２は、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、動きか否かを判定し、動きと判定された場合、ステップＳ２２０に進み、静動判定部２２５−１は、フレーム#n+1の画素とフレーム#n+2の同一位置の画素とで、静止か否かを判定する。
【０２５２】
ステップＳ２２０において、フレーム#n+1の画素とフレーム#n+2の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、ステップＳ２２１に進み、領域判定部２２６−１は、領域の判定される画素に対応するアンカバードバックグラウンド領域判定フラグに、アンカバードバックグラウンド領域に属することを示す”１”を設定する。領域判定部２２６−１は、アンカバードバックグラウンド領域判定フラグを判定フラグ格納フレームメモリ２２７に供給し、手続きは、ステップＳ２２２に進む。
【０２５３】
ステップＳ２１９において、フレーム#nの画素とフレーム#n+1の同一位置の画素とで、静止と判定された場合、または、ステップＳ２２０において、フレーム#n+1の画素とフレーム#n+2の同一位置の画素とで、動きと判定された場合、フレーム#nの画素がアンカバードバックグラウンド領域には属さないので、ステップＳ２２１の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２２２に進む。
【０２５４】
ステップＳ２２２において、領域特定部１０３は、フレーム#nの全ての画素について領域を特定したか否かを判定し、フレーム#nの全ての画素について領域を特定していないと判定された場合、手続きは、ステップＳ２１０に戻り、他の画素について、領域特定の処理を繰り返す。
【０２５５】
ステップＳ２２２において、フレーム#nの全ての画素について領域を特定したと判定された場合、ステップＳ２２３に進み、合成部２２８は、判定フラグ格納フレームメモリ２２７に記憶されているアンカバードバックグラウンド領域判定フラグ、およびカバードバックグラウンド領域判定フラグを基に、混合領域を示す領域情報を生成し、更に、各画素が、アンカバードバックグラウンド領域、静止領域、動き領域、およびカバードバックグラウンド領域のいずれかに属することを示す領域情報を生成し、生成した領域情報を判定フラグ格納フレームメモリ２２９に設定し、処理は終了する。
【０２５６】
このように、領域特定部１０３は、フレームに含まれている画素のそれぞれについて、動き領域、静止領域、アンカバードバックグラウンド領域、またはカバードバックグラウンド領域に属することを示す領域情報を生成することができる。領域特定部１０３は、背景の画像オブジェクトの位置を一致させてから、領域判定の処理を実行するので、より正確な領域情報を生成することができる。
【０２５７】
なお、領域特定部１０３は、アンカバードバックグラウンド領域およびカバードバックグラウンド領域に対応する領域情報に論理和を適用することにより、混合領域に対応する領域情報を生成して、フレームに含まれている画素のそれぞれについて、動き領域、静止領域、または混合領域に属することを示すフラグから成る領域情報を生成するようにしてもよい。
【０２５８】
前景に対応するオブジェクトがテクスチャを有する場合、領域特定部１０３は、より正確に動き領域を特定することができる。
【０２５９】
領域特定部１０３は、動き領域を示す領域情報を前景領域を示す領域情報として、また、静止領域を示す領域情報を背景領域を示す領域情報として出力することができる。
【０２６０】
図３２は、領域特定部１０３の他の構成を示すブロック図である。オブジェクト抽出部２５１は、入力画像から前景のオブジェクトに対応する前景の画像オブジェクトを抽出するとともに、前景の画像オブジェクトに対応する画素以外の画素に背景領域に属することを示す値を設定して、前景の画像オブジェクトおよび背景領域に属することを示す値から構成される領域特定オブジェクトを生成して、動き補償部２５２および減算部２５４に供給する。
【０２６１】
オブジェクト抽出部２５１は、例えば、入力画像に含まれる前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトの輪郭を検出することで、前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを抽出する。また、例えば、オブジェクト抽出部２５１は、内部に設けられている背景メモリに記憶されている背景の画像と、入力画像との差から、前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトを抽出するようにしてもよい。
【０２６２】
さらに、例えば、オブジェクト抽出部２５１は、入力画像の動きを検出して、静止している画素に背景領域に属することを示す値を設定して、前景の画像オブジェクトおよび背景領域に属することを示す値から構成される領域特定オブジェクトを生成するようにしてもよい。
【０２６３】
オブジェクト抽出部２５１から出力される領域特定オブジェクトに含まれる画像オブジェクトは、前景領域に属す画素および混合領域に属する画素を含む。
【０２６４】
前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトの動き方向に隣接して１列に並ぶ画素の画素値を時間方向に展開したモデル図の例を図３３に示す。例えば、前景のオブジェクトに対応する画像オブジェクトの動き方向が画面に対して水平であるとき、図３３におけるモデル図は、１つのライン上の隣接する画素の画素値を時間方向に展開したモデルを示す。
【０２６５】
図３３において、フレーム#nにおけるラインは、フレーム#n-1におけるラインと同一である。
【０２６６】
フレーム#nにおいて、左から６番目の画素乃至１７番目の画素に含まれている前景のオブジェクトに対応する前景の成分は、フレーム#n-1において、左から２番目乃至１３番目の画素に含まれる。
【０２６７】
フレーム#n-1において、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１１番目乃至１３番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から２番目乃至４番目の画素である。
【０２６８】
フレーム#nにおいて、カバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から１５番目乃至１７番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素は、左から６番目乃至８番目の画素である。
【０２６９】
フレーム#n-1において、背景領域に属する画素は、左から１番目の画素、および左から１４番目乃至２１番目の画素である。
【０２７０】
フレーム#nにおいて、背景領域に属する画素は、左から１番目乃至５番目の画素、および左から１８番目乃至２１番目の画素である。
【０２７１】
図３３に示す例に対応する、オブジェクト抽出部２５１が抽出する領域特定オブジェクトの例を図３４に示す。
【０２７２】
オブジェクト抽出部２５１は、入力画像の注目している画素が動いている画素、すなわち、前景の成分を含む、前景領域に属する画素または混合領域に属する画素であるとき、領域特定オブジェクトの対応する画素に、入力画像の注目している画素の画素値をそのまま設定する。
【０２７３】
オブジェクト抽出部２５１は、入力画像の注目している画素が静止している画素であるとき、領域特定オブジェクトの対応する画素に、背景領域に属することを示す値を設定する。
【０２７４】
このように、前景の成分を含む画素または背景領域に属することを示す値が設定された画素からなる領域特定オブジェクトが、動き補償部２５２および減算部２５４に供給される。
【０２７５】
動き補償部２５２は、動き検出部１０２から供給された動きベクトルおよびその位置情報を基に、オブジェクト抽出部２５１から供給された領域特定オブジェクトを動き補償する。図３５は、動き補償部２５２により、動き補償されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトの例を示す図である。動き補償されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトの前景領域に属する画素の位置は、フレーム#nの領域特定オブジェクトの前景領域に属する画素の位置に対応する。同様に、動き補償されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトの混合領域に属する画素の位置は、フレーム#nの領域特定オブジェクトの混合領域に属する画素の位置に対応する。
【０２７６】
動き補償部２５２は、動き補償された領域特定オブジェクトをフレームメモリ２５３に供給する。
【０２７７】
フレームメモリ２５３は、動き補償された領域特定オブジェクトをフレーム単位で記憶する。オブジェクト抽出部２５１から減算部２５４にフレーム#nの前景のオブジェクトに対応する領域特定オブジェクトが供給されるとき、フレームメモリ２５３は、フレーム#nの前のフレームであるフレーム#n-1の、動き補償された領域特定オブジェクトを減算部２５４に供給する。
【０２７８】
減算部２５４は、オブジェクト抽出部２５１から供給されたフレーム#nの領域特定オブジェクトの前景領域に属する画素の画素値から、対応する位置の、フレームメモリ２５３から供給されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトの前景領域に属する画素の画素値を減算して、前景領域に属する画素のフレーム差分を求める。
【０２７９】
減算部２５４は、オブジェクト抽出部２５１から供給されたフレーム#nの領域特定オブジェクトの混合領域に属する画素の画素値から、対応する位置の、フレームメモリ２５３から供給されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトの混合領域に属する画素の画素値を減じて、混合領域に属する画素のフレーム差分を求める。
【０２８０】
減算部２５４は、フレーム#nの領域特定オブジェクトの画素が、背景領域に属することを示す値が設定されているとき、減算を実行しない。
【０２８１】
減算部２５４は、前景領域に属する画素のフレーム差分、または混合領域に属する画素のフレーム差分を領域特定オブジェクトの対応する画素に設定し、前景領域に属する画素のフレーム差分、混合領域に属する画素のフレーム差分、または背景領域に属することを示す値が設定された領域特定オブジェクトをしきい値処理部２５５に供給する。
【０２８２】
しきい値処理部２５５は、入力されたしきい値Thと、減算部２５４から供給された領域特定オブジェクトの画素に設定された、前景領域に属する画素のフレーム差分、または混合領域に属する画素のフレーム差分とを比較する。しきい値処理部２５５は、領域特定オブジェクトのフレーム差分がしきい値Thより大きいと判定された場合、領域特定オブジェクトの対応する画素に、混合領域に属することを示す値を設定する。
【０２８３】
しきい値処理部２５５は、領域特定オブジェクトのフレーム差分がしきい値Th以下であると判定された場合、領域特定オブジェクトの対応する画素に、前景領域に属することを示す値を設定する。
【０２８４】
しきい値処理部２５５は、背景領域に属することを示す値、混合領域に属することを示す値、および前景領域に属することを示す値のいずれかがそれぞれの画素に設定された領域特定オブジェクトを、混合領域を示す情報を含む領域情報として外部に出力するか、または時間変化検出部２５６に出力する。
【０２８５】
図３６は、しきい値処理部２５５の処理の例を説明する図である。図３６に示すように、フレーム#n-1の前景領域に属する、前景の成分F01/v，F02/v,F03/v、およびF04/vから構成される画素P04の位置は、動き補償により、フレーム#nの前景領域に属する、前景の成分F01/v，F02/v,F03/v、およびF04/vから構成される画素C04の位置と一致する。
【０２８６】
フレーム#n-1の前景領域に属する、前景の成分F02/v，F03/v,F04/v、およびF05/vから構成される画素P05の位置は、動き補償により、フレーム#nの前景領域に属する、前景の成分F02/v，F03/v,F04/v、およびF05/vから構成される画素C05の位置と一致する。
【０２８７】
同様に、フレーム#n-1の前景領域に属する画素P06、画素P07、画素P08、および画素P09の位置は、動き補償により、フレーム#nの前景領域に属する、それぞれ同一の値を有する画素C06、画素C07、画素C08、または画素C09の位置と一致する。
【０２８８】
このように、前景領域に属する画素のフレーム差分は0となるので、しきい値処理部２５５は、フレーム差分がしきい値Th以下であると判定し、画素C04、画素C05、画素C06、画素C07、画素C08、および画素C09に、前景領域に属することを示す値を設定する。
【０２８９】
一方、動き補償により、フレーム#n-1の混合領域に属する画素P01の位置は、フレーム#nの前景領域に属する画素C01の位置に対応する。画素P01が、背景の成分B02/vを含むのに対して、画素C01は、背景の成分B06/vを含むので、減算部２５４は、背景の成分B02/vと背景の成分B06/vとに対応するフレーム差分を出力する。
【０２９０】
背景の成分B02/vが背景の成分B06/vと異なるので、しきい値処理部２５５は、フレーム差分がしきい値Thより大きいと判定し、画素C01に、混合領域に属することを示す値を設定する。
【０２９１】
動き補償により、フレーム#n-1の混合領域に属する画素P02の位置は、フレーム#nの前景領域に属する画素C02の位置に対応する。画素P02が、背景の成分B03/vを含むのに対して、画素C02は、背景の成分B07/vを含むので、減算部２５４は、背景の成分B03/vと背景の成分B07/vとに対応するフレーム差分を出力する。
【０２９２】
背景の成分B03/vが背景の成分B07/vと異なるので、しきい値処理部２５５は、フレーム差分がしきい値Thより大きいと判定し、画素C02に、混合領域に属することを示す値を設定する。
【０２９３】
同様に、減算部２５４は、混合領域に属する画素C03に対応して、背景の成分B04/vと背景の成分B08/vとに対応するフレーム差分を出力し、混合領域に属する画素C10に対応して、背景の成分B11/vと背景の成分B15/vとに対応するフレーム差分を出力し、混合領域に属する画素C11に対応して、背景の成分B12/vと背景の成分B16/vとに対応するフレーム差分を出力し、混合領域に属する画素C12に対応して、背景の成分B13/vと背景の成分B17/vとに対応するフレーム差分を出力する。
【０２９４】
従って、しきい値処理部２５５は、画素C03、画素C10、画素C11、および画素C12のそれぞれに、混合領域に属することを示す値を設定する。
【０２９５】
時間変化検出部２５６は、しきい値処理部２５５から供給された、混合領域を示す情報を含む領域情報を基に、さらに、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を特定して、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を示す情報を含む領域情報を生成する。
【０２９６】
図３７は、時間変化検出部２５６の構成を説明するブロック図である。フレームメモリ２６１は、フレーム#nの画素について領域を判定するとき、しきい値処理部２５５から供給された、フレーム#n-1、およびフレーム#nの混合領域を示す情報を含む領域情報を記憶する。
【０２９７】
領域判定部２６２は、フレームメモリ２６１に記憶されているフレーム#n-1、およびフレーム#nの混合領域を示す情報を含む領域情報を基に、フレーム#nの混合領域の各画素について、カバードバックグラウンド領域に属するか、またはアンカバードバックグラウンド領域に属するかを判定して、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を示す情報を含む領域情報を生成し、生成した領域情報を出力する。
【０２９８】
図３８および図３９に示すように、フレーム#nの混合領域に属する画素に対応する、フレーム#n-1の画素が前景領域に属するとき、フレーム#nの混合領域に属する画素は、アンカバードバックグラウンド領域に属する。
【０２９９】
フレーム#nの混合領域に属する画素に対応する、フレーム#n-1の画素が背景領域に属するとき、フレーム#nの混合領域に属する画素は、カバードバックグラウンド領域に属する。
【０３００】
