JP4596224B2 - 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

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、画像における混ざり合いの状態を知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、入力画像の画素ごとの、所定フレームと、所定フレームの１つ前のフレームとの間の動きの有無、および所定フレームと、所定フレームの１つ後のフレームとの間の動きの有無に基づいて、画素が、前景となるオブジェクトを構成する前景オブジェクト成分のみからなる前景領域、背景となるオブジェクトを構成する背景オブジェクト成分のみからなる背景領域、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分が混合されてなる混合領域のうちの、前景オブジェクトの動き方向先端部側に形成されるカバードバックグラウンド領域、または前景オブジェクトの動き方向後端部側に形成されるアンカバードバックグラウンド領域の何れの領域に属するかを特定し、その特定結果を示す領域情報を生成する領域特定手段と、注目する注目画素が属する混合領域において、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定し、注目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、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、混合比を推定する混合比推定手段とを含むことを特徴とする。
【０００７】
画像処理装置は、前景オブジェクトの動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段をさらに設け、混合比推定手段は、注目画素が属する混合領域において、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、動きベクトルの動き方向に沿った混合領域の幅と、動きベクトルの動き方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、混合比を推定し、注目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、動きベクトルの動き方向に沿った混合領域の幅と、動きベクトルの動き方向とは反対の方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、混合比を推定するようにすることができる。
【０００８】
画像処理装置は、前景オブジェクトの動き方向を検出する動き方向検出手段をさらに設け、混合比推定手段は、注目画素が属する混合領域において、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、混合比を推定し、注目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、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、混合比を推定するようにすることができる。
【０００９】
動き方向検出手段は、領域情報を基に、注目している注目フレームにおける混合領域の位置、および注目フレームの近傍の近傍フレームにおける混合領域の位置を基に、動きベクトルを生成する動きベクトル生成手段を含み、生成した動きベクトルを基に、動き方向を検出するようにすることができる。
【００１０】
本発明の画像処理方法は、入力画像の画素ごとの、所定フレームと、所定フレームの１つ前のフレームとの間の動きの有無、および所定フレームと、所定フレームの１つ後のフレームとの間の動きの有無に基づいて、画素が、前景となるオブジェクトを構成する前景オブジェクト成分のみからなる前景領域、背景となるオブジェクトを構成する背景オブジェクト成分のみからなる背景領域、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分が混合されてなる混合領域のうちの、前景オブジェクトの動き方向先端部側に形成されるカバードバックグラウンド領域、または前景オブジェクトの動き方向後端部側に形成されるアンカバードバックグラウンド領域の何れの領域に属するかを特定し、その特定結果を示す領域情報を生成する領域特定ステップと、注目する注目画素が属する混合領域において、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定し、注目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、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、混合比を推定する混合比推定ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の記録媒体のプログラムは、入力画像の画素ごとの、所定フレームと、所定フレームの１つ前のフレームとの間の動きの有無、および所定フレームと、所定フレームの１つ後のフレームとの間の動きの有無に基づいて、画素が、前景となるオブジェクトを構成する前景オブジェクト成分のみからなる前景領域、背景となるオブジェクトを構成する背景オブジェクト成分のみからなる背景領域、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分が混合されてなる混合領域のうちの、前景オブジェクトの動き方向先端部側に形成されるカバードバックグラウンド領域、または前景オブジェクトの動き方向後端部側に形成されるアンカバードバックグラウンド領域の何れの領域に属するかを特定し、その特定結果を示す領域情報を生成する領域特定ステップと、注目する注目画素が属する混合領域において、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定し、注目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、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、混合比を推定する混合比推定ステップとを含む処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１２】
本発明のプログラムは、コンピュータに、入力画像の画素ごとの、所定フレームと、所定フレームの１つ前のフレームとの間の動きの有無、および所定フレームと、所定フレームの１つ後のフレームとの間の動きの有無に基づいて、画素が、前景となるオブジェクトを構成する前景オブジェクト成分のみからなる前景領域、背景となるオブジェクトを構成する背景オブジェクト成分のみからなる背景領域、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分が混合されてなる混合領域のうちの、前景オブジェクトの動き方向先端部側に形成されるカバードバックグラウンド領域、または前景オブジェクトの動き方向後端部側に形成されるアンカバードバックグラウンド領域の何れの領域に属するかを特定し、その特定結果を示す領域情報を生成する領域特定ステップと、注目する注目画素が属する混合領域において、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定し、注目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、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、混合比を推定する混合比推定ステップとを実行させることを特徴とする。
【００１３】
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、入力画像の画素ごとの、所定フレームと、所定フレームの１つ前のフレームとの間の動きの有無、および所定フレームと、所定フレームの１つ後のフレームとの間の動きの有無に基づいて、画素が、前景となるオブジェクトを構成する前景オブジェクト成分のみからなる前景領域、背景となるオブジェクトを構成する背景オブジェクト成分のみからなる背景領域、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分が混合されてなる混合領域のうちの、前景オブジェクトの動き方向先端部側に形成されるカバードバックグラウンド領域、または前景オブジェクトの動き方向後端部側に形成されるアンカバードバックグラウンド領域の何れの領域に属するかが特定され、その特定結果を示す領域情報が生成され、注目する注目画素が属する混合領域において、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比が推定され、注目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、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、混合比が推定される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る画像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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図２は、画像処理装置を示すブロック図である。
【００２０】
なお、画像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。
【００２１】
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。
【００２２】
画像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、および前景背景分離部１０５に供給される。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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および混合比算出部１０４に供給する。
【００２７】
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ている。
【００２８】
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領域特定部１０３および混合比算出部１０４に出力するようにしてもよい。
【００２９】
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。
【００３０】
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および前景背景分離部１０５に供給する。
【００３１】
混合比算出部１０４は、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を基に、混合領域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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、前景成分画像および背景成分画像を出力する。
【００３４】
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。
【００３５】
次に、図３乃至図１８を参照して、画像処理装置に供給される入力画像について説明する。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
画像処理装置は、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。画像処理装置は、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、画像処理装置は、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
図８における縦方向は、時間に対応し、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
M=B02/v+B02/v+F07/v+F06/v （１）
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
M'=F02/v+F01/v+B26/v+B26/v （２）
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
【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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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に供給する。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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、および背景の成分のみからなる背景成分画像を抽出して、前景成分画像および背景成分画像を出力する。
【０１４２】
図１９のフローチャートを参照して、画像処理装置による前景背景の分離の処理を説明する。ステップＳ１１において、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、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を領域特定部１０３および混合比算出部１０４に供給する。
【０１４３】
ステップＳ１２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。
【０１４４】
なお、ステップＳ１２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。
【０１４５】
ステップＳ１３において、混合比算出部１０４は、動きベクトル、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。
【０１４６】
ステップＳ１４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および背景の成分を抽出して、抽出した前景の成分を基に、前景成分画像を合成し、抽出した背景の成分を基に、背景成分画像を合成する。前景背景分離部１０５は、前景成分画像および背景成分画像を出力し、処理は終了する。前景背景の分離の処理の詳細については、後述する。
【０１４７】
このように、画像処理装置は、混合比αを算出して、算出した混合比αを基に、前景と背景とを分離することができる。
【０１４８】
以下、領域特定部１０３、混合比算出部１０４、および前景背景分離部１０５のそれぞれの構成について説明する。
【０１４９】
図２０は、領域特定部１０３の構成の一例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。フレームメモリ２０１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２０１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。
【０１５０】
静動判定部２０２−１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２０１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２０２−１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２０３−１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２０２−１は、静止を示す静動判定を領域判定部２０３−１に供給する。
【０１５１】
静動判定部２０２−２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２０１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２０２−２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２０３−１および領域判定部２０３−２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２０２−２は、静止を示す静動判定を領域判定部２０３−１および領域判定部２０３−２に供給する。
【０１５２】
静動判定部２０２−３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２０１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２０２−３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２０３−２および領域判定部２０３−３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２０２−３は、静止を示す静動判定を領域判定部２０３−２および領域判定部２０３−３に供給する。
【０１５３】
静動判定部２０２−４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２０１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２０２−４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２０３−３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２０２−４は、静止を示す静動判定を領域判定部２０３−３に供給する。
【０１５４】
領域判定部２０３−１は、静動判定部２０２−１から供給された静動判定が静止を示し、かつ、静動判定部２０２−２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。
【０１５５】
領域判定部２０３−１は、静動判定部２０２−１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２０２−２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。
【０１５６】
領域判定部２０３−１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２０４に供給する。
【０１５７】
領域判定部２０３−２は、静動判定部２０２−２から供給された静動判定が静止を示し、かつ、静動判定部２０２−３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。
【０１５８】
領域判定部２０３−２は、静動判定部２０２−２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２０２−３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。
【０１５９】
領域判定部２０３−２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２０４に供給する。
【０１６０】
領域判定部２０３−２は、静動判定部２０２−２から供給された静動判定が動きを示し、かつ、静動判定部２０２−３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。
【０１６１】
領域判定部２０３−２は、静動判定部２０２−２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２０２−３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。
【０１６２】
領域判定部２０３−２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２０４に供給する。
【０１６３】
領域判定部２０３−３は、静動判定部２０２−３から供給された静動判定が動きを示し、かつ、静動判定部２０２−４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。
【０１６４】
領域判定部２０３−３は、静動判定部２０２−３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２０２−４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。
【０１６５】
領域判定部２０３−３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２０４に供給する。
【０１６６】
判定フラグ格納フレームメモリ２０４は、領域判定部２０３−１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２０３−２から供給された静止領域判定フラグ、領域判定部２０３−２から供給された動き領域判定フラグ、および領域判定部２０３−３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。