領域判定部２６２は、図４０に示すように、フレーム#n-1の対応する画素が前景領域に属するとき、フレーム#nの混合領域に属する画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定し、フレーム#n-1の対応する画素が背景領域に属するとき、フレーム#nの混合領域に属する画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０３０１】
次に、図４１のフローチャートを参照して、領域特定部１０３の領域特定の処理を説明する。ステップＳ２５１において、領域特定部１０３のオブジェクト抽出部２５１は、入力画像を基に、例えば、輪郭検出の処理により、前景のオブジェクトに対応する前景の画像オブジェクトを抽出するとともに、背景領域に属する画素に背景領域に属することを示す値を設定して、領域特定オブジェクトを生成する。オブジェクト抽出部２５１は、生成した領域特定オブジェクトを動き補償部２５２および減算部２５４に供給する。
【０３０２】
ステップＳ２５２において、動き補償部２５２は、動き検出部１０２から供給された動きベクトルおよびその位置情報を基に、オブジェクト抽出部２５１から供給された領域特定オブジェクトを動き補償する。動き補償部２５２は、動き補償された領域特定オブジェクトをフレームメモリ２５３に供給する。フレームメモリ２５３は、動き補償された領域特定オブジェクトを記憶し、記憶されている領域特定オブジェクトを減算部２５４に供給する。
【０３０３】
ステップＳ２５３において、減算部２５４は、オブジェクト抽出部２５１から供給されたフレーム#nの領域特定オブジェクトと、動き補償された、フレームメモリ２５３から供給されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトとの差分を求め、求められた差分をしきい値処理部２５５に供給する。
【０３０４】
ステップＳ２５４において、しきい値処理部２５５は、しきい値Thを基に、フレーム#nの領域特定オブジェクトと、動き補償されたフレーム#n-1の領域特定オブジェクトとの差分から、混合領域を検出し、混合領域を示す情報を含む領域情報を外部に出力するか、または時間変化検出部２５６に供給する。
【０３０５】
ステップＳ２５５において、時間変化検出部２５６は、混合領域を示す情報を含む領域情報を基に、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を検出する処理を実行して、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を示す情報を含む領域情報を生成し、生成した領域情報を出力し、処理は終了する。
【０３０６】
次に、図４２のフローチャートを参照して、図４１のステップＳ２５５に対応する、混合領域を処理の対象とする、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を検出する処理の詳細を説明する。
【０３０７】
ステップＳ２６１において、時間変化検出部２５６の領域判定部２６２は、混合領域に属する注目している画素に対応する、前のフレームの画素が前景領域に属するか否かを判定し、前のフレームの対応する画素が前景領域に属すると判定された場合、ステップＳ２６２に進み、注目している画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると設定し、処理は終了する。
【０３０８】
ステップＳ２６１において、前のフレームの対応する画素が背景領域に属すると判定された場合、ステップＳ２６３に進み、領域判定部２６２は、注目している画素がカバードバックグラウンド領域に属すると設定し、処理は終了する。
【０３０９】
このように、領域特定部１０３は、注目している画素が存在するフレームの、前景のオブジェクトに対応する前景の画像オブジェクト、および注目している画素が存在するフレームの前のフレームの、動き補償された前景の画像オブジェクトを基に、注目している画素が前景領域、背景領域、および混合領域のいずれかに属するかを特定して、特定した結果に対応する領域情報を生成することができる。
【０３１０】
さらに、領域特定部１０３は、注目している画素が存在するフレームの前のフレームの領域情報を基に、混合領域に属する注目している画素が、アンカバードバックグラウンド領域に属するか否か、またはカバードバックグラウンド領域に属するか否かを検出することができる。
【０３１１】
図４３は、領域特定部１０３のさらに他の構成を示すブロック図である。図３２に示す場合と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０３１２】
識別部２８１は、動き検出部１０２から供給された動きベクトルおよびその位置情報、並びにしきい値処理部２５５から供給された混合領域を示す情報を含む領域情報を基に、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を特定して、カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を示す情報を含む領域情報を生成して、生成した領域情報を出力する。
【０３１３】
図４４は、識別部２８１の判定の処理を説明する図である。前景のオブジェクトに対応する前景の画像オブジェクトの動き方向の先端部に注目している画素が位置するとき、注目している画素は、カバードバックグラウンド領域に属する。前景のオブジェクトに対応する前景の画像オブジェクトの動き方向の後端部に注目している画素が位置するとき、注目している画素は、アンカバードバックグラウンド領域に属する。
従って、識別部２８１は、混合領域に属する注目している画素の位置を基準として、動きベクトルで示される位置の画素が前景領域に属するとき、注目している画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。識別部２８１は、前景領域に属する所定の画素の位置を基準として、混合領域に属する注目している画素の位置が動きベクトルで示されるとき、注目している画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０３１４】
図４５のフローチャートを参照して、混合領域を処理の対象とする、識別部２８１によるカバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域の検出の処理を説明する。
【０３１５】
ステップＳ２８１において、識別部２８１は、注目している画素が前景のオブジェクトの動き方向の先端部に位置するか否かを判定し、注目している画素が前景のオブジェクトの動き方向の先端部に位置すると判定された場合、ステップＳ２８２に進み、注目している画素がカバードバックグラウンド領域に属する旨を設定して、処理は終了する。
【０３１６】
ステップＳ２８１において、注目している画素が前景のオブジェクトの動き方向の先端部に位置しないと判定された場合、注目している画素が前景のオブジェクトの動き方向の後端部に位置するので、識別部２８１は、ステップＳ２８３に進み、注目している画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する旨を設定して、処理は終了する。
【０３１７】
このように、領域特定部１０３は、動きベクトルを基に、混合領域に属する注目している画素がカバードバックグラウンド領域に属するか、またはアンカバードバックグラウンド領域に属するかを識別することができる。
【０３１８】
図４６は、混合比算出部１０４の構成の一例を示すブロック図である。推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、カバードバックグラウンド領域のモデルに対応する演算により、画素毎に推定混合比を算出して、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。
【０３１９】
推定混合比処理部４０２は、入力画像を基に、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する演算により、画素毎に推定混合比を算出して、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。
【０３２０】
前景に対応するオブジェクトがシャッタ時間内に等速で動いていると仮定できるので、混合領域に属する画素の混合比αは、以下の性質を有する。すなわち、混合比αは、画素の位置の変化に対応して、直線的に変化する。画素の位置の変化を１次元とすれば、混合比αの変化は、直線で表現することができ、画素の位置の変化を２次元とすれば、混合比αの変化は、平面で表現することができる。
【０３２１】
なお、１フレームの期間は短いので、前景に対応するオブジェクトが剛体であり、等速で移動していると仮定が成り立つ。
【０３２２】
この場合、混合比αの傾きは、前景のシャッタ時間内での動き量vの逆比となる。
【０３２３】
理想的な混合比αの例を図４７に示す。理想的な混合比αの混合領域における傾きlは、動き量vの逆数として表すことができる。
【０３２４】
図４７に示すように、理想的な混合比αは、背景領域において、１の値を有し、前景領域において、０の値を有し、混合領域において、０を越え１未満の値を有する。
【０３２５】
図４８の例において、フレーム#nの左から７番目の画素の画素値C06は、フレーム#n-1の左から７番目の画素の画素値P06を用いて、式（４）で表すことができる。
【０３２６】
【数２】
式（４）において、画素値C06を混合領域の画素の画素値Mと、画素値P06を背景領域の画素の画素値Bと表現する。すなわち、混合領域の画素の画素値Mおよび背景領域の画素の画素値Bは、それぞれ、式（５）および式（６）のように表現することができる。
【０３２８】
M=C06 （５）
B=P06 （６）
【０３２９】
式（４）中の2/vは、混合比αに対応する。動き量vが４なので、フレーム#nの左から７番目の画素の混合比αは、0.5となる。
【０３３０】
以上のように、注目しているフレーム#nの画素値Cを混合領域の画素値と見なし、フレーム#nの前のフレーム#n-1の画素値Pを背景領域の画素値と見なすことで、混合比αを示す式（３）は、式（７）のように書き換えられる。
【０３３１】
C=α・P+f （７）
式（７）のfは、注目している画素に含まれる前景の成分の和ΣiFi/vである。式（７）に含まれる変数は、混合比αおよび前景の成分の和fの２つである。
【０３３２】
同様に、アンカバードバックグラウンド領域における、動き量vが４であり、時間方向の仮想分割数が４である、画素値を時間方向に展開したモデルを図４９に示す。
【０３３３】
アンカバードバックグラウンド領域において、上述したカバードバックグラウンド領域における表現と同様に、注目しているフレーム#nの画素値Cを混合領域の画素値と見なし、フレーム#nの後のフレーム#n+1の画素値Nを背景領域の画素値と見なすことで、混合比αを示す式（３）は、式（８）のように表現することができる。
【０３３４】
C=α・N+f （８）
【０３３５】
なお、背景のオブジェクトが静止しているとして説明したが、背景のオブジェクトが動いている場合においても、背景の動き量vに対応させた位置の画素の画素値を利用することにより、式（４）乃至式（８）を適用することができる。例えば、図４８において、背景に対応するオブジェクトの動き量vが２であり、仮想分割数が２であるとき、背景に対応するオブジェクトが図中の右側に動いているとき、式（６）における背景領域の画素の画素値Bは、画素値P04とされる。
【０３３６】
式（７）および式（８）は、それぞれ２つの変数を含むので、そのままでは混合比αを求めることができない。ここで、画像は一般的に空間的に相関が強いので近接する画素同士でほぼ同じ画素値となる。
【０３３７】
そこで、前景成分は、空間的に相関が強いので、前景の成分の和fを前または後のフレームから導き出せるように式を変形して、混合比αを求める。
【０３３８】
図５０のフレーム#nの左から７番目の画素の画素値Mcは、式（９）で表すことができる。
【０３３９】
【数３】
【０３４０】
【数４】
ここで、前景の成分の空間相関を利用して、式（１１）が成立するとする。
【０３４２】
F=F05=F06=F07=F08=F09=F10=F11=F12 （１１）
式（１０）は、式（１１）を利用して、式（１２）のように置き換えることができる。
【０３４３】
【数５】
結果として、βは、式（１３）で表すことができる。
【０３４５】
β=2/4 （１３）
【０３４６】
一般的に、式（１１）に示すように混合領域に関係する前景の成分が等しいと仮定すると、混合領域の全ての画素について、内分比の関係から式（１４）が成立する。
【０３４７】
β=1-α （１４）
【０３４８】
式（１４）が成立するとすれば、式（７）は、式（１５）に示すように展開することができる。
【０３４９】
【数６】
同様に、式（１４）が成立するとすれば、式（８）は、式（１６）に示すように展開することができる。
【０３５１】
【数７】
式（１５）および式（１６）において、C，N、およびPは、既知の画素値なので、式（１５）および式（１６）に含まれる変数は、混合比αのみである。式（１５）および式（１６）における、C，N、およびPの関係を図５１に示す。Cは、混合比αを算出する、フレーム#nの注目している画素の画素値である。Nは、注目している画素と空間方向の位置が対応する、フレーム#n+1の画素の画素値である。Pは、注目している画素と空間方向の位置が対応する、フレーム#n-1の画素の画素値である。
【０３５３】
従って、式（１５）および式（１６）のそれぞれに１つの変数が含まれることとなるので、３つのフレームの画素の画素値を利用して、混合比αを算出することができる。式（１５）および式（１６）を解くことにより、正しい混合比αが算出されるための条件は、混合領域に関係する前景の成分が等しい、すなわち、前景のオブジェクトが静止しているとき撮像された前景の画像オブジェクトにおいて、前景のオブジェクトの動きの方向に対応する、画像オブジェクトの境界に位置する画素であって、動き量vの２倍の数の連続している画素の画素値が、一定であることである。
【０３５４】
以上のように、カバードバックグラウンド領域に属する画素の混合比αは、式（１７）により算出され、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の混合比αは、式（１８）により算出される。
【０３５５】
α=(C-N)/(P-N) （１７）
α=(C-P)/(N-P) （１８）
【０３５６】
図５２は、推定混合比処理部４０１の構成を示すブロック図である。フレームメモリ４２１は、入力された画像をフレーム単位で記憶し、入力画像として入力されているフレームから１つ後のフレームをフレームメモリ４２２および混合比演算部４２３に供給する。
【０３５７】
フレームメモリ４２２は、入力された画像をフレーム単位で記憶し、フレームメモリ４２１から供給されているフレームから１つ後のフレームを混合比演算部４２３に供給する。
【０３５８】
従って、入力画像としてフレーム#n+1が混合比演算部４２３に入力されているとき、フレームメモリ４２１は、フレーム#nを混合比演算部４２３に供給し、フレームメモリ４２２は、フレーム#n-1を混合比演算部４２３に供給する。
【０３５９】
混合比演算部４２３は、式（１７）に示す演算により、フレーム#nの注目している画素の画素値C、注目している画素と空間的位置が対応する、フレーム#n+1の画素の画素値N、および注目している画素と空間的位置が対応する、フレーム#n-1の画素の画素値Pを基に、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を出力する。例えば、背景が静止しているとき、混合比演算部４２３は、フレーム#nの注目している画素の画素値C、注目している画素とフレーム内の位置が同じ、フレーム#n+1の画素の画素値N、および注目している画素とフレーム内の位置が同じ、フレーム#n-1の画素の画素値Pを基に、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を出力する。
【０３６０】
このように、推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を算出して、混合比決定部４０３に供給することができる。
【０３６１】
なお、推定混合比処理部４０２は、推定混合比処理部４０１が式（１７）に示す演算により、注目している画素の推定混合比を算出するのに対して、式（１８）に示す演算により、注目している画素の推定混合比を算出する部分が異なることを除き、推定混合比処理部４０１と同様なので、その説明は省略する。
【０３６２】
図５３は、推定混合比処理部４０１により算出された推定混合比の例を示す図である。図５３に示す推定混合比は、等速で動いているオブジェクトに対応する前景の動き量vが１１である場合の結果を、１ラインに対して示すものである。
【０３６３】