【０１６７】
判定フラグ格納フレームメモリ２０４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２０５に供給する。合成部２０５は、判定フラグ格納フレームメモリ２０４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２０６に供給する。
【０１６８】
判定フラグ格納フレームメモリ２０６は、合成部２０５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。
【０１６９】
次に、領域特定部１０３の処理の例を図２１乃至図２５を参照して説明する。
【０１７０】
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２１に示すように、フレーム#nにおいて、Yn(x,y)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(x,y)に位置する。
【０１７１】
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２２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２２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。
【０１７２】
図２２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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
図２２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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
図２３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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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２０２−４により、静止と判定される。
【０１８０】
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２０２−３により、動きと判定される。
【０１８１】
このように、領域判定部２０３−３は、静動判定部２０２−３から動きを示す静動判定の結果が供給され、静動判定部２０２−４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。
【０１８２】
図２４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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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２０２−１により、静止と判定される。
【０１８５】
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２０２−２により、動きと判定される。
【０１８６】
このように、領域判定部２０３−１は、静動判定部２０２−２から動きを示す静動判定の結果が供給され、静動判定部２０２−１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。
【０１８７】
図２５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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
図２６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２６（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２６（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。
【０１９２】
図２６（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２６（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。
【０１９３】
図２７は、判定フラグ格納フレームメモリ２０６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２７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２０６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。
【０１９４】
次に、図２８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２０１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。
【０１９５】
ステップＳ２０２において、静動判定部２０２−３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Ｓ２０３に進み、静動判定部２０２−２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。
【０１９６】
ステップＳ２０３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Ｓ２０４に進み、領域判定部２０３−２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２０３−２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２０４に供給し、手続きは、ステップＳ２０５に進む。
【０１９７】
ステップＳ２０２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Ｓ２０３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Ｓ２０４の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２０５に進む。
【０１９８】
ステップＳ２０５において、静動判定部２０２−３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Ｓ２０６に進み、静動判定部２０２−２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。
【０１９９】
ステップＳ２０６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Ｓ２０７に進み、領域判定部２０３−２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２０３−２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２０４に供給し、手続きは、ステップＳ２０８に進む。
【０２００】
ステップＳ２０５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Ｓ２０６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Ｓ２０７の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２０８に進む。
【０２０１】
ステップＳ２０８において、静動判定部２０２−４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Ｓ２０９に進み、静動判定部２０２−３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。
【０２０２】
ステップＳ２０９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Ｓ２１０に進み、領域判定部２０３−３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２０３−３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２０４に供給し、手続きは、ステップＳ２１１に進む。
【０２０３】
ステップＳ２０８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Ｓ２０９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Ｓ２１０の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２１１に進む。
【０２０４】
ステップＳ２１１において、静動判定部２０２−２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Ｓ２１２に進み、静動判定部２０２−１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。
【０２０５】
ステップＳ２１２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Ｓ２１３に進み、領域判定部２０３−１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２０３−１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２０４に供給し、手続きは、ステップＳ２１４に進む。
【０２０６】
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、または、ステップＳ２１２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Ｓ２１３の処理はスキップされ、手続きは、ステップＳ２１４に進む。
【０２０７】
ステップＳ２１４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Ｓ２０２に戻り、他の画素について、領域特定の処理を繰り返す。
【０２０８】