推定混合比は、混合領域において、図４７に示すように、ほぼ直線的に変化していることがわかる。
【０３６４】
図４６に戻り、混合比決定部４０３は、領域特定部１０３から供給された、混合比αの算出の対象となる画素が、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを示す領域情報を基に、混合比αを設定する。混合比決定部４０３は、対象となる画素が前景領域に属する場合、０を混合比αに設定し、対象となる画素が背景領域に属する場合、１を混合比αに設定し、対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０１から供給された推定混合比を混合比αに設定し、対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０２から供給された推定混合比を混合比αに設定する。混合比決定部４０３は、領域情報を基に設定した混合比αを出力する。
【０３６５】
図５４は、混合比算出部１０４の他の構成を示すブロック図である。選択部４４１は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、カバードバックグラウンド領域に属する画素および、これに対応する前および後のフレームの画素を推定混合比処理部４４２に供給する。選択部４４１は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素および、これに対応する前および後のフレームの画素を推定混合比処理部４４３に供給する。
【０３６６】
推定混合比処理部４４２は、選択部４４１から入力された画素値を基に、式（１７）に示す演算により、カバードバックグラウンド領域に属する、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を選択部４４４に供給する。
【０３６７】
推定混合比処理部４４３は、選択部４４１から入力された画素値を基に、式（１８）に示す演算により、アンカバードバックグラウンド領域に属する、注目している画素の推定混合比を算出して、算出した推定混合比を選択部４４４に供給する。
【０３６８】
選択部４４４は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、対象となる画素が前景領域に属する場合、０である推定混合比を選択して、混合比αに設定し、対象となる画素が背景領域に属する場合、１である推定混合比を選択して、混合比αに設定する。選択部４４４は、対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４４２から供給された推定混合比を選択して混合比αに設定し、対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４４３から供給された推定混合比を選択して混合比αに設定する。選択部４４４は、領域情報を基に選択して設定した混合比αを出力する。
【０３６９】
このように、図５４に示す他の構成を有する混合比算出部１０４は、画像の含まれる画素毎に混合比αを算出して、算出した混合比αを出力することができる。
【０３７０】
図５５のフローチャートを参照して、図４６に構成を示す混合比算出部１０４の混合比αの算出の処理を説明する。ステップＳ４０１において、混合比算出部１０４は、領域特定部１０３から供給された領域情報を取得する。ステップＳ４０２において、推定混合比処理部４０１は、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルにより推定混合比の演算の処理を実行し、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。混合比推定の演算の処理の詳細は、図５６のフローチャートを参照して、後述する。
【０３７１】
ステップＳ４０３において、推定混合比処理部４０２は、アンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルにより推定混合比の演算の処理を実行し、算出した推定混合比を混合比決定部４０３に供給する。
【０３７２】
ステップＳ４０４において、混合比算出部１０４は、フレーム全体について、混合比αを推定したか否かを判定し、フレーム全体について、混合比αを推定していないと判定された場合、ステップＳ４０２に戻り、次の画素について混合比αを推定する処理を実行する。
【０３７３】
ステップＳ４０４において、フレーム全体について、混合比αを推定したと判定された場合、ステップＳ４０５に進み、混合比決定部４０３は、画素が、前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、またはアンカバードバックグラウンド領域のいずれかに属するかを示す、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、混合比αを設定する。混合比決定部４０３は、対象となる画素が前景領域に属する場合、０を混合比αに設定し、対象となる画素が背景領域に属する場合、１を混合比αに設定し、対象となる画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０１から供給された推定混合比を混合比αに設定し、対象となる画素がアンカバードバックグラウンド領域に属する場合、推定混合比処理部４０２から供給された推定混合比を混合比αに設定し、処理は終了する。
【０３７４】
このように、混合比算出部１０４は、領域特定部１０３から供給された領域情報、および入力画像を基に、各画素に対応する特徴量である混合比αを算出することができる。
【０３７５】
図５４に構成を示す混合比算出部１０４の混合比αの算出の処理は、図５５のフローチャートで説明した処理と同様なので、その説明は省略する。
【０３７６】
次に、図５５のステップＳ４０２に対応する、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理を図５６のフローチャートを参照して説明する。
【０３７７】
ステップＳ４２１において、混合比演算部４２３は、フレームメモリ４２１から、フレーム#nの注目画素の画素値Cを取得する。
【０３７８】
ステップＳ４２２において、混合比演算部４２３は、フレームメモリ４２２から、注目画素に対応する、フレーム#n-1の画素の画素値Pを取得する。
【０３７９】
ステップＳ４２３において、混合比演算部４２３は、入力画像に含まれる注目画素に対応する、フレーム#n+1の画素の画素値Nを取得する。
【０３８０】
ステップＳ４２４において、混合比演算部４２３は、フレーム#nの注目画素の画素値C、フレーム#n-1の画素の画素値P、およびフレーム#n+1の画素の画素値Nを基に、推定混合比を演算する。
【０３８１】
ステップＳ４２５において、混合比演算部４２３は、フレーム全体について、推定混合比を演算する処理を終了したか否かを判定し、フレーム全体について、推定混合比を演算する処理を終了していないと判定された場合、ステップＳ４２１に戻り、次の画素について推定混合比を算出する処理を繰り返す。
【０３８２】
ステップＳ４２５において、フレーム全体について、推定混合比を演算する処理を終了したと判定された場合、処理は終了する。
【０３８３】
このように、推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を演算することができる。
【０３８４】
図５５のステップＳ４０３におけるアンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理は、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する式を利用した、図５６のフローチャートに示す処理と同様なので、その説明は省略する。
【０３８５】
なお、図５４に示す推定混合比処理部４４２および推定混合比処理部４４３は、図５６に示すフローチャートと同様の処理を実行して推定混合比を演算するので、その説明は省略する。
【０３８６】
また、背景に対応するオブジェクトが静止しているとして説明したが、背景領域に対応する画像が動きを含んでいても上述した混合比αを求める処理を適用することができる。例えば、背景領域に対応する画像が一様に動いているとき、推定混合比処理部４０１は、背景の動きに対応して画像全体をシフトさせ、背景に対応するオブジェクトが静止している場合と同様に処理する。また、背景領域に対応する画像が局所毎に異なる背景の動きを含んでいるとき、推定混合比処理部４０１は、混合領域に属する画素に対応する画素として、背景の動きに対応した画素を選択して、上述の処理を実行する。
【０３８７】
また、混合比算出部１０４は、全ての画素について、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理のみを実行して、算出された推定混合比を混合比αとして出力するようにしてもよい。この場合において、混合比αは、カバードバックグラウンド領域に属する画素について、背景の成分の割合を示し、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素について、前景の成分の割合を示す。アンカバードバックグラウンド領域に属する画素について、このように算出された混合比αと１との差分の絶対値を算出して、算出した絶対値を混合比αに設定すれば、信号処理装置は、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素について、背景の成分の割合を示す混合比αを求めることができる。
【０３８８】
なお、同様に、混合比算出部１０４は、全ての画素について、アンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理のみを実行して、算出された推定混合比を混合比αとして出力するようにしてもよい。
【０３８９】
次に、混合比αが直線的に変化する性質を利用して混合比αを算出する混合比算出部１０４について説明する。
【０３９０】
上述したように、式（７）および式（８）は、それぞれ２つの変数を含むので、そのままでは混合比αを求めることができない。
【０３９１】
そこで、シャッタ時間内において、前景に対応するオブジェクトが等速で動くことによる、画素の位置の変化に対応して、混合比αが直線的に変化する性質を利用して、空間方向に、混合比αと前景の成分の和fとを近似した式を立てる。混合領域に属する画素の画素値および背景領域に属する画素の画素値の組の複数を利用して、混合比αと前景の成分の和fとを近似した式を解く。
【０３９２】
混合比αの変化を、直線として近似すると、混合比αは、式（１９）で表される。
【０３９３】
α=il+p （１９）
式（１９）において、iは、注目している画素の位置を０とした空間方向のインデックスである。lは、混合比αの直線の傾きである。pは、混合比αの直線の切片である共に、注目している画素の混合比αである。式（１９）において、インデックスiは、既知であるが、傾きlおよび切片pは、未知である。
【０３９４】
インデックスi、傾きl、および切片pの関係を図５７に示す。
【０３９５】
混合比αを式（１９）のように近似することにより、複数の画素に対して複数の異なる混合比αは、２つの変数で表現される。図５７に示す例において、５つの画素に対する５つの混合比は、２つの変数である傾きlおよび切片pにより表現される。
【０３９６】
図５８に示す平面で混合比αを近似すると、画像の水平方向および垂直方向の２つの方向に対応する動きvを考慮したとき、式（１９）を平面に拡張して、混合比αは、式（２０）で表される。
【０３９７】
α=jm+kq+p （２０）
式（２０）において、jは、注目している画素の位置を０とした水平方向のインデックスであり、kは、垂直方向のインデックスである。mは、混合比αの面の水平方向の傾きであり、qは、混合比αの面の垂直方向の傾きである。pは、混合比αの面の切片である。
【０３９８】
例えば、図４８に示すフレーム#nにおいて、C05乃至C07について、それぞれ、式（２１）乃至式（２３）が成立する。
【０３９９】
C05=α05・B05/v+f05 （２１）
C06=α06・B06/v+f06 （２２）
C07=α07・B07/v+f07 （２３）
【０４００】
前景の成分が近傍で一致する、すなわち、F01乃至F03が等しいとして、F01乃至F03をFcに置き換えると式（２４）が成立する。
【０４０１】
f(x)=(1-α(x))・Fc （２４）
式（２４）において、xは、空間方向の位置を表す。
【０４０２】
α（ｘ）を式（２０）で置き換えると、式（２４）は、式（２５）として表すことができる。
【０４０３】
式（２５）において、（-m・Fc）、（-q・Fc）、および(1-p)・Fcは、式（２６）乃至式（２８）に示すように置き換えられている。
【０４０５】
s=-m・Fc （２６）
t=-q・Fc （２７）
u=(1-p)・Fc （２８）
【０４０６】
式（２５）において、jは、注目している画素の位置を０とした水平方向のインデックスであり、kは、垂直方向のインデックスである。
【０４０７】
このように、前景に対応するオブジェクトがシャッタ時間内において等速に移動し、前景に対応する成分が近傍において一定であるという仮定が成立するので、前景の成分の和は、式（２５）で近似される。
【０４０８】
なお、混合比αを直線で近似する場合、前景の成分の和は、式（２９）で表すことができる。
【０４０９】
f(x)=is+u （２９）
【０４１０】
式（９）の混合比αおよび前景成分の和を、式（２０）および式（２５）を利用して置き換えると、画素値Mは、式（３０）で表される。
【０４１１】
式（３０）において、未知の変数は、混合比αの面の水平方向の傾きm、混合比αの面の垂直方向の傾きq、混合比αの面の切片p、s、t、およびuの６つである。
【０４１３】
注目している画素の近傍の画素に対応させて、式（３０）に示す正規方程式に、画素値Mまたは画素値Bを設定し、画素値Mまたは画素値Bが設定された複数の正規方程式を最小自乗法で解いて、混合比αを算出する。
【０４１４】
例えば、注目している画素の水平方向のインデックスjを０とし、垂直方向のインデックスkを０とし、注目している画素の近傍の３×３の画素について、式（３０）に示す正規方程式に画素値Mまたは画素値Bを設定すると、式（３１）乃至式（３９）を得る。
注目している画素の水平方向のインデックスjが０であり、垂直方向のインデックスkが０であるので、注目している画素の混合比αは、式（２０）より、j=0およびk=0のときの値、すなわち、切片pに等しい。
【０４１６】
従って、式（３１）乃至式（３９）の９つの式を基に、最小自乗法により、水平方向の傾きm、垂直方向の傾きq、切片p、s、t、およびuのそれぞれの値を算出し、切片pを混合比αとして出力すればよい。
【０４１７】
次に、最小自乗法を適用して混合比αを算出するより具体的な手順を説明する。
【０４１８】
インデックスiおよびインデックスkを１つのインデックスxで表現すると、インデックスi、インデックスk、およびインデックスxの関係は、式（４０）で表される。
【０４１９】
x=(j+1)・3+(k+1) （４０）
【０４２０】
水平方向の傾きm、垂直方向の傾きq、切片p、s、t、およびuをそれぞれ変数w0,w1,w2,w3,w4、およびW5と表現し、jB,kB,B,j,k、および1をそれぞれa0,a1,a2,a3,a4、およびa5と表現する。誤差exを考慮すると、式（３１）乃至式（３９）は、式（４１）に書き換えることができる。
【０４２１】
【数８】
【０４２２】
式（４１）から、式（４２）を導くことができる。
【０４２３】
【数９】
ここで、最小自乗法を適用するため、誤差の自乗和Eを式（４３）に示すようにに定義する。
【０４２５】
【数１０】
誤差が最小になるためには、誤差の自乗和Eに対する、変数Wvの偏微分が０になればよい。ここで、vは、０乃至５の整数のいずれかの値である。従って、式（４４）を満たすようにwyを求める。
【０４２７】
【数１１】
式（４４）に式（４２）を代入すると、式（４５）を得る。
【０４２９】
【数１２】
式（４５）のvに０乃至５の整数のいずれか１つを代入して得られる６つの式に、例えば、掃き出し法（Gauss-Jordanの消去法）などを適用して、wyを算出する。上述したように、w0は水平方向の傾きmであり、w1は垂直方向の傾きqであり、w2は切片pであり、w3はsであり、w4はtであり、w5はuである。
【０４３１】
以上のように、画素値Mおよび画素値Bを設定した式に、最小自乗法を適用することにより、水平方向の傾きm、垂直方向の傾きq、切片p、s、t、およびuを求めることができる。
【０４３２】
式（３１）乃至式（３９）に対応する説明において、混合領域に含まれる画素の画素値をMとし、背景領域に含まれる画素の画素値をBとして説明したが、注目している画素が、カバードバックグラウンド領域に含まれる場合、またはアンカバードバックグラウンド領域に含まれる場合のそれぞれに対して、正規方程式を立てる必要がある。
【０４３３】
例えば、図４８に示す、フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを求める場合、フレーム#nの画素のC04乃至C08、およびフレーム#n-1の画素の画素値P04乃至P08が、正規方程式に設定される。
【０４３４】
図４９に示す、フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを求める場合、フレーム#nの画素のC28乃至C32、およびフレーム#n+1の画素の画素値N28乃至N32が、正規方程式に設定される。
【０４３５】
また、例えば、図５９に示す、カバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、以下の式（４６）乃至式（５４）が立てられる。混合比αを算出する画素の画素値は、Mc5である。
Mc1=(-1)・Bc1・m+(-1)・Bc1・q+Bc1・p+(-1)・s+(-1)・t+u （４６）
Mc2=(0)・Bc2・m+(-1)・Bc2・q+Bc2・p+(0)・s+(-1)・t+u （４７）
Mc3=(+1)・Bc3・m+(-1)・Bc3・q+Bc3・p+(+1)・s+(-1)・t+u （４８）
Mc4=(-1)・Bc4・m+(0)・Bc4・q+Bc4・p+(-1)・s+(0)・t+u （４９）
Mc5=(0)・Bc5・m+(0)・Bc5・q+Bc5・p+(0)・s+(0)・t+u （５０）
Mc6=(+1)・Bc6・m+(0)・Bc6・q+Bc6・p+(+1)・s+(0)・t+u （５１）
Mc7=(-1)・Bc7・m+(+1)・Bc7・q+Bc7・p+(-1)・s+(+1)・t+u （５２）
Mc8=(0)・Bc8・m+(+1)・Bc8・q+Bc8・p+(0)・s+(+1)・t+u （５３）
Mc9=(+1)・Bc9・m+(+1)・Bc9・q+Bc9・p+(+1)・s+(+1)・t+u （５４）
【０４３６】
フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、式（４６）乃至式（５４）において、フレーム#nの画素に対応する、フレーム#n-1の画素の背景領域の画素の画素値Bc1乃至Bc9が使用される。
【０４３７】
図５９に示す、アンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、以下の式（５５）乃至式（６３）が立てられる。混合比αを算出する画素の画素値は、Mu5である。
Mu1=(-1)・Bu1・m+(-1)・Bu1・q+Bu1・p+(-1)・s+(-1)・t+u （５５）
Mu2=(0)・Bu2・m+(-1)・Bu2・q+Bu2・p+(0)・s+(-1)・t+u （５６）
Mu3=(+1)・Bu3・m+(-1)・Bu3・q+Bu3・p+(+1)・s+(-1)・t+u （５７）
Mu4=(-1)・Bu4・m+(0)・Bu4・q+Bu4・p+(-1)・s+(0)・t+u （５８）
Mu5=(0)・Bu5・m+(0)・Bu5・q+Bu5・p+(0)・s+(0)・t+u （５９）
Mu6=(+1)・Bu6・m+(0)・Bu6・q+Bu6・p+(+1)・s+(0)・t+u （６０）
Mu7=(-1)・Bu7・m+(+1)・Bu7・q+Bu7・p+(-1)・s+(+1)・t+u （６１）
Mu8=(0)・Bu8・m+(+1)・Bu8・q+Bu8・p+(0)・s+(+1)・t+u （６２）
Mu9=(+1)・Bu9・m+(+1)・Bu9・q+Bu9・p+(+1)・s+(+1)・t+u （６３）
【０４３８】
フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に含まれる画素の混合比αを算出するとき、式（５５）乃至式（６３）において、フレーム#nの画素に対応する、フレーム#n+1の画素の背景領域の画素の画素値Bu1乃至Bu9が使用される。
【０４３９】
図６０は、推定混合比処理部４０１の構成を示すブロック図である。推定混合比処理部４０１に入力された画像は、遅延部５０１および足し込み部５０２に供給される。
【０４４０】
遅延回路２２１は、入力画像を１フレーム遅延させ、足し込み部５０２に供給する。足し込み部５０２に、入力画像としてフレーム#nが入力されているとき、遅延回路２２１は、フレーム#n-1を足し込み部５０２に供給する。
【０４４１】
足し込み部５０２は、混合比αを算出する画素の近傍の画素の画素値、およびフレーム#n-1の画素値を、正規方程式に設定する。例えば、足し込み部５０２は、式（４６）乃至式（５４）に基づいて、正規方程式に画素値Mc1乃至Mc9および画素値Bc1乃至Bc9を設定する。足し込み部５０２は、画素値が設定された正規方程式を演算部５０３に供給する。
【０４４２】
演算部５０３は、足し込み部５０２から供給された正規方程式を掃き出し法などにより解いて推定混合比を求め、求められた推定混合比を出力する。
【０４４３】
このように、推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を算出して、混合比決定部４０３に供給することができる。
【０４４４】
なお、推定混合比処理部４０２は、推定混合比処理部４０１と同様の構成を有するので、その説明は省略する。
【０４４５】
図６１は、推定混合比処理部４０１により算出された推定混合比の例を示す図である。図６１に示す推定混合比は、等速で動いているオブジェクトに対応する前景の動きvが１１であり、７×７画素のブロックを単位として方程式を生成して算出された結果を、１ラインに対して示すものである。
【０４４６】
推定混合比は、混合領域において、図６０に示すように、ほぼ直線的に変化していることがわかる。
【０４４７】
次に、図６０に構成を示す推定混合比処理部４０１による、カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理を図６２のフローチャートを参照して説明する。
【０４４８】
ステップＳ５２１において、足し込み部５０２は、入力された画像に含まれる画素値、および遅延回路２２１から供給される画像に含まれる画素値を、カバードバックグラウンド領域のモデルに対応する正規方程式に設定する。
【０４４９】
ステップＳ５２２において、推定混合比処理部４０１は、対象となる画素についての設定が終了したか否かを判定し、対象となる画素についての設定が終了していないと判定された場合、ステップＳ５２１に戻り、正規方程式への画素値の設定の処理を繰り返す。
【０４５０】
ステップＳ５２２において、対象となる画素についての画素値の設定が終了したと判定された場合、ステップＳ５２３に進み、演算部１７３は、画素値が設定された正規方程式を基に、推定混合比を演算して、求められた推定混合比を出力する。
【０４５１】
このように、図６０に構成を示す推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、推定混合比を演算することができる。
【０４５２】
アンカバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理は、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する正規方程式を利用した、図６２のフローチャートに示す処理と同様なので、その説明は省略する。
【０４５３】
なお、背景に対応するオブジェクトが静止しているとして説明したが、背景領域に対応する画像が動きを含んでいても上述した混合比を求める処理を適用することができる。例えば、背景領域に対応する画像が一様に動いているとき、推定混合比処理部４０１は、この動きに対応して画像全体をシフトさせ、背景に対応するオブジェクトが静止している場合と同様に処理する。また、背景領域に対応する画像が局所毎に異なる動きを含んでいるとき、推定混合比処理部４０１は、混合領域に属する画素に対応する画素として、動きに対応した画素を選択して、上述の処理を実行する。
【０４５４】
このように、混合比算出部１０２は、領域特定部１０１から供給された領域情報、および入力画像を基に、各画素に対応する特徴量である混合比αを算出することができる。
【０４５５】
混合比αを利用することにより、動いているオブジェクトに対応する画像に含まれる動きボケの情報を残したままで、画素値に含まれる前景の成分と背景の成分とを分離することが可能になる。
【０４５６】
また、混合比αに基づいて画像を合成すれば、実世界を実際に撮影し直したような動いているオブジェクトのスピードに合わせた正しい動きボケを含む画像を作ることが可能になる。
【０４５７】
次に、前景背景分離部１０５について説明する。図６３は、前景背景分離部１０５の構成の一例を示すブロック図である。前景背景分離部１０５に供給された入力画像は、分離部６０１、スイッチ６０２、およびスイッチ６０４に供給される。カバードバックグラウンド領域を示す情報、およびアンカバードバックグラウンド領域を示す、領域特定部１０３から供給された領域情報は、分離部６０１に供給される。前景領域を示す領域情報は、スイッチ６０２に供給される。背景領域を示す領域情報は、スイッチ６０４に供給される。
【０４５８】
混合比算出部１０４から供給された混合比αは、分離部６０１に供給される。
【０４５９】
分離部６０１は、カバードバックグラウンド領域を示す領域情報、アンカバードバックグラウンド領域を示す領域情報、および混合比αを基に、入力画像から前景の成分を分離して、分離した前景の成分を合成部６０３に供給するとともに、入力画像から背景の成分を分離して、分離した背景の成分を合成部６０５に供給する。
【０４６０】
スイッチ６０２は、前景領域を示す領域情報を基に、前景に対応する画素が入力されたとき、閉じられ、入力画像に含まれる前景に対応する画素のみを合成部６０３に供給する。
【０４６１】
スイッチ６０４は、背景領域を示す領域情報を基に、背景に対応する画素が入力されたとき、閉じられ、入力画像に含まれる背景に対応する画素のみを合成部６０５に供給する。
【０４６２】
合成部６０３は、分離部６０１から供給された前景に対応する成分、スイッチ６０２から供給された前景に対応する画素を基に、前景成分画像を合成し、合成した前景成分画像を出力する。前景領域と混合領域とは重複しないので、合成部６０３は、例えば、前景に対応する成分と、前景に対応する画素とに論理和の演算を適用して、前景成分画像を合成する。
【０４６３】
合成部６０３は、前景成分画像の合成の処理の最初に実行される初期化の処理において、内蔵しているフレームメモリに全ての画素値が０である画像を格納し、前景成分画像の合成の処理において、前景成分画像を格納（上書き）する。従って、合成部６０３が出力する前景成分画像の内、背景領域に対応する画素には、画素値として０が格納されている。
【０４６４】
合成部６０５は、分離部６０１から供給された背景に対応する成分、スイッチ６０４から供給された背景に対応する画素を基に、背景成分画像を合成して、合成した背景成分画像を出力する。背景領域と混合領域とは重複しないので、合成部６０５は、例えば、背景に対応する成分と、背景に対応する画素とに論理和の演算を適用して、背景成分画像を合成する。
【０４６５】
合成部６０５は、背景成分画像の合成の処理の最初に実行される初期化の処理において、内蔵しているフレームメモリに全ての画素値が０である画像を格納し、背景成分画像の合成の処理において、背景成分画像を格納（上書き）する。従って、合成部６０５が出力する背景成分画像の内、前景領域に対応する画素には、画素値として０が格納されている。
【０４６６】
図６４は、前景背景分離部１０５に入力される入力画像、並びに前景背景分離部１０５から出力される前景成分画像および背景成分画像を示す図である。
【０４６７】
図６４（Ａ）は、表示される画像の模式図であり、図６４（Ｂ）は、図６４（Ａ）に対応する前景領域に属する画素、背景領域に属する画素、および混合領域に属する画素を含む１ラインの画素を時間方向に展開したモデル図を示す。
【０４６８】
図６４（Ａ）および図６４（Ｂ）に示すように、前景背景分離部１０５から出力される背景成分画像は、背景領域に属する画素、および混合領域の画素に含まれる背景の成分から構成される。
【０４６９】
図６４（Ａ）および図６４（Ｂ）に示すように、前景背景分離部１０５から出力される前景成分画像は、前景領域に属する画素、および混合領域の画素に含まれる前景の成分から構成される。
【０４７０】
混合領域の画素の画素値は、前景背景分離部１０５により、背景の成分と、前景の成分とに分離される。分離された背景の成分は、背景領域に属する画素と共に、背景成分画像を構成する。分離された前景の成分は、前景領域に属する画素と共に、前景成分画像を構成する。
【０４７１】
このように、前景成分画像は、背景領域に対応する画素の画素値が０とされ、前景領域に対応する画素および混合領域に対応する画素に意味のある画素値が設定される。同様に、背景成分画像は、前景領域に対応する画素の画素値が０とされ、背景領域に対応する画素および混合領域に対応する画素に意味のある画素値が設定される。
【０４７２】
次に、分離部６０１が実行する、混合領域に属する画素から前景の成分、および背景の成分を分離する処理について説明する。
【０４７３】
図６５は、図中の左から右に移動するオブジェクトに対応する前景を含む、２つのフレームの前景の成分および背景の成分を示す画像のモデルである。図６５に示す画像のモデルにおいて、前景の動き量vは４であり、仮想分割数は、４とされている。
【０４７４】
フレーム#nにおいて、最も左の画素、および左から１４番目乃至１８番目の画素は、背景の成分のみから成り、背景領域に属する。フレーム#nにおいて、左から２番目乃至４番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、アンカバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#nにおいて、左から１１番目乃至１３番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、カバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#nにおいて、左から５番目乃至１０番目の画素は、前景の成分のみから成り、前景領域に属する。
【０４７５】
フレーム#n+1において、左から１番目乃至５番目の画素、および左から１８番目の画素は、背景の成分のみから成り、背景領域に属する。フレーム#n+1において、左から６番目乃至８番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、アンカバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#n+1において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、背景の成分および前景の成分を含み、カバードバックグラウンド領域に属する。フレーム#n+1において、左から９番目乃至１４番目の画素は、前景の成分のみから成り、前景領域に属する。
【０４７６】
図６６は、カバードバックグラウンド領域に属する画素から前景の成分を分離する処理を説明する図である。図６６において、α１乃至α１８は、フレーム#nにおける画素のぞれぞれに対応する混合比である。図６６において、左から１５番目乃至１７番目の画素は、カバードバックグラウンド領域に属する。
【０４７７】
フレーム#nの左から１５番目の画素の画素値C15は、式（６４）で表される。
【０４７８】
【０４７９】
式（６４）を基に、フレーム#nの左から１５番目の画素の前景の成分の和f15は、式（６５）で表される。
【０４８０】
同様に、フレーム#nの左から１６番目の画素の前景の成分の和f16は、式（６６）で表され、フレーム#nの左から１７番目の画素の前景の成分の和f17は、式（６７）で表される。
【０４８２】
f16=C16-α16・P16 （６６）
f17=C17-α17・P17 （６７）
【０４８３】
このように、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値Cに含まれる前景の成分fcは、式（６８）で計算される。
【０４８４】
fc=C-α・P （６８）
Pは、１つ前のフレームの、対応する画素の画素値である。
【０４８５】
図６７は、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素から前景の成分を分離する処理を説明する図である。図６７において、α１乃至α１８は、フレーム#nにおける画素のぞれぞれに対応する混合比である。図６７において、左から２番目乃至４番目の画素は、アンカバードバックグラウンド領域に属する。