ステップＳ２１４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Ｓ２１５に進み、合成部２０５は、判定フラグ格納フレームメモリ２０４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２０６に設定し、処理は終了する。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
前景に対応するオブジェクトがテクスチャを有す場合、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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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領域を特定す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、領域特定部１０３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、領域特定部１０３は、動きに対応した画素を選択して、上述の処理を実行する。
【０２１４】
図２９は、領域特定部１０３の構成の他の一例を示すブロック図である。図２９に示す領域特定部１０３は、動きベクトルを使用しない。背景画像生成部３０１は、入力画像に対応する背景画像を生成し、生成した背景画像を２値オブジェクト画像抽出部３０２に供給する。背景画像生成部３０１は、例えば、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抽出して、背景画像を生成する。
【０２１５】
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の例を図３０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３０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。
【０２１６】
図３０において、フレーム#nにおけるラインは、フレーム#n-1およびフレーム#n+1におけるラインと同一である。
【０２１７】
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、フレーム#n+1において、左から１０番目乃至２１番目の画素に含まれる。
【０２１８】
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。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。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１９番目乃至２１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１０番目乃至１２番目の画素である。
【０２１９】
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。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。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番目乃至９番目の画素である。
【０２２０】
背景画像生成部３０１が生成する、図３０の例に対応する背景画像の例を図３１に示す。背景画像は、背景のオブジェクトに対応する画素から構成され、前景のオブジェクトに対応する画像の成分を含まない。
【０２２１】
２値オブジェクト画像抽出部３０２は、背景画像および入力画像の相関を基に、２値オブジェクト画像を生成し、生成した２値オブジェクト画像を時間変化検出部３０３に供給する。
【０２２２】
図３２は、２値オブジェクト画像抽出部３０２の構成を示すブロック図である。相関値演算部３２１は、背景画像生成部３０１から供給された背景画像および入力画像の相関を演算し、相関値を生成して、生成した相関値をしきい値処理部３２２に供給する。
【０２２３】
相関値演算部３２１は、例えば、図３３（Ａ）に示すように、Ｘ₄を中心とした３×３の背景画像の中のブロックと、図３３（Ｂ）に示すように、背景画像の中のブロックに対応するＹ₄を中心とした３×３の入力画像の中のブロックに、式（４）を適用して、Ｙ₄に対応する相関値を算出する。
【０２２４】
【数２】

【数３】

【数４】

【０２２５】
相関値演算部３２１は、このように各画素に対応して算出された相関値をしきい値処理部３２２に供給する。
【０２２６】
また、相関値演算部３２１は、例えば、図３４（Ａ）に示すように、Ｘ₄を中心とした３×３の背景画像の中のブロックと、図３４（Ｂ）に示すように、背景画像の中のブロックに対応するＹ₄を中心とした３×３の入力画像の中のブロックに、式（７）を適用して、Ｙ₄に対応する差分絶対値を算出するようにしてもよい。
【０２２７】
【数５】

【０２２８】
相関値演算部３２１は、このように算出された差分絶対値を相関値として、しきい値処理部３２２に供給する。
【０２２９】
しきい値処理部３２２は、相関画像の画素値としきい値th0とを比較して、相関値がしきい値th0以下である場合、２値オブジェクト画像の画素値に1を設定し、相関値がしきい値th0より大きい場合、２値オブジェクト画像の画素値に0を設定して、0または1が画素値に設定された２値オブジェクト画像を出力する。しきい値処理部３２２は、しきい値th0を予め記憶するようにしてもよく、または、外部から入力されたしきい値th0を使用するようにしてもよい。
【０２３０】
図３５は、図３０に示す入力画像のモデルに対応する２値オブジェクト画像の例を示す図である。２値オブジェクト画像において、背景画像と相関の高い画素には、画素値に0が設定される。
【０２３１】
図３６は、時間変化検出部３０３の構成を示すブロック図である。フレームメモリ３４１は、フレーム#nの画素について領域を判定するとき、２値オブジェクト画像抽出部３０２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２値オブジェクト画像を記憶する。
【０２３２】
領域判定部３４２は、フレームメモリ３４１に記憶されているフレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の２値オブジェクト画像を基に、フレーム#nの各画素について領域を判定して、領域情報を生成し、生成した領域情報を出力する。
【０２３３】
図３７は、領域判定部３４２の判定を説明する図である。フレーム#nの２値オブジェクト画像の注目している画素が0であるとき、領域判定部３４２は、フレーム#nの注目している画素が背景領域に属すると判定する。
【０２３４】
フレーム#nの２値オブジェクト画像の注目している画素が1であり、フレーム#n-1の２値オブジェクト画像の対応する画素が1であり、フレーム#n+1の２値オブジェクト画像の対応する画素が1であるとき、領域判定部３４２は、フレーム#nの注目している画素が前景領域に属すると判定する。
【０２３５】
フレーム#nの２値オブジェクト画像の注目している画素が1であり、フレーム#n-1の２値オブジェクト画像の対応する画素が0であるとき、領域判定部３４２は、フレーム#nの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。
【０２３６】
フレーム#nの２値オブジェクト画像の注目している画素が1であり、フレーム#n+1の２値オブジェクト画像の対応する画素が0であるとき、領域判定部３４２は、フレーム#nの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。
【０２３７】
図３８は、図３０に示す入力画像のモデルに対応する２値オブジェクト画像について、時間変化検出部３０３の判定した例を示す図である。時間変化検出部３０３は、２値オブジェクト画像のフレーム#nの対応する画素が0なので、フレーム#nの左から１番目乃至５番目の画素を背景領域に属すると判定する。
【０２３８】
時間変化検出部３０３は、２値オブジェクト画像のフレーム#nの画素が1であり、フレーム#n+1の対応する画素が0なので、左から６番目乃至９番目の画素を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。
【０２３９】
時間変化検出部３０３は、２値オブジェクト画像のフレーム#nの画素が1であり、フレーム#n-1の対応する画素が1であり、フレーム#n+1の対応する画素が1なので、左から１０番目乃至１３番目の画素を前景領域に属すると判定する。
【０２４０】
時間変化検出部３０３は、２値オブジェクト画像のフレーム#nの画素が1であり、フレーム#n-1の対応する画素が0なので、左から１４番目乃至１７番目の画素をカバードバックグラウンド領域に属すると判定する。
【０２４１】
時間変化検出部３０３は、２値オブジェクト画像のフレーム#nの対応する画素が0なので、左から１８番目乃至２１番目の画素を背景領域に属すると判定する。
【０２４２】
次に、図３９のフローチャートを参照して、領域判定部１０３の領域特定の処理を説明する。ステップＳ３０１において、領域判定部１０３の背景画像生成部３０１は、入力画像を基に、例えば、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抽出して背景画像を生成し、生成した背景画像を２値オブジェクト画像抽出部３０２に供給する。
【０２４３】
ステップＳ３０２において、２値オブジェクト画像抽出部３０２は、例えば、図３３を参照して説明した演算により、入力画像と背景画像生成部３０１から供給された背景画像との相関値を演算する。ステップＳ３０３において、２値オブジェクト画像抽出部３０２は、例えば、相関値としきい値th0とを比較することにより、相関値およびしきい値th0から２値オブジェクト画像を演算する。
【０２４４】
ステップＳ３０４において、時間変化検出部３０３は、領域判定の処理を実行して、処理は終了する。
【０２４５】
図４０のフローチャートを参照して、ステップＳ３０４に対応する領域判定の処理の詳細を説明する。ステップＳ３２１において、時間変化検出部３０３の領域判定部３４２は、フレームメモリ３４１に記憶されているフレーム#nにおいて、注目する画素が0であるか否かを判定し、フレーム#nにおいて、注目する画素が0であると判定された場合、ステップＳ３２２に進み、フレーム#nの注目する画素が背景領域に属すると設定して、処理は終了する。
【０２４６】