【０４８６】
フレーム#nの左から２番目の画素の画素値C02は、式（６９）で表される。
【０４８７】
【０４８８】
式（６９）を基に、フレーム#nの左から２番目の画素の前景の成分の和f02は、式（７０）で表される。
【０４８９】
同様に、フレーム#nの左から３番目の画素の前景の成分の和f03は、式（７１）で表され、フレーム#nの左から４番目の画素の前景の成分の和f04は、式（７２）で表される。
【０４９１】
f03=C03-α3・N03 （７１）
f04=C04-α4・N04 （７２）
【０４９２】
このように、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値Cに含まれる前景の成分fuは、式（７３）で計算される。
【０４９３】
fu=C-α・N （７３）
Nは、１つ後のフレームの、対応する画素の画素値である。
【０４９４】
このように、分離部６０１は、領域情報に含まれる、カバードバックグラウンド領域を示す情報、およびアンカバードバックグラウンド領域を示す情報、並びに画素毎の混合比αを基に、混合領域に属する画素から前景の成分、および背景の成分を分離することができる。
【０４９５】
図６８は、以上で説明した処理を実行する分離部６０１の構成の一例を示すブロック図である。分離部６０１に入力された画像は、フレームメモリ６２１に供給され、混合比算出部１０４から供給されたカバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を示す領域情報、並びに混合比αは、分離処理ブロック６２２に入力される。
【０４９６】
フレームメモリ６２１は、入力された画像をフレーム単位で記憶する。フレームメモリ６２１は、処理の対象がフレーム#nであるとき、フレーム#nの１つ前のフレームであるフレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#nの１つ後のフレームであるフレーム#n+1を記憶する。
【０４９７】
フレームメモリ６２１は、フレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の対応する画素を分離処理ブロック６２２に供給する。
【０４９８】
分離処理ブロック６２２は、カバードバックグラウンド領域およびアンカバードバックグラウンド領域を示す領域情報、並びに混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の対応する画素の画素値に図６６および図６７を参照して説明した演算を適用して、フレーム#nの混合領域に属する画素から前景の成分および背景の成分を分離して、フレームメモリ６２３に供給する。
【０４９９】
分離処理ブロック６２２は、アンカバード領域処理部６３１、カバード領域処理部６３２、合成部６３３、および合成部６３４で構成されている。
【０５００】
アンカバード領域処理部６３１の乗算器６４１は、混合比αを、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#n+1の画素の画素値に乗じて、スイッチ６４２に出力する。スイッチ６４２は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素（フレーム#n+1の画素に対応する）がアンカバードバックグラウンド領域であるとき、閉じられ、乗算器６４１から供給された混合比αを乗じた画素値を演算器６４３および合成部６３４に供給する。スイッチ６４２から出力されるフレーム#n+1の画素の画素値に混合比αを乗じた値は、フレーム#nの対応する画素の画素値の背景の成分に等しい。
【０５０１】
演算器６４３は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素の画素値から、スイッチ６４２から供給された背景の成分を減じて、前景の成分を求める。演算器６４３は、アンカバードバックグラウンド領域に属する、フレーム#nの画素の前景の成分を合成部６３３に供給する。
【０５０２】
カバード領域処理部６３２の乗算器６５１は、混合比αを、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#n-1の画素の画素値に乗じて、スイッチ６５２に出力する。スイッチ６５２は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素（フレーム#n-1の画素に対応する）がカバードバックグラウンド領域であるとき、閉じられ、乗算器６５１から供給された混合比αを乗じた画素値を演算器６５３および合成部６３４に供給する。スイッチ６５２から出力されるフレーム#n-1の画素の画素値に混合比αを乗じた値は、フレーム#nの対応する画素の画素値の背景の成分に等しい。
【０５０３】
演算器６５３は、フレームメモリ６２１から供給されたフレーム#nの画素の画素値から、スイッチ６５２から供給された背景の成分を減じて、前景の成分を求める。演算器６５３は、カバードバックグラウンド領域に属する、フレーム#nの画素の前景の成分を合成部６３３に供給する。
【０５０４】
合成部６３３は、フレーム#nの、演算器６４３から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分、および演算器６５３から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分を合成して、フレームメモリ６２３に供給する。
【０５０５】
合成部６３４は、フレーム#nの、スイッチ６４２から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分、およびスイッチ６５２から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分を合成して、フレームメモリ６２３に供給する。
【０５０６】
フレームメモリ６２３は、分離処理ブロック６２２から供給された、フレーム#nの混合領域の画素の前景の成分と、背景の成分とをそれぞれに記憶する。
【０５０７】
フレームメモリ６２３は、記憶しているフレーム#nの混合領域の画素の前景の成分、および記憶しているフレーム#nの混合領域の画素の背景の成分を出力する。
【０５０８】
特徴量である混合比αを利用することにより、画素値に含まれる前景の成分と背景の成分とを完全に分離することが可能になる。
【０５０９】
合成部６０３は、分離部６０１から出力された、フレーム#nの混合領域の画素の前景の成分と、前景領域に属する画素とを合成して前景成分画像を生成する。合成部６０５は、分離部６０１から出力された、フレーム#nの混合領域の画素の背景の成分と、背景領域に属する画素とを合成して背景成分画像を生成する。
【０５１０】
図６９は、図６５のフレーム#nに対応する、前景成分画像の例と、背景成分画像の例を示す図である。
【０５１１】
図６９（Ａ）は、図６５のフレーム#nに対応する、前景成分画像の例を示す。
最も左の画素、および左から１４番目の画素は、前景と背景が分離される前において、背景の成分のみから成っていたので、画素値が０とされる。
【０５１２】
左から２番目乃至４番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、アンカバードバックグラウンド領域に属し、背景の成分が０とされ、前景の成分がそのまま残されている。左から１１番目乃至１３番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、カバードバックグラウンド領域に属し、背景の成分が０とされ、前景の成分がそのまま残されている。左から５番目乃至１０番目の画素は、前景の成分のみから成るので、そのまま残される。
【０５１３】
図６９（Ｂ）は、図６５のフレーム#nに対応する、背景成分画像の例を示す。最も左の画素、および左から１４番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、背景の成分のみから成っていたので、そのまま残される。
【０５１４】
左から２番目乃至４番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、アンカバードバックグラウンド領域に属し、前景の成分が０とされ、背景の成分がそのまま残されている。左から１１番目乃至１３番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、カバードバックグラウンド領域に属し、前景の成分が０とされ、背景の成分がそのまま残されている。左から５番目乃至１０番目の画素は、前景と背景とが分離される前において、前景の成分のみから成っていたので、画素値が０とされる。
【０５１５】
次に、図７０に示すフローチャートを参照して、前景背景分離部１０５による前景と背景との分離の処理を説明する。ステップＳ６０１において、分離部６０１のフレームメモリ６２１は、入力画像を取得し、前景と背景との分離の対象となるフレーム#nを、その前のフレーム#n-1およびその後のフレーム#n+1と共に記憶する。
【０５１６】
ステップＳ６０２において、分離部６０１の分離処理ブロック６２２は、混合比算出部１０４から供給された領域情報を取得する。ステップＳ６０３において、分離部６０１の分離処理ブロック６２２は、混合比算出部１０４から供給された混合比αを取得する。
【０５１７】
ステップＳ６０４において、アンカバード領域処理部６３１は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、背景の成分を抽出する。
【０５１８】
ステップＳ６０５において、アンカバード領域処理部６３１は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、アンカバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、前景の成分を抽出する。
【０５１９】
ステップＳ６０６において、カバード領域処理部６３２は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、背景の成分を抽出する。
【０５２０】
ステップＳ６０７において、カバード領域処理部６３２は、領域情報および混合比αを基に、フレームメモリ６２１から供給された、カバードバックグラウンド領域に属する画素の画素値から、前景の成分を抽出する。
【０５２１】
ステップＳ６０８において、合成部６３３は、ステップＳ６０５の処理で抽出されたアンカバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分と、ステップＳ６０７の処理で抽出されたカバードバックグラウンド領域に属する画素の前景の成分とを合成する。合成された前景の成分は、合成部６０３に供給される。更に、合成部６０３は、スイッチ６０２を介して供給された前景領域に属する画素と、分離部６０１から供給された前景の成分とを合成して、前景成分画像を生成する。
【０５２２】
ステップＳ６０９において、合成部６３４は、ステップＳ６０４の処理で抽出されたアンカバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分と、ステップＳ６０６の処理で抽出されたカバードバックグラウンド領域に属する画素の背景の成分とを合成する。合成された背景の成分は、合成部６０５に供給される。更に、合成部６０５は、スイッチ６０４を介して供給された背景領域に属する画素と、分離部６０１から供給された背景の成分とを合成して、背景成分画像を生成する。
【０５２３】
ステップＳ６１０において、合成部６０３は、前景成分画像を出力する。ステップＳ６１１において、合成部６０５は、背景成分画像を出力し、処理は終了する。
【０５２４】
このように、前景背景分離部１０５は、領域情報および混合比αを基に、入力画像から前景の成分と、背景の成分とを分離し、前景の成分のみから成る前景成分画像、および背景の成分のみから成る背景成分画像を出力することができる。
【０５２５】
次に、前景成分画像からの動きボケの量の調整について説明する。
【０５２６】
図７１は、動きボケ調整部１０６の構成の一例を示すブロック図である。動き検出部１０２から供給された動きベクトルとその位置情報、および領域特定部１０３から供給された領域情報は、処理単位決定部８０１およびモデル化部８０２に供給される。前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像は、足し込み部８０４に供給される。
【０５２７】
処理単位決定部８０１は、動きベクトルとその位置情報、および領域情報を基に、動きベクトルと共に、生成した処理単位をモデル化部８０２に供給する。処理単位決定部８０１は、生成した処理単位を足し込み部８０４に供給する。
【０５２８】
処理単位決定部８０１が生成する処理単位は、図７２に例を示すように、前景成分画像のカバードバックグラウンド領域に対応する画素から始まり、アンカバードバックグラウンド領域に対応する画素までの動き方向に並ぶ連続する画素、またはアンカバードバックグラウンド領域に対応する画素から始まり、カバードバックグラウンド領域に対応する画素までの動き方向に並ぶ連続する画素を示す。処理単位は、例えば、左上点（処理単位で指定される画素であって、画像上で最も左または最も上に位置する画素の位置）および右下点の２つのデータから成る。
【０５２９】
モデル化部８０２は、動きベクトルおよび入力された処理単位を基に、モデル化を実行する。より具体的には、例えば、モデル化部８０２は、処理単位に含まれる画素の数、画素値の時間方向の仮想分割数、および画素毎の前景の成分の数に対応する複数のモデルを予め記憶しておき、処理単位、および画素値の時間方向の仮想分割数を基に、図７３に示すような、画素値と前景の成分との対応を指定するモデルを選択するようにしても良い。
【０５３０】
例えば、処理単位に対応する画素の数が１２でありシャッタ時間内の動き量vが５であるときにおいては、モデル化部８０２は、仮想分割数を５とし、最も左に位置する画素が１つの前景の成分を含み、左から２番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から３番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から４番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から５番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から６番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から７番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から８番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から９番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から１０番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から１１番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から１２番目の画素が１つの前景の成分を含み、全体として８つの前景の成分から成るモデルを選択する。
【０５３１】
なお、モデル化部８０２は、予め記憶してあるモデルから選択するのではなく、動きベクトル、および処理単位が供給されたとき、動きベクトル、および処理単位を基に、モデルを生成するようにしてもよい。
【０５３２】
モデル化部８０２は、選択したモデルを方程式生成部８０３に供給する。
【０５３３】
方程式生成部８０３は、モデル化部８０２から供給されたモデルを基に、方程式を生成する。図７３に示す前景成分画像のモデルを参照して、前景の成分の数が８であり、処理単位に対応する画素の数が１２であり、動き量vが５であり、仮想分割数が５であるときの、方程式生成部８０３が生成する方程式について説明する。
【０５３４】
前景成分画像に含まれるシャッタ時間/vに対応する前景成分がF01/v乃至F08/vであるとき、F01/v乃至F08/vと画素値C01乃至C12との関係は、式（７４）乃至式（８５）で表される。
【０５３５】
方程式生成部８０３は、生成した方程式を変形して方程式を生成する。方程式生成部８０３が生成する方程式を、式（８６）乃至式（９７）に示す。
式（８６）乃至式（９７）は、式（９８）として表すこともできる。
【０５３８】
【数１３】
【０５３９】
誤差を考慮して表現すると、式（９８）は、式（９９）のように表すことができる。
【０５４０】
【数１４】
【０５４１】
式（９９）は、式（１００）に書き換えることができる。
【０５４２】
【数１５】
ここで、最小自乗法を適用するため、誤差の自乗和Eを式（１０１）に示すように定義する。
【０５４４】
【数１６】
誤差が最小になるためには、誤差の自乗和Eに対する、変数Fkによる偏微分の値が０になればよい。式（１０２）を満たすようにFkを求める。
【０５４６】
【数１７】
式（１０２）において、動き量vは固定値であるから、式（１０３）を導くことができる。
【０５４８】
【数１８】
式（１０３）を展開して、移項すると、式（１０４）を得る。
【０５５０】
【数１９】
式（１０４）のkに１乃至８の整数のいずれか１つを代入して得られる８つの式に展開する。得られた８つの式を、行列により１つの式により表すことができる。この式を正規方程式と呼ぶ。
【０５５２】
このような最小自乗法に基づく、方程式生成部８０３が生成する正規方程式の例を式（１０５）に示す。
【０５５３】
【数２０】
式（１０５）をA・F=v・Cと表すと、C,A,vが既知であり、Fは未知である。また、A,vは、モデル化の時点で既知だが、Cは、足し込み動作において画素値を入力することで既知となる。
【０５５５】
最小自乗法に基づく正規方程式により前景成分を算出することにより、画素Cに含まれている誤差を分散させることができる。
【０５５６】
方程式生成部８０３は、このように生成された正規方程式を足し込み部８０４に供給する。
【０５５７】
足し込み部８０４は、処理単位決定部８０１から供給された処理単位を基に、前景成分画像に含まれる画素値Cを、方程式生成部８０３から供給された行列の式に設定する。足し込み部８０４は、画素値Cを設定した行列を演算部８０５に供給する。
【０５５８】
演算部８０５は、掃き出し法（Gauss-Jordanの消去法）などの解法に基づく処理により、動きボケが除去された前景成分Fi/vを算出して、動きボケが除去された前景の画素値である、０乃至８の整数のいずれかのiに対応するFiを算出して、図７４に例を示す、動きボケが除去された画素値であるFiから成る、動きボケが除去された前景成分画像を動きボケ付加部８０６および選択部８０７に出力する。
【０５５９】
なお、図７４に示す動きボケが除去された前景成分画像において、C03乃至C10のそれぞれにF01乃至F08のそれぞれが設定されているのは、画面に対する前景成分画像の位置を変化させないためであり、任意の位置に対応させることができる。
【０５６０】
動きボケ付加部８０６は、動き量vとは異なる値の動きボケ調整量v'、例えば、動き量vの半分の値の動きボケ調整量v'や、動き量vと無関係の値の動きボケ調整量v'を与えることで、動きボケの量を調整することができる。例えば、図７５に示すように、動きボケ付加部８０６は、動きボケが除去された前景の画素値Fiを動きボケ調整量v'で除すことにより、前景成分Fi/v'を算出して、前景成分Fi/v'の和を算出して、動きボケの量が調整された画素値を生成する。例えば、動きボケ調整量v'が３のとき、画素値C02は、（F01）/v'とされ、画素値C03は、（F01+F02）/v'とされ、画素値C04は、（F01+F02+F03）/v'とされ、画素値C05は、（F02+F03+F04）/v'とされる。
【０５６１】
動きボケ付加部８０６は、動きボケの量を調整した前景成分画像を選択部８０７に供給する。
【０５６２】
選択部８０７は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、演算部８０５から供給された動きボケが除去された前景成分画像、および動きボケ付加部８０６から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【０５６３】
このように、動きボケ調整部１０６は、選択信号および動きボケ調整量v'を基に、動きボケの量を調整することができる。
【０５６４】
また、例えば、図７６に示すように、処理単位に対応する画素の数が８であり、動き量vが４であるとき、動きボケ調整部１０６は、式（１０６）に示す行列の式を生成する。
【０５６５】
【数２１】
動きボケ調整部１０６は、このように処理単位の長さに対応した数の式を立てて、動きボケの量が調整された画素値であるFiを算出する。同様に、例えば、処理単位に含まれる画素の数が１００あるとき、１００個の画素に対応する式を生成して、Fiを算出する。
【０５６７】
図７７は、動きボケ調整部１０６の他の構成を示す図である。図７１に示す場合と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０５６８】
選択部８２１は、選択信号を基に、入力された動きベクトルとその位置信号をそのまま処理単位決定部８０１およびモデル化部８０２に供給するか、または動きベクトルの大きさを動きボケ調整量v'に置き換えて、その大きさが動きボケ調整量v'に置き換えられた動きベクトルとその位置信号を処理単位決定部８０１およびモデル化部８０２に供給する。
【０５６９】
このようにすることで、図７７の動きボケ調整部１０６の処理単位決定部８０１乃至演算部８０５は、動き量vと動きボケ調整量v'との値に対応して、動きボケの量を調整することができる。例えば、動き量vが5であり、動きボケ調整量v'が3であるとき、図７７の動きボケ調整部１０６の処理単位決定部８０１乃至演算部８０５は、図７３に示す動き量vが5である前景成分画像に対して、3である動きボケ調整量v'対応する図７５に示すようなモデルに従って、演算を実行し、（動き量v）/（動きボケ調整量v'）＝5/3、すなわちほぼ1.7の動き量vに応じた動きボケを含む画像を算出する。なお、この場合、算出される画像は、3である動き量vに対応した動きボケを含むのではないので、動きボケ付加部８０６の結果とは動き量vと動きボケ調整量v'の関係の意味合いが異なる点に注意が必要である。
【０５７０】
以上のように、動きボケ調整部１０６は、動き量vおよび処理単位に対応して、式を生成し、生成した式に前景成分画像の画素値を設定して、動きボケの量が調整された前景成分画像を算出する。
【０５７１】
次に、図７８のフローチャートを参照して、動きボケ調整部１０６による前景成分画像に含まれる動きボケの量の調整の処理を説明する。
【０５７２】
ステップＳ８０１において、動きボケ調整部１０６の処理単位決定部８０１は、動きベクトルおよび領域情報を基に、処理単位を生成し、生成した処理単位をモデル化部８０２に供給する。
【０５７３】
ステップＳ８０２において、動きボケ調整部１０６のモデル化部８０２は、動き量vおよび処理単位に対応して、モデルの選択や生成を行う。ステップＳ８０３において、方程式生成部８０３は、選択されたモデルを基に、正規方程式を作成する。
【０５７４】
ステップＳ８０４において、足し込み部８０４は、作成された正規方程式に前景成分画像の画素値を設定する。ステップＳ８０５において、足し込み部８０４は、処理単位に対応する全ての画素の画素値の設定を行ったか否かを判定し、処理単位に対応する全ての画素の画素値の設定を行っていないと判定された場合、ステップＳ８０４に戻り、正規方程式への画素値の設定の処理を繰り返す。
【０５７５】
ステップＳ８０５において、処理単位の全ての画素の画素値の設定を行ったと判定された場合、ステップＳ８０６に進み、演算部８０５は、足し込み部８０４から供給された画素値が設定された正規方程式を基に、動きボケの量を調整した前景の画素値を算出して、処理は終了する。
【０５７６】
このように、動きボケ調整部１０６は、動きベクトルおよび領域情報を基に、動きボケを含む前景画像から動きボケの量を調整することができる。
【０５７７】
すなわち、サンプルデータである画素値に含まれる動きボケの量を調整することができる。
【０５７８】
以上のように、図２に構成を示す信号処理装置は、入力画像に含まれる動きボケの量を調整することができる。図２に構成を示す信号処理装置は、埋もれた情報である混合比αを算出して、算出した混合比αを出力することができる。
【０５７９】
図７９は、動きボケ調整部１０６の構成の他の一例を示すブロック図である。
動き検出部１０２から供給された動きベクトルとその位置情報は、処理単位決定部９０１および補正部９０５に供給され、領域特定部１０３から供給された領域情報は、処理単位決定部９０１に供給される。前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像は、演算部９０４に供給される。
【０５８０】
処理単位決定部９０１は、動きベクトルとその位置情報、および領域情報を基に、動きベクトルと共に、生成した処理単位をモデル化部９０２に供給する。
【０５８１】
モデル化部９０２は、動きベクトルおよび入力された処理単位を基に、モデル化を実行する。より具体的には、例えば、モデル化部９０２は、処理単位に含まれる画素の数、画素値の時間方向の仮想分割数、および画素毎の前景の成分の数に対応する複数のモデルを予め記憶しておき、処理単位、および画素値の時間方向の仮想分割数を基に、図８０に示すような、画素値と前景の成分との対応を指定するモデルを選択するようにしても良い。
【０５８２】
例えば、処理単位に対応する画素の数が１２であり動き量vが５であるときにおいては、モデル化部９０２は、仮想分割数を５とし、最も左に位置する画素が１つの前景の成分を含み、左から２番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から３番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から４番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から５番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から６番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から７番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から８番目の画素が５つの前景の成分を含み、左から９番目の画素が４つの前景の成分を含み、左から１０番目の画素が３つの前景の成分を含み、左から１１番目の画素が２つの前景の成分を含み、左から１２番目の画素が１つの前景の成分を含み、全体として８つの前景の成分から成るモデルを選択する。
【０５８３】
なお、モデル化部９０２は、予め記憶してあるモデルから選択するのではなく、動きベクトル、および処理単位が供給されたとき、動きベクトル、および処理単位を基に、モデルを生成するようにしてもよい。
【０５８４】
方程式生成部９０３は、モデル化部９０２から供給されたモデルを基に、方程式を生成する。
【０５８５】
図８０乃至図８２に示す前景成分画像のモデルを参照して、前景の成分の数が８であり、処理単位に対応する画素の数が１２であり、動き量vが５であるときの、方程式生成部９０３が生成する方程式の例について説明する。
【０５８６】
前景成分画像に含まれるシャッタ時間/vに対応する前景成分がF01/v乃至F08/vであるとき、F01/v乃至F08/vと画素値C01乃至C12との関係は、上述したように、式（７４）乃至式（８５）で表される。
【０５８７】
画素値C12およびC11に注目すると、画素値C12は、式（１０７）に示すように、前景の成分F08/vのみを含み、画素値C11は、前景の成分F08/vおよび前景の成分F07/vの積和から成る。従って、前景の成分F07/vは、式（１０８）で求めることができる。
【０５８８】
F08/v=C12 （１０７）
F07/v=C11-C12 （１０８）
【０５８９】
同様に、画素値C10乃至C01に含まれる前景の成分を考慮すると、前景の成分F06/v乃至F01/vは、式（１０９）乃至式（１１４）により求めることができる。
【０５９０】
F06/v=C10-C11 （１０９）
F05/v=C09-C10 （１１０）
F04/v=C08-C09 （１１１）
F03/v=C07-C08+C12 （１１２）
F02/v=C06-C07+C11-C12 （１１３）
F01/v=C05-C06+C10-C11 （１１４）
【０５９１】
方程式生成部９０３は、式（１０７）乃至式（１１４）に例を示す、画素値の差により前景の成分を算出するための方程式を生成する。方程式生成部９０３は、生成した方程式を演算部９０４に供給する。
【０５９２】
演算部９０４は、方程式生成部９０３から供給された方程式に前景成分画像の画素値を設定して、画素値を設定した方程式を基に、前景の成分を算出する。演算部９０４は、例えば、式（１０７）乃至式（１１４）が方程式生成部９０３から供給されたとき、式（１０７）乃至式（１１４）に画素値C05乃至C12を設定する。
【０５９３】
演算部９０４は、画素値が設定された式に基づき、前景の成分を算出する。例えば、演算部９０４は、画素値C05乃至C12が設定された式（１０７）乃至式（１１４）に基づく演算により、図８１に示すように、前景の成分F01/v乃至F08/vを算出する。演算部９０４は、前景の成分F01/v乃至F08/vを補正部９０５に供給する。
【０５９４】
補正部９０５は、演算部９０４から供給された前景の成分に、処理単位決定部９０１から供給された動きベクトルに含まれる動き量vを乗じて、動きボケを除去した前景の画素値を算出する。例えば、補正部９０５は、演算部９０４から供給された前景の成分F01/v乃至F08/vが供給されたとき、前景の成分F01/v乃至F08/vのそれぞれに、５である動き量vを乗じることにより、図８２に示すように、動きボケを除去した前景の画素値F01乃至F08を算出する。
【０５９５】
補正部９０５は、以上のように算出された、動きボケを除去した前景の画素値から成る前景成分画像を動きボケ付加部９０６および選択部９０７に供給する。
【０５９６】
動きボケ付加部９０６は、動き量vとは異なる値の動きボケ調整量v'、例えば、動き量vの半分の値の動きボケ調整量v'、動き量vと無関係の値の動きボケ調整量v'で、動きボケの量を調整することができる。例えば、図７５に示すように、動きボケ付加部９０６は、動きボケが除去された前景の画素値Fiを動きボケ調整量v'で除すことにより、前景成分Fi/v'を算出して、前景成分Fi/v'の和を算出して、動きボケの量が調整された画素値を生成する。例えば、動きボケ調整量v'が３のとき、画素値C02は、（F01）/v'とされ、画素値C03は、（F01+F02）/v'とされ、画素値C04は、（F01+F02+F03）/v'とされ、画素値C05は、（F02+F03+F04）/v'とされる。
【０５９７】
動きボケ付加部９０６は、動きボケの量を調整した前景成分画像を選択部９０７に供給する。
【０５９８】
選択部９０７は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、補正部９０５から供給された動きボケが除去された前景成分画像、および動きボケ付加部９０６から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【０５９９】
このように、動きボケ調整部１０６は、選択信号および動きボケ調整量v'を基に、動きボケの量を調整することができる。
【０６００】
次に、図７９に構成を示す動きボケ調整部１０６による前景の動きボケの量の調整の処理を図８３のフローチャートを参照して説明する。
【０６０１】
ステップＳ９０１において、動きボケ調整部１０６の処理単位決定部９０１は、動きベクトルおよび領域情報を基に、処理単位を生成し、生成した処理単位をモデル化部９０２および補正部９０５に供給する。
【０６０２】
ステップＳ９０２において、動きボケ調整部１０６のモデル化部９０２は、動き量vおよび処理単位に対応して、モデルの選択や生成を行う。ステップＳ９０３において、方程式生成部９０３は、選択または生成されたモデルを基に、前景成分画像の画素値の差により前景の成分を算出するための方程式を生成する。
【０６０３】
ステップＳ９０４において、演算部９０４は、作成された方程式に前景成分画像の画素値を設定し、画素値が設定された方程式を基に、画素値の差分から前景の成分を抽出する。ステップＳ９０５において、演算部９０４は、処理単位に対応する全ての前景の成分を抽出したか否かを判定し、処理単位に対応する全ての前景の成分を抽出していないと判定された場合、ステップＳ９０４に戻り、前景の成分を抽出の処理を繰り返す。
【０６０４】
ステップＳ９０５において、処理単位に対応する全ての前景の成分を抽出したと判定された場合、ステップＳ９０６に進み、補正部９０５は、動き量vを基に、演算部９０４から供給された前景の成分F01/v乃至F08/vのそれぞれを補正して、動きボケを除去した前景の画素値F01乃至F08を算出する。
【０６０５】
ステップＳ９０７において、動きボケ付加部９０６は、動きボケの量を調整した前景の画素値を算出して、選択部９０７は、動きボケが除去された画像または動きボケの量が調整された画像のいずれかを選択して、選択した画像を出力して、処理は終了する。