ステップＳ３２１において、フレーム#nにおいて、注目する画素が1であると判定された場合、ステップＳ３２３に進み、時間変化検出部３０３の領域判定部３４２は、フレームメモリ３４１に記憶されているフレーム#nにおいて、注目する画素が1であり、かつ、フレーム#n-1において、対応する画素が0であるか否かを判定し、フレーム#nにおいて、注目する画素が1であり、かつ、フレーム#n-1において、対応する画素が0であると判定された場合、ステップＳ３２４に進み、フレーム#nの注目す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て、処理は終了する。
【０２４７】
ステップＳ３２３において、フレーム#nにおいて、注目する画素が0であるか、または、フレーム#n-1において、対応する画素が1であると判定された場合、ステップＳ３２５に進み、時間変化検出部３０３の領域判定部３４２は、フレームメモリ３４１に記憶されているフレーム#nにおいて、注目する画素が1であり、かつ、フレーム#n+1において、対応する画素が0であるか否かを判定し、フレーム#nにおいて、注目する画素が1であり、かつ、フレーム#n+1において、対応する画素が0であると判定された場合、ステップＳ３２６に進み、フレーム#nの注目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設定して、処理は終了する。
【０２４８】
ステップＳ３２５において、フレーム#nにおいて、注目する画素が0であるか、または、フレーム#n+1において、対応する画素が１であると判定された場合、ステップＳ３２７に進み、時間変化検出部３０３の領域判定部３４２は、フレーム#nの注目する画素を前景領域と設定して、処理は終了する。
【０２４９】
このように、領域特定部１０３は、入力された画像と対応する背景画像との相関値を基に、入力画像の画素が前景領域、背景領域、カバードバックグラウンド領域、および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。
【０２５０】
図４１は、領域特定部１０３の他の構成を示すブロック図である。図４１に示す領域特定部１０３は、動き検出部１０２から供給される動きベクトルとその位置情報を使用する。図２９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。
【０２５１】
ロバスト化部３６１は、２値オブジェクト画像抽出部３０２から供給された、Ｎ個のフレームの２値オブジェクト画像を基に、ロバスト化された２値オブジェクト画像を生成して、時間変化検出部３０３に出力する。
【０２５２】
図４２は、ロバスト化部３６１の構成を説明するブロック図である。動き補償部３８１は、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を基に、Ｎ個のフレームの２値オブジェクト画像の動きを補償して、動きが補償された２値オブジェクト画像をスイッチ３８２に出力する。
【０２５３】
図４３および図４４の例を参照して、動き補償部３８１の動き補償について説明する。例えば、フレーム#nの領域を判定するとき、図４３に例を示すフレーム#n-1、フレーム#n、およびフレーム#n+1の２値オブジェクト画像が入力された場合、動き補償部３８１は、動き検出部１０２から供給された動きベクトルを基に、図４４に例を示すように、フレーム#n-1の２値オブジェクト画像、およびフレーム#n+1の２値オブジェクト画像を動き補償して、動き補償された２値オブジェクト画像をスイッチ３８２に供給する。
【０２５４】
スイッチ３８２は、１番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像をフレームメモリ３８３−１に出力し、２番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像をフレームメモリ３８３−２に出力する。同様に、スイッチ３８２は、３番目乃至Ｎ−１番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像のそれぞれをフレームメモリ３８３−３乃至フレームメモリ３８３−（Ｎ−１）のいずれかに出力し、Ｎ番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像をフレームメモリ３８３−Ｎに出力する。
【０２５５】
フレームメモリ３８３−１は、１番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像を記憶し、記憶されている２値オブジェクト画像を重み付け部３８４−１に出力する。フレームメモリ３８３−２は、２番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像を記憶し、記憶されている２値オブジェクト画像を重み付け部３８４−２に出力する。
【０２５６】
同様に、フレームメモリ３８３−３乃至フレームメモリ３８３−（Ｎ−１）のそれぞれは、３番目のフレーム乃至Ｎ−１番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像のいずれかを記憶し、記憶されている２値オブジェクト画像を重み付け部３８４−３乃至重み付け部３８４−（Ｎ−１）のいずれかに出力する。フレームメモリ３８３−Ｎは、Ｎ番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像を記憶し、記憶されている２値オブジェクト画像を重み付け部３８４−Ｎに出力する。
【０２５７】
重み付け部３８４−１は、フレームメモリ３８３−１から供給された１番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像の画素値に予め定めた重みw1を乗じて、積算部３８５に供給する。重み付け部３８４−２は、フレームメモリ３８３−２から供給された２番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像の画素値に予め定めた重みw2を乗じて、積算部３８５に供給する。
【０２５８】
同様に、重み付け部３８４−３乃至重み付け部３８４−（Ｎ−１）のそれぞれは、フレームメモリ３８３−３乃至フレームメモリ３８３−（Ｎ−１）のいずれかから供給された３番目乃至Ｎ−１番目のいずれかのフレームの動き補償された２値オブジェクト画像の画素値に予め定めた重みw3乃至重みw(N-1)のいずれかを乗じて、積算部３８５に供給する。重み付け部３８４−Ｎは、フレームメモリ３８３−Ｎから供給されたＮ番目のフレームの動き補償された２値オブジェクト画像の画素値に予め定めた重みwNを乗じて、積算部３８５に供給する。
【０２５９】
積算部３８５は、１乃至Ｎ番目のフレームの動き補償され、それぞれ重みw1乃至wNのいずれかが乗じられた、２値オブジェクト画像の対応する画素値を積算して、積算された画素値を予め定めたしきい値th0と比較することにより２値オブジェクト画像を生成する。
【０２６０】
このように、ロバスト化部３６１は、Ｎ個の２値オブジェクト画像からロバスト化された２値オブジェト画像を生成して、時間変化検出部３０３に供給するので、図４１に構成を示す領域特定部１０３は、入力画像にノイズが含まれていても、図２９に示す場合に比較して、より正確に領域を特定することができる。
【０２６１】
次に、図４１に構成を示す領域特定部１０３の領域特定の処理について、図４５のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ３４１乃至ステップＳ３４３の処理は、図３９のフローチャートで説明したステップＳ３０１乃至ステップＳ３０３とそれぞれ同様なのでその説明は省略する。
【０２６２】
ステップＳ３４４において、ロバスト化部３６１は、ロバスト化の処理を実行する。
【０２６３】
ステップＳ３４５において、時間変化検出部３０３は、領域判定の処理を実行して、処理は終了する。ステップＳ３４５の処理の詳細は、図４０のフローチャートを参照して説明した処理と同様なのでその説明は省略する。
【０２６４】
次に、図４６のフローチャートを参照して、図４５のステップＳ３４４の処理に対応する、ロバスト化の処理の詳細について説明する。ステップＳ３６１において、動き補償部３８１は、動き検出部１０２から供給される動きベクトルとその位置情報を基に、入力された２値オブジェクト画像の動き補償の処理を実行する。ステップＳ３６２において、フレームメモリ３８３−１乃至３８３−Ｎのいずれかは、スイッチ３８２を介して供給された動き補償された２値オブジェクト画像を記憶する。
【０２６５】
ステップＳ３６３において、ロバスト化部３６１は、Ｎ個の２値オブジェクト画像が記憶されたか否かを判定し、Ｎ個の２値オブジェクト画像が記憶されていないと判定された場合、ステップＳ３６１に戻り、２値オブジェクト画像の動き補償の処理および２値オブジェクト画像の記憶の処理を繰り返す。
【０２６６】
ステップＳ３６３において、Ｎ個の２値オブジェクト画像が記憶されたと判定された場合、ステップＳ３６４に進み、重み付け部３８４−１乃至３８４−Ｎのそれぞれは、Ｎ個の２値オブジェクト画像のそれぞれにw1乃至wNのいずれかの重みを乗じて、重み付けする。
【０２６７】
ステップＳ３６５において、積算部３８５は、重み付けされたＮ個の２値オブジェクト画像を積算する。
【０２６８】
ステップＳ３６６において、積算部３８５は、例えば、予め定められたしきい値th1との比較などにより、積算された画像から２値オブジェクト画像を生成して、処理は終了する。
【０２６９】
このように、図４１に構成を示す領域特定部１０３は、ロバスト化された２値オブジェクト画像を基に、領域情報を生成することができる。
【０２７０】
以上のように、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。
【０２７１】
図４７は、混合比算出部１０４の構成を示すブロック図である。混合領域幅検出部４０１は、領域特定部１０３から供給された領域情報、および動き検出部１０２から供給された動きベクトルとその位置情報を基に、画素間隔を単位として、注目している画素が属する混合領域の幅を検出する。混合領域幅検出部４０１は、検出した幅を混合領域幅情報として、直線当てはめ部４０２に供給する。
【０２７２】
直線当てはめ部４０２は、混合領域幅検出部４０１から供給された混合領域幅情報、および動き検出部１０２から供給された動きベクトルとその位置情報を基に、混合領域の幅と、注目している画素から混合領域の端部に位置する画素までの距離との比を算出する。直線当てはめ部４０２は、混合領域の幅と、注目している画素から混合領域の端部に位置する画素までの距離との比を基に、注目している画素の混合比αを算出する。
【０２７３】
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。
【０２７４】
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。
【０２７５】