【０６０６】
このように、図７９に構成を示す動きボケ調整部１０６は、より簡単な演算で、より迅速に、動きボケを含む前景画像から動きボケを調整することができる。
【０６０７】
ウィナー・フィルタなど従来の動きボケを部分的に除去する手法が、理想状態では効果が認められるが、量子化され、ノイズを含んだ実際の画像に対して十分な効果が得られないのに対し、図７９に構成を示す動きボケ調整部１０６においても、量子化され、ノイズを含んだ実際の画像に対しても十分な効果が認められ、精度の良い動きボケの除去が可能となる。
【０６０８】
図８４は、信号処理装置の機能の他の構成を示すブロック図である。
【０６０９】
図２に示す部分と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０６１０】
領域特定部１０３は、領域情報を混合比算出部１０４および合成部１００１に供給する。
【０６１１】
混合比算出部１０４は、混合比αを前景背景分離部１０５および合成部１００１に供給する。
【０６１２】
前景背景分離部１０５は、前景成分画像を合成部１００１に供給する。
【０６１３】
合成部１００１は、混合比算出部１０４から供給された混合比α、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、任意の背景画像と、前景背景分離部１０５から供給された前景成分画像とを合成して、任意の背景画像と前景成分画像とが合成された合成画像を出力する。
【０６１４】
図８５は、合成部１００１の構成を示す図である。背景成分生成部１０２１は、混合比αおよび任意の背景画像を基に、背景成分画像を生成して、混合領域画像合成部１０２２に供給する。
【０６１５】
混合領域画像合成部１０２２は、背景成分生成部１０２１から供給された背景成分画像と前景成分画像とを合成することにより、混合領域合成画像を生成して、生成した混合領域合成画像を画像合成部１０２３に供給する。
【０６１６】
画像合成部１０２３は、領域情報を基に、前景成分画像、混合領域画像合成部１０２２から供給された混合領域合成画像、および任意の背景画像を合成して、合成画像を生成して出力する。
【０６１７】
このように、合成部１００１は、前景成分画像を、任意の背景画像に合成することができる。
【０６１８】
特徴量である混合比αを基に前景成分画像を任意の背景画像と合成して得られた画像は、単に画素を合成した画像に比較し、より自然なものと成る。
【０６１９】
図８６は、動きボケの量を調整する信号処理装置の機能の更に他の構成を示すブロック図である。図２に示す信号処理装置が領域特定と混合比αの算出を順番に行うのに対して、図８６に示す信号処理装置は、領域特定と混合比αの算出を並行して行う。
【０６２０】
図２のブロック図に示す機能と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０６２１】
入力画像は、混合比算出部１１０１、前景背景分離部１１０２、領域特定部１０３、およびオブジェクト抽出部１０１に供給される。
【０６２２】
混合比算出部１１０１は、入力画像を基に、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比を、入力画像に含まれる画素のそれぞれに対して算出し、算出した画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比を前景背景分離部１１０２に供給する。
【０６２３】
図８７は、混合比算出部１１０１の構成の一例を示すブロック図である。
【０６２４】
図８７に示す推定混合比処理部４０１は、図４６に示す推定混合比処理部４０１と同じである。図８７に示す推定混合比処理部４０２は、図４６に示す推定混合比処理部４０２と同じである。
【０６２５】
推定混合比処理部４０１は、入力画像を基に、カバードバックグラウンド領域のモデルに対応する演算により、画素毎に推定混合比を算出して、算出した推定混合比を出力する。
【０６２６】
推定混合比処理部４０２は、入力画像を基に、アンカバードバックグラウンド領域のモデルに対応する演算により、画素毎に推定混合比を算出して、算出した推定混合比を出力する。
【０６２７】
前景背景分離部１１０２は、混合比算出部１１０１から供給された、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、並びに領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、入力画像から前景成分画像を生成し、生成した前景成分画像を動きボケ調整部１０６および選択部１０７に供給する。
【０６２８】
図８８は、前景背景分離部１１０２の構成の一例を示すブロック図である。
【０６２９】
図６３に示す前景背景分離部１０５と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０６３０】
選択部１１２１は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、混合比算出部１１０１から供給された、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比のいずれか一方を選択して、選択した推定混合比を混合比αとして分離部６０１に供給する。
【０６３１】
分離部６０１は、選択部１１２１から供給された混合比αおよび領域情報を基に、混合領域に属する画素の画素値から前景の成分および背景の成分を抽出し、抽出した前景の成分を合成部６０３に供給すると共に、背景の成分を合成部６０５に供給する。
【０６３２】
分離部６０１は、図６８に示す構成と同じ構成とすることができる。
【０６３３】
合成部６０３は、前景成分画像を合成して、出力する。合成部６０５は、背景成分画像を合成して出力する。
【０６３４】
図８６に示す動きボケ調整部１０６は、図２に示す場合と同様の構成とすることができ、領域情報および動きベクトルを基に、前景背景分離部１１０２から供給された前景成分画像に含まれる動きボケの量を調整して、動きボケの量が調整された前景成分画像を出力する。
【０６３５】
図８６に示す選択部１０７は、例えば使用者の選択に対応した選択信号を基に、前景背景分離部１１０２から供給された前景成分画像、および動きボケ調整部１０６から供給された動きボケの量が調整された前景成分画像のいずれか一方を選択して、選択した前景成分画像を出力する。
【０６３６】
このように、図８６に構成を示す信号処理装置は、入力画像に含まれる前景のオブジェクトに対応する画像に対して、その画像に含まれる動きボケの量を調整して出力することができる。図８６に構成を示す信号処理装置は、第１の実施例と同様に、埋もれた情報である混合比αを算出して、算出した混合比αを出力することができる。
【０６３７】
図８９は、前景成分画像を任意の背景画像と合成する信号処理装置の機能の他の構成を示すブロック図である。図８４に示す信号処理装置が領域特定と混合比αの算出をシリアルに行うのに対して、図８９に示す信号処理装置は、領域特定と混合比αの算出をパラレルに行う。
【０６３８】
図８６のブロック図に示す機能と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０６３９】
図８９に示す混合比算出部１１０１は、入力画像を基に、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比を、入力画像に含まれる画素のそれぞれに対して算出し、算出した画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比を前景背景分離部１１０２および合成部１２０１に供給する。
【０６４０】
図８９に示す前景背景分離部１１０２は、混合比算出部１１０１から供給された、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、並びに領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、入力画像から前景成分画像を生成し、生成した前景成分画像を合成部１２０１に供給する。
【０６４１】
合成部１２０１は、混合比算出部１１０１から供給された、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、任意の背景画像と、前景背景分離部１１０２から供給された前景成分画像とを合成して、任意の背景画像と前景成分画像とが合成された合成画像を出力する。
【０６４２】
図９０は、合成部１２０１の構成を示す図である。図８５のブロック図に示す機能と同様の部分には同一の番号を付してあり、その説明は省略する。
【０６４３】
選択部１２２１は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、混合比算出部１１０１から供給された、画素がカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比、および画素がアンカバードバックグラウンド領域に属すると仮定した場合における推定混合比のいずれか一方を選択して、選択した推定混合比を混合比αとして背景成分生成部１０２１に供給する。
【０６４４】
図９０に示す背景成分生成部１０２１は、選択部１２２１から供給された混合比αおよび任意の背景画像を基に、背景成分画像を生成して、混合領域画像合成部１０２２に供給する。
【０６４５】
図９０に示す混合領域画像合成部１０２２は、背景成分生成部１０２１から供給された背景成分画像と前景成分画像とを合成することにより、混合領域合成画像を生成して、生成した混合領域合成画像を画像合成部１０２３に供給する。
【０６４６】
画像合成部１０２３は、領域情報を基に、前景成分画像、混合領域画像合成部１０２２から供給された混合領域合成画像、および任意の背景画像を合成して、合成画像を生成して出力する。
【０６４７】
このように、合成部１２０１は、前景成分画像を、任意の背景画像に合成することができる。
【０６４８】
なお、混合比αは、画素値に含まれる背景の成分の割合として説明したが、画素値に含まれる前景の成分の割合としてもよい。
【０６４９】
また、前景となるオブジェクトの動きの方向は左から右として説明したが、その方向に限定されないことは勿論である。
【０６５０】
以上においては、３次元空間と時間軸情報を有する現実空間の画像をビデオカメラを用いて２次元空間と時間軸情報を有する時空間への射影を行った場合を例としたが、本発明は、この例に限らず、より多くの第１の次元の第１の情報を、より少ない第２の次元の第２の情報に射影した場合に、その射影によって発生する歪みを補正したり、有意情報を抽出したり、またはより自然に画像を合成する場合に適応することが可能である。
【０６５１】
なお、センサは、CCDに限らす、固体撮像素子である、例えば、BBD（Bucket Brigade Device）、CID（Charge Injection Device）、CPD（Charge Priming Device）、またはCMOS（Complementary Mental Oxide Semiconductor）センサでもよく、また、検出素子がマトリックス状に配置されているセンサに限らず、検出素子が１列に並んでいるセンサでもよい。
【０６５２】
本発明の信号処理を行うプログラムを記録した記録媒体は、図１に示すように、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク５１（フロッピ（登録商標）ディスクを含む）、光ディスク５２（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク５３（ＭＤ（Mini-Disc）（商標）を含む）、もしくは半導体メモリ５４などよりなるパッケージメディアにより構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM２２や、記憶部２８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０６５３】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０６５４】
【発明の効果】
本発明の画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムによれば、画像データの各フレームが動き補償され、動き補償された各フレームの互いに対応する位置の画素データの差分に基づいて、混合領域が検出されるようにしたので、混ざり合いが生じている混合領域を検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る信号処理装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】信号処理装置を示すブロック図である。
【図３】センサによる撮像を説明する図である。
【図４】画素の配置を説明する図である。
【図５】検出素子の動作を説明する図である。
【図６】動いている前景に対応するオブジェクトと、静止している背景に対応するオブジェクトとを撮像して得られる画像を説明する図である。
【図７】背景領域、前景領域、混合領域、カバードバックグラウンド領域、およびアンカバードバックグラウンド領域を説明する図である。
【図８】静止している前景に対応するオブジェクトおよび静止している背景に対応するオブジェクトを撮像した画像における、隣接して１列に並んでいる画素の画素値を時間方向に展開したモデル図である。
【図９】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１０】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１１】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１２】前景領域、背景領域、および混合領域の画素を抽出した例を示す図である。
【図１３】画素と画素値を時間方向に展開したモデルとの対応を示す図である。
【図１４】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１５】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１６】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１７】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１８】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図１９】動きボケの量の調整の処理を説明するフローチャートである。
【図２０】領域特定部１０３の構成を示すブロック図である。
【図２１】領域特定部１０３のより詳細な構成を示すブロック図である。
【図２２】動き取得部２２２の処理を説明する図である。
【図２３】前景に対応するオブジェクトが移動しているときの画像を説明する図である。
【図２４】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図２５】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図２６】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図２７】領域判定の条件を説明する図である。
【図２８】領域特定部１０３の領域の特定の結果の例を示す図である。
【図２９】領域特定部１０３の領域の特定の結果の例を示す図である。
【図３０】領域特定の処理を説明するフローチャートである。
【図３１】領域特定の処理を説明するフローチャートである。
【図３２】領域特定部１０３の他の構成を示すブロック図である。
【図３３】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図３４】領域特定オブジェクトの例を示す図である。
【図３５】動き補償された領域特定オブジェクトの例を示す図である。
【図３６】しきい値処理部２５５の処理の例を説明する図である。
【図３７】時間変化検出部２５６の構成を説明するブロック図である。
【図３８】時間変化検出部２５６の判定の処理を説明する図である。
【図３９】時間変化検出部２５６の判定の処理を説明する図である。
【図４０】混合領域の判定の条件を説明する図である。
【図４１】領域特定部１０３の領域特定の処理を説明するフローチャートである。
【図４２】カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を検出する処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図４３】領域特定部１０３のさらに他の構成を示すブロック図である。
【図４４】識別部２８１の判定の処理を説明する図である。
【図４５】カバードバックグラウンド領域またはアンカバードバックグラウンド領域を検出する処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図４６】混合比算出部１０４の構成の一例を示すブロック図である。
【図４７】理想的な混合比αの例を示す図である。
【図４８】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図４９】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図５０】前景の成分の相関を利用した近似を説明する図である。
【図５１】C，N、およびPの関係を説明する図である。
【図５２】推定混合比処理部４０１の構成を示すブロック図である。
【図５３】推定混合比の例を示す図である。
【図５４】混合比算出部１０４の他の構成を示すブロック図である。
【図５５】混合比の算出の処理を説明するフローチャートである。
【図５６】推定混合比の演算の処理を説明するフローチャートである。
【図５７】混合比αを近似する直線を説明する図である。
【図５８】混合比αを近似する平面を説明する図である。
【図５９】混合比αを算出するときの複数のフレームの画素の対応を説明する図である。
【図６０】混合比推定処理部４０１の他の構成を示すブロック図である。
【図６１】推定混合比の例を示す図である。
【図６２】カバードバックグラウンド領域に対応するモデルによる混合比推定の処理を説明するフローチャートである。
【図６３】前景背景分離部１０５の構成の一例を示すブロック図である。
【図６４】入力画像、前景成分画像、および背景成分画像を示す図である。
【図６５】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６６】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６７】画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図６８】分離部６０１の構成の一例を示すブロック図である。
【図６９】分離された前景成分画像、および背景成分画像の例を示す図である。
【図７０】前景と背景との分離の処理を説明するフローチャートである。
【図７１】動きボケ調整部１０６の構成の一例を示すブロック図である。
【図７２】処理単位を説明する図である。
【図７３】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７４】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７５】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７６】前景成分画像の画素値を時間方向に展開し、シャッタ時間に対応する期間を分割したモデル図である。
【図７７】動きボケ調整部１０６の他の構成を示す図である。
【図７８】動きボケ調整部１０６による前景成分画像に含まれる動きボケの量の調整の処理を説明するフローチャートである。
【図７９】動きボケ調整部１０６の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図８０】画素値と前景の成分のとの対応を指定するモデルの例を示す図である。
【図８１】前景の成分の算出を説明する図である。
【図８２】前景の成分の算出を説明する図である。
【図８３】前景の動きボケの除去の処理を説明するフローチャートである。
【図８４】信号処理装置の機能の他の構成を示すブロック図である。
【図８５】合成部１００１の構成を示す図である。
【図８６】信号処理装置の機能のさらに他の構成を示すブロック図である。
【図８７】混合比算出部１１０１の構成を示すブロック図である。
【図８８】前景背景分離部１１０２の構成を示すブロック図である。
【図８９】信号処理装置の機能のさらに他の構成を示すブロック図である。
【図９０】合成部１２０１の構成を示す図である。
【符号の説明】
２１ CPU， ２２ ROM， ２３ RAM， ２６ 入力部， ２７ 出力部，２８ 記憶部， ２９ 通信部， ５１ 磁気ディスク， ５２ 光ディスク， ５３ 光磁気ディスク， ５４ 半導体メモリ， １０１ オブジェクト抽出部， １０２ 動き検出部， １０３ 領域特定部， １０４ 混合比算出部， １０５ 前景背景分離部， １０６ 動きボケ調整部， １０７ 選択部，２０１ 背景動き補償部， ２０２ 領域特定処理部， ２２１ フレームメモリ， ２２２−１乃至２２２−４ 動き取得部， ２２３−１乃至２２３−４画像シフト部， ２２４ フレームメモリ， ２２５−１乃至２２５−４ 静動判定部， ２２６−１乃至２２６−３ 領域判定部， ２２７ 判定フラグ格納フレームメモリ， ２２８ 合成部， ２２９ 判定フラグ格納フレームメモリ， ２５１ オブジェクト抽出部， ２５２ 動き補償部， ２５３ フレームメモリ， ２５４ 減算部， ２５５ しきい値処理部， ２５６ 時間変化検出部， ２６１ フレームメモリ， ２６２ 領域判定部， ２８１ 識別部， ４０１ 推定混合比処理部， ４０２ 推定混合比処理部， ４０３ 混合比決定部， ４２１ フレームメモリ， ４２２ フレームメモリ， ４２３ 混合比演算部， ４４１ 選択部， ４４２ 推定混合比処理部， ４４３ 推定混合比処理部， ４４４ 選択部， ５０１ 遅延回路， ５０２ 足し込み部， ５０３ 演算部， ６０１ 分離部， ６０２ スイッチ， ６０３ 合成部， ６０４ スイッチ， ６０５ 合成部， ６２１ フレームメモリ， ６２２ 分離処理ブロック， ６２３ フレームメモリ， ６３１ アンカバード領域処理部， ６３２ カバード領域処理部， ６３３ 合成部， ６３４ 合成部， ８０１ 処理単位決定部， ８０２ モデル化部， ８０３ 方程式生成部， ８０４ 足し込み部， ８０５ 演算部， ８０６ 動きボケ付加部， ８０７ 選択部， ８２１ 選択部， ９０１ 処理単位決定部， ９０２モデル化部， ９０３ 方程式生成部， ９０４ 演算部， ９０５ 補正部， ９０６ 動きボケ付加部， ９０７ 選択部， １００１ 合成部， １０２１ 背景成分生成部， １０２２ 混合領域画像合成部， １０２３ 画像合成部， １１０１ 混合比算出部， １１０２ 前景背景分離部， １１２１ 選択部， １２０１ 合成部， １２２１ 選択部
Claims (9)
- 時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素データからなる画像データから、現実世界における複数のオブジェクトが混ざり合った前記画素データとして取得された混合領域を検出する画像処理装置において、
前記画像データの所定のフレームと、前記画像データの処理対象の注目フレームとを用いて、前記画像データにおける背景となる前記オブジェクトの動きベクトルを検出し、前記動きベクトルに基づいて、前記背景が一致するように前記所定のフレームの前記画像データをシフトさせることで、前記所定のフレームを動き補償する動き補償手段と、
前記注目フレームの前記画像データにおける注目する画素を注目画素として、動き補償された、前記注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームおよび前記注目フレームよりも時間的に２つ前のフレームにおける、前記注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、前記１つ前のフレームの前記注目画素と同じ位置の画素と前記注目画素の差分絶対値が前記閾値より大きい場合、前記注目画素が前記混合領域を構成する画素であるとし、動き補償された、前記注目フレームよりも時間的に１つ後のフレームおよび前記注目フレームよりも時間的に２つ後のフレームにおける、前記注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、前記１つ後のフレームの前記注目画素と同じ位置の画素と前記注目画素の差分絶対値が前記閾値より大きい場合、前記注目画素が前記混合領域を構成する画素であるとすることで、前記混合領域を検出する領域検出手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 前記１つ前のフレームの前記注目画素と対応する位置の画素、前記１つ後のフレームの前記注目画素と対応する位置の画素、および前記注目画素を用いた演算により、前記混合領域における前景となる前記オブジェクトの成分と、前記背景となる前記オブジェクトの成分との混合の比率を示す混合比を前記注目フレームの画素ごとに算出する混合比算出手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。 - 前記混合比を基に、前記混合領域の前記画素データから少なくとも前記前景となる前記オブジェクトの成分を分離する分離手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。 - 前記前景となる前記オブジェクトの成分からなる前景画像の画素を、予め定められた動きボケを調整するための動き量で除算し、前記動き量で除算された、いくつかの隣接する前記画素の和を新たな前景画像の画素とすることで、前記前景画像の動きボケの量を調整する動きボケ調整手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。 - 前記混合比を基に、所望の他のオブジェクトと分離された前景となる前記オブジェクトの成分とを合成する合成手段をさらに含む
ことを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。 - 時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素データからなる画像データから、現実世界における複数のオブジェクトが混ざり合った前記画素データとして取得された混合領域を検出する画像処理方法において、
前記画像データの所定のフレームと、前記画像データの処理対象の注目フレームとを用いて、前記画像データにおける背景となる前記オブジェクトの動きベクトルを検出し、前記動きベクトルに基づいて、前記背景が一致するように前記所定のフレームの前記画像データをシフトさせることで、前記所定のフレームを動き補償する動き補償ステップと、
前記注目フレームの前記画像データにおける注目する画素を注目画素として、動き補償された、前記注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームおよび前記注目フレームよりも時間的に２つ前のフレームにおける、前記注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、前記１つ前のフレームの前記注目画素と同じ位置の画素と前記注目画素の差分絶対値が前記閾値より大きい場合、前記注目画素が前記混合領域を構成する画素であるとし、動き補償された、前記注目フレームよりも時間的に１つ後のフレームおよび前記注目フレームよりも時間的に２つ後のフレームにおける、前記注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、前記１つ後のフレームの前記注目画素と同じ位置の画素と前記注目画素の差分絶対値が前記閾値より大きい場合、前記注目画素が前記混合領域を構成する画素であるとすることで、前記混合領域を検出する領域検出ステップと
を含むことを特徴とする画像処理方法。 - 時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素データからなる画像データから、現実世界における複数のオブジェクトが混ざり合った前記画素データとして取得された混合領域を検出する画像処理用のプログラムであって、
前記画像データの所定のフレームと、前記画像データの処理対象の注目フレームとを用いて、前記画像データにおける背景となる前記オブジェクトの動きベクトルを検出し、前記動きベクトルに基づいて、前記背景が一致するように前記所定のフレームの前記画像データをシフトさせることで、前記所定のフレームを動き補償する動き補償ステップと、
前記注目フレームの前記画像データにおける注目する画素を注目画素として、動き補償された、前記注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームおよび前記注目フレームよりも時間的に２つ前のフレームにおける、前記注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、前記１つ前のフレームの前記注目画素と同じ位置の画素と前記注目画素の差分絶対値が前記閾値より大きい場合、前記注目画素が前記混合領域を構成する画素であるとし、動き補償された、前記注目フレームよりも時間的に１つ後のフレームおよび前記注目フレームよりも時間的に２つ後のフレームにおける、前記注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、前記１つ後のフレームの前記注目画素と同じ位置の画素と前記注目画素の差分絶対値が前記閾値より大きい場合、前記注目画素が前記混合領域を構成する画素であるとすることで、前記混合領域を検出する領域検出ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。 - 時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素データからなる画像データから、現実世界における複数のオブジェクトが混ざり合った前記画素データとして取得された混合領域を検出するコンピュータに、
前記画像データの所定のフレームと、前記画像データの処理対象の注目フレームとを用いて、前記画像データにおける背景となる前記オブジェクトの動きベクトルを検出し、前記動きベクトルに基づいて、前記背景が一致するように前記所定のフレームの前記画像データをシフトさせることで、前記所定のフレームを動き補償する動き補償ステップと、
前記注目フレームの前記画像データにおける注目する画素を注目画素として、動き補償された、前記注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームおよび前記注目フレームよりも時間的に２つ前のフレームにおける、前記注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、前記１つ前のフレームの前記注目画素と同じ位置の画素と前記注目画素の差分絶対値が前記閾値より大きい場合、前記注目画素が前記混合領域を構成する画素であるとし、動き補償された、前記注目フレームよりも時間的に１つ後のフレームおよび前記注目フレームよりも時間的に２つ後のフレームにおける、前記注目画素と同じ位置の画素の差分絶対値が閾値以下であり、かつ動き補償された、前記１つ後のフレームの前記注目画素と同じ位置の画素と前記注目画素の差分絶対値が前記閾値より大きい場合、前記注目画素が前記混合領域を構成する画素であるとすることで、前記混合領域を検出する領域検出ステップと
を実行させるプログラム。 - 時間積分効果を有する所定数の画素を有する撮像素子によって取得された所定数の画素データからなる画像データから、現実世界における複数のオブジェクトが混ざり合った前記画素データとして取得された混合領域を検出する画像処理装置において、
前記画像データに基づいて前景となる前記オブジェクトの輪郭を抽出し、前記画像データにおける前記前景となる前記オブジェクトに対応する画素データをそのままの値とし、前記画像データにおける前記前景となる前記オブジェクトとは異なる画素データの値を、予め定めた値とすることで、領域特定オブジェクトを生成する領域特定オブジェクト生成手段と、
注目する注目フレームよりも時間的に１つ前のフレームの前記領域特定オブジェクトにおける前記前景となる前記オブジェクトの動きベクトルを用いて、前記１つ前のフレームの前記領域特定オブジェクトにおける前記前景となる前記オブジェクトが、前記注目フレームの前記領域特定オブジェクトにおける前記前景となる前記オブジェクトと同じ位置となるように、前記１つ前のフレームの前記領域特定オブジェクトを動き補償する動き補償手段と、
前記注目フレームの前記領域特定オブジェクト、および動き補償された前記１つ前のフレームの前記領域特定オブジェクトの同じ位置の画素の差分を求め、前記差分が閾値以上となる前記注目フレームの画素が前記混合領域を構成する画素であるとすることで、前記混合領域を検出する領域検出手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。
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