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。
【０２７６】
理想的な混合比αの例を図４８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。
【０２７７】
図４８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。
【０２７８】
図４９乃至図５３を参照して、混合比算出部１０４の処理を説明する。
【０２７９】
図４９は、動き量vが４である、カバードバックグラウンド領域を含む画像に対応する、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。
【０２８０】
フレーム#nの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画素値Mx、対応する位置のフレーム#nより前のフレーム#n-1の背景領域に属する画素の画素値Bx、および注目している画素の混合比αxとの関係は、式（８）で表すことができる。
【０２８１】
Mx=αx・Bx+fx （８）
xは、動き方向に沿った座標軸xにおける位置を示す。fxは、注目している画素の画素値に含まれる前景の成分の和を示す。
【０２８２】
図５０は、動き量vが４である、アンカバードバックグラウンド領域を含む画像に対応する、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。
【０２８３】
同様に、フレーム#nの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画素値Mx、対応する位置のフレーム#nより後のフレーム#n+1の背景領域に属する画素の画素値Bx、および注目している画素の混合比αxとの関係は、式（８）で表すことができる。
【０２８４】
図４９および図５０に示すように、動き量をvとしたとき、前景のオブジェクトの動きの方向に沿った混合領域の幅は、動き量vから１を減算して、求めることができる。
【０２８５】
例えば、図４９において、フレーム#nの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番目の画素乃至８番目の画素であり、カバードバックグラウンド領域の幅は、画素間隔を単位として、３である。図４９において、動き量vは４であり、カバードバックグラウンド領域の幅は、動き量vから１を減算した結果に等しい。
【０２８６】
図５０において、フレーム#nの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５番目の画素乃至７番目の画素であり、アンカバードバックグラウンド領域の幅は、画素間隔を単位として、３である。図５０において、動き量vは４であり、アンカバードバックグラウンド領域の幅は、動き量vから１を減算した結果に等しい。
【０２８７】
動き量をvとしたとき、動きベクトルの方向に沿った直線上の画素であって、フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に属し、背景領域に属する画素と隣接する画素（動きベクトルの先側の画素）の混合比αは、式（９）で求められる。
【０２８８】
α=(v-1)/v （９）
【０２８９】
例えば、図５１に示す、フレーム#nの左から４番目の画素の混合比αは、動き量vが４であるとき、3/4である。
【０２９０】
動き量をvとしたとき、動きベクトルの方向に沿った直線上の画素であって、フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に属し、背景領域に属する画素から２番目の画素の混合比αは、動きベクトルの方向に沿った直線上の画素であって、フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に属し、背景領域に属する画素と隣接する画素の混合比αから1/vを減算することにより求めることができる。
【０２９１】
例えば、図５１に示す、フレーム#nの左から３番目の画素の混合比αは、動き量vが４であるとき、1/2であり、フレーム#nの左から４番目の画素の混合比αから1/4を減算した値に等しい。
【０２９２】
同様に、動き量をvとしたとき、動きベクトルの方向に沿った直線上の画素であって、フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に属し、背景領域に属する画素から３番目の画素の混合比αは、動きベクトルの方向に沿った直線上の画素であって、フレーム#nのカバードバックグラウンド領域に属し、背景領域に属する画素と隣接する画素の混合比αから2/vを減算することにより求めることができる。
【０２９３】
例えば、図５１に示す、フレーム#nの左から２番目の画素の混合比αは、動き量vが４であるとき、1/4であり、フレーム#nの左から４番目の画素の混合比αから1/2を減算した値に等しい。
【０２９４】
従って、背景領域に属する画素と隣接する画素からの距離がxである、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混合比αxは、式（１０）に示すように、距離xを基に、算出できる。
【０２９５】
αx=(v-1)/v-x・(1/v) （１０）
【０２９６】
同様に、動き量をvとしたとき、動きベクトルの方向に沿った直線上の画素であって、フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に属し、背景領域に属する画素と隣接する画素（動きベクトルの元側の画素）の混合比αは、式（１１）で求められる。
【０２９７】
α=(v-1)/v （１１）
【０２９８】
例えば、図５２に示す、フレーム#nの左から２番目の画素の混合比αは、動き量vが４であるとき、3/4である。
【０２９９】
動き量をvとしたとき、動きベクトルの方向に沿った直線上の画素であって、フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に属し、背景領域に属する画素から２番目の画素の混合比αは、動きベクトルの方向に沿った直線上の画素であって、フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に属し、背景領域に属する画素と隣接する画素の混合比αから1/vを減算することにより求めることができる。
【０３００】
例えば、図５２に示す、フレーム#nの左から３番目の画素の混合比αは、動き量vが４であるとき、1/2であり、フレーム#nの左から２番目の画素の混合比αから1/4を減算した値に等しい。
【０３０１】
同様に、動き量をvとしたとき、動きベクトルの方向に沿った直線上の画素であって、フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に属し、背景領域に属する画素から３番目の画素の混合比αは、動きベクトルの方向に沿った直線上の画素であって、フレーム#nのアンカバードバックグラウンド領域に属し、背景領域に属する画素と隣接する画素の混合比αから2/vを減算することにより求めることができる。
【０３０２】
例えば、図５２に示す、フレーム#nの左から４番目の画素の混合比αは、動き量vが４であるとき、1/4であり、フレーム#nの左から２番目の画素の混合比αから1/2を減算した値に等しい。
【０３０３】
従って、背景領域に属する画素と隣接する画素からの距離がxである、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混合比αxは、式（１２）に示すように、距離xを基に、算出できる。
【０３０４】
αx=(v-1)/v-x・(1/v) （１２）
【０３０５】
一般に、シャッタ時間は、十分に短いので、シャッタ時間内に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ので、動き方向に沿った直線上で、混合領域における混合比が直線的に変化するという仮定が成立する。
【０３０６】
従って、以上で説明した混合比αの算出方法により、十分精度の高い混合比を算出することができる。
【０３０７】
図５３は、画像における、混合比αの算出の処理を説明する図である。
【０３０８】
動き量がvであって、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画素であるとき、動き方向に沿った直線上の、動き方向の元の画素の混合比αは、1/vとされ、動き方向に沿った直線上の、動き方向の先の画素の混合比αは、(v-1)/vとされる。動き方向に沿った直線上の、動き方向の先の画素および動き方向の元の画素の間の画素の混合比αは、1/vを傾きとして、線形式により算出される（比例計算による算出される）。
【０３０９】
例えば、動き量vが６であって、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画素であるとき、動き方向に沿った直線上の、動き方向の先の画素の混合比α５は、5/6とされ、動き方向に沿った直線上の、動き方向の元の画素の混合比α１は、1/6とされる。
【０３１０】
動き方向の先の画素および動き方向の元の画素の間の画素の混合比α２、α３、およびα４は、1/vを傾きとし、画素位置に対応して線形に算出され、それぞれ、2/6、3/6、4/6とされる。
【０３１１】
一方、動き量がvであって、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画素であるとき、動き方向に沿った直線上の、動き方向の先の画素の混合比αは、1/vとされ、動き方向に沿った直線上の、動き方向の元の画素の混合比αは、(v-1)/vとされ、動き方向に沿った直線上の、動き方向の先の画素および動き方向の元の画素の間の画素の混合比αは、線形式により算出される（比例計算による算出される）。
【０３１２】
次に、混合比算出部１０４による、混合比αの算出の処理を図５４のフローチャートを参照して説明する。
【０３１３】
ステップＳ４０１において、混合比幅検出部４０１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、混合比幅検出部４０１および直線当てはめ部４０２は、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を取得する。
【０３１４】
ステップＳ４０３において、直線当てはめ部４０２は、注目画素を選択する。ステップＳ４０４において、直線当てはめ部４０２は、領域情報を基に、注目画素が前景領域に属するか否かを判定し、注目画素が前景領域に属すると判定された場合、ステップＳ４０５に進み、混合比αに０を設定し、ステップＳ４０９に進む。
【０３１５】
ステップＳ４０４において、注目画素が前景領域に属しないと判定された場合、ステップＳ４０６に進み、直線当てはめ部４０２は、領域情報を基に、注目画素が背景領域に属するか否かを判定し、注目画素が背景領域に属すると判定された場合、ステップＳ４０７に進み、混合比αに１を設定し、ステップＳ４０９に進む。
【０３１６】
ステップＳ４０６において、注目画素が背景領域に属しないと判定された場合、ステップＳ４０８に進み、直線当てはめ部４０２は、混合領域に属する画素の混合比αの算出の処理を実行し、処理は、ステップＳ４０９に進む。混合領域に属する画素の混合比αの算出の処理の詳細は、後述する。
【０３１７】
ステップＳ４０９において、直線当てはめ部４０２は、注目画素に対応させて、算出された混合比αを記憶する。
【０３１８】
ステップＳ４１０において、直線当てはめ部４０２は、フレーム全体について混合比αを算出したか否かを判定し、フレーム全体について混合比αを算出していないと判定された場合、ステップＳ４０３に戻り、他の注目画素を選択し、混合比αの算出の処理を繰り返す。
【０３１９】
ステップＳ４１０において、フレーム全体について混合比αを算出したと判定された場合、ステップＳ４１１に進み、直線当てはめ部４０２は、混合比αを出力して、処理は終了する。
【０３２０】
図５５のフローチャートを参照して、混合領域幅検出部４０１および直線当てはめ部４０２が実行する、ステップＳ４０８の処理に対応する、混合領域に属する画素の混合比αの算出の処理を説明する。
【０３２１】
ステップＳ４２１において、混合領域幅検出部４０１は、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を基に、動きベクトルの動きの方向に沿って、混合領域の幅を求める。混合領域幅検出部４０１は、混合領域の幅を混合領域幅情報として、直線当てはめ部４０２に供給する。混合領域幅検出部４０１は、動きベクトルの大きさを基に、混合領域の幅を算出するようにしてもよい。
【０３２２】
ステップＳ４２２において、直線当てはめ部４０２は、動きベクトルの動き方向に沿って、注目画素から、混合領域の端までの距離を求める。
【０３２３】
ステップＳ４２３において、直線当てはめ部４０２は、動きベクトルの動き方向とは反対の方向に沿って、注目画素から、混合領域の端までの距離を求める。
【０３２４】
ステップＳ４２４において、直線当てはめ部４０２は、領域情報、および混合領域の幅と、注目画素から、混合領域の端までの距離との比を基に、混合比αを算出して、処理は終了する。
【０３２５】
例えば、直線当てはめ部４０２は、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属するとき、混合領域の幅と、動きベクトルの動きの方向に沿った、混合領域の端までの距離との比を基に、式（１０）に示す演算により、混合比αを算出する。
【０３２６】
例えば、直線当てはめ部４０２は、注目画素がアンカバードバックグラウンド領域に属するとき、混合領域の幅と、動きベクトルの動き方向とは反対の方向に沿った、混合領域の端までの距離との比を基に、式（１２）に示す演算により、混合比αを算出する。
【０３２７】
このように、混合比算出部１０２は、領域特定部１０３から供給された領域情報、および動き検出部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。
【０３２８】
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。
【０３２９】
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。
【０３３０】
次に、前景背景分離部１０５について説明する。図５６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。
【０３３１】
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。
【０３３２】
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。
【０３３３】
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。
【０３３４】
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。
【０３３５】
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。
【０３３６】
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。
【０３３７】
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。
【０３３８】
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。
【０３３９】
図５７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。
【０３４０】
図５７（Ａ）は、表示される画像の模式図であり、図５７（Ｂ）は、図５７（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。
【０３４１】
図５７（Ａ）および図５７（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。
【０３４２】
図５７（Ａ）および図５７（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。
【０３４３】
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。
【０３４４】
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。
【０３４５】
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。
【０３４６】
図５８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５８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。
【０３４７】
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。
【０３４８】
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。
【０３４９】
図５９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５９において、α１乃至α１８は、フレーム#nにおける画素のそれぞれに対応する混合比である。図５９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。
【０３５０】
フレーム#nの左から１５番目の画素の画素値C15は、式（１３）で表される。
【０３５１】

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。
【０３５２】
式（１３）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（１４）で表される。
【０３５３】

【０３５４】
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（１５）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（１６）で表される。
【０３５５】
f16=C16-α16・P16 （１５）
f17=C17-α17・P17 （１６）
【０３５６】
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（１７）で計算される。
【０３５７】
fc=C-α・P （１７）
Pは、１つ前のフレームの、対応する画素の画素値である。
【０３５８】
図６０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６０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６０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。
【０３５９】
フレーム#nの左から２番目の画素の画素値C02は、式（１８）で表される。
【０３６０】

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。
【０３６１】
式（１８）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（１９）で表される。
【０３６２】

【０３６３】
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（２０）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（２１）で表される。
【０３６４】
f03=C03-α3・N03 （２０）
f04=C04-α4・N04 （２１）
【０３６５】
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（２２）で計算される。
【０３６６】
fu=C-α・N （２２）
Nは、１つ後のフレームの、対応する画素の画素値である。
【０３６７】
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。
【０３６８】
図６１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。
【０３６９】
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。
【０３７０】
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。
【０３７１】
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５９および図６０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。
【０３７２】
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。
【０３７３】
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。
【０３７４】
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。
【０３７５】
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。
【０３７６】
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。
【０３７７】
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。
【０３７８】
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。
【０３７９】
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。
【０３８０】
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。
【０３８１】
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。
【０３８２】
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。
【０３８３】
図６２は、図５８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。
【０３８４】
図６２（Ａ）は、図５８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。
【０３８５】
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。
【０３８６】
図６２（Ｂ）は、図５８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。
【０３８７】
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。
【０３８８】
次に、図６３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。
【０３８９】
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。
【０３９０】
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。
【０３９１】
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。
【０３９２】
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。
【０３９３】
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。
【０３９４】
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。
【０３９５】
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。
【０３９６】
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。
【０３９７】
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。
【０３９８】
図６４は、本発明に係る画像処理装置の他の構成を示す図である。図２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。
【０３９９】
動き方向推定部７０１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、前景のオブジェクトに対応する動きベクトルを生成するとともに、動きベクトルから動き方向を抽出して、抽出した動き方向を混合比算出部７０２に供給する。動き方向推定部７０１は、生成した動きベクトルを出力することができる。
【０４００】
混合比算出部７０２は、領域特定部１０３から供給された領域情報、および動き方向推定部７０１から供給された動き方向を基に、画素毎に混合比αを算出して、算出した混合比αを前景背景分離部１０５に供給する。
【０４０１】
図６５は、動き方向推定部７０１の構成を示すブロック図である。動きベクトル検出部７２１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、動きベクトルを生成する。
【０４０２】
より詳細に説明すると、動きベクトル検出部７２１は、フレーム#nの注目画素がカバードバックグラウンド領域に属するとき、領域特定部１０３から供給された、フレーム#nおよびフレーム#n+1の領域情報を基に、フレーム#nから注目画素に対応する評価ブロックを抽出する。
【０４０３】
例えば、図６６に示すように、カバードバックグラウンド領域に属する注目画素が中心に配置され、背景領域および前景領域を含む評価ブロックが抽出される。
【０４０４】
動きベクトル検出部７２１は、抽出した評価ブロックに含まれるカバードバックグラウンド領域の形状と、形状が一致するフレーム#n+1のカバードバックグラウンド領域を検出する。
【０４０５】
例えば、図６６に示すように、動きベクトル検出部７２１は、フレーム#nの評価ブロックに対応する、フレーム#n+1のサーチエリアを検索して、抽出した評価ブロックに含まれるカバードバックグラウンド領域の形状と、形状が一致するフレーム#n+1のカバードバックグラウンド領域を検出する。
【０４０６】
動きベクトル検出部７２１は、フレーム#nの評価ブロックの画面上の位置と、検出されたフレーム#n+1のカバードバックグラウンド領域の画面上の位置を基に、注目画素に対応する動きベクトルを算出する。動きベクトル検出部７２１は、算出した動きベクトルを出力すると共に、動き方向選択部７２２に供給する。
【０４０７】
図６７に示すように、動きベクトル検出部７２１は、評価ブロックの１辺の長さを、動き量v（混合領域の幅）の２倍の長さとする。
【０４０８】
例えば、図６７（Ａ）に示すように、注目画素が混合領域の端側に位置するとき、評価ブロックの１辺の長さを、動き量vの２倍の長さとすれば、評価ブロックには、背景領域および混合領域が含まれることとなり、検出すべき混合領域の輪郭が明らかになる。
【０４０９】
また、同様に、図６７（Ｂ）に示すように、注目画素が混合領域の中心に位置するとき、評価ブロックの１辺の長さを、動き量vの２倍の長さとすれば、評価ブロックには、背景領域および混合領域が含まれることとなり、検出すべき混合領域の輪郭が明らかになる。
【０４１０】
これに対して、図６７（Ｃ）に示すように、注目画素が混合領域の端側に位置するとき、評価ブロックの１辺の長さを、動き量vと同じ長さとすれば、評価ブロックには、背景領域または混合領域のいずれかが含まれず、検出すべき混合領域の輪郭が不明確になる。同様に、図６７（Ｄ）に示すように、注目画素が混合領域の中心に位置するとき、評価ブロックの１辺の長さを、動き量vと同じ長さとすれば、評価ブロックには、背景領域または混合領域のいずれかが含まれず、検出すべき混合領域の輪郭が不明確になる。
【０４１１】
このように、動きベクトル検出部７２１は、評価ブロックの１辺の長さを、動き量vの２倍の長さとすることにより、確実に、評価ブロックと形状が一致するフレーム#n+1のカバードバックグラウンド領域を検出することができる。
【０４１２】
動きベクトル検出部７２１は、フレーム#nの注目画素がアンカバードバックグラウンド領域に属するとき、領域特定部１０３から供給された、フレーム#nおよびフレーム#n+1の領域情報を基に、フレーム#nから注目画素に対応する評価ブロックを抽出する。
【０４１３】
動きベクトル検出部７２１は、抽出した評価ブロックに含まれるアンカバードバックグラウンド領域の形状と、形状が一致するフレーム#n+1のアンカバードバックグラウンド領域を検出する。
【０４１４】
動きベクトル検出部７２１は、フレーム#nの評価ブロックの画面上の位置と、検出されたフレーム#n+1のアンカバードバックグラウンド領域の画面上の位置を基に、注目画素に対応する動きベクトルを算出する。動きベクトル検出部７２１は、算出した動きベクトルを出力すると共に、動き方向選択部７２２に供給する。
【０４１５】
動きベクトル検出部７２１は、フレーム#nの注目画素が前景領域に属するとき、フレーム#nの入力画像から注目画素に対応する評価ブロックを抽出する。動きベクトル検出部７２１は、フレーム#nの入力画像の評価ブロックと、フレーム#n+1の入力画像とのマッチングをとり、フレーム#nの入力画像の評価ブロックの位置、およびフレーム#n+1のマッチングされた画像の位置を基に、動きベクトルを生成する。
【０４１６】
なお、動きベクトル検出部７２１は、前景領域または背景領域の領域情報を基に、動きベクトルを検出するようにしてもよい。この場合、動きベクトル検出部７２１は、入力画像を必要としない。
【０４１７】
また、動きベクトル検出部７２１は、カバードバックグラウンド領域、アンカバードバックグラウンド領域、前景領域、または背景領域について、全画面マッチングにより、動きベクトルを検出するようにしてもよい。この場合、動きベクトル検出部７２１は、入力画像を必要としない。
【０４１８】
図６５に戻り、動き方向選択部７２２は、動きベクトル検出部７２１から供給された動きベクトルの動き方向を抽出して、抽出した動き方向を出力する。
【０４１９】
例えば、動き方向選択部７２２は、動きベクトルから水平ベクトル成分および垂直ベクトル成分を抽出し、水平ベクトル成分の絶対値および垂直ベクトル成分の絶対値を算出する。動き方向選択部７２２は、水平ベクトル成分および垂直ベクトル成分のうち、絶対値の大きいベクトル成分を選択する。動き方向選択部７２２は、選択したベクトル成分に対応する向きを動き方向として出力する。
【０４２０】
動き方向は、例えば、左を示す０、右を示す１、上を示す２、または下を示す３の何れかの値をとる。
【０４２１】
このように、動き方向推定部７０１は、動きベクトルを検出すると共に、動き方向を出力することができる。
【０４２２】
図６８は、混合比算出部７０２の構成を示すブロック図である。混合領域幅検出部７４１は、領域特定部１０３から供給された領域情報、および動き方向推定部７０１から供給された動き方向を基に、画素間隔を単位として、注目している画素が属する混合領域の幅を検出し、検出した幅を混合領域幅情報として、直線当てはめ部７４２に供給する。
【０４２３】
直線当てはめ部７４２は、混合領域幅検出部７４１から供給された混合領域幅情報、およびおよび動き方向推定部７０１から供給された動き方向を基に、混合領域の幅と、注目している画素から混合領域に隣接する背景領域の画素までの距離との比を算出する。直線当てはめ部７４２は、混合領域の幅と、注目している画素から混合領域に隣接する背景領域の画素までの距離との比を基に、注目している画素の混合比を算出する。
【０４２４】
図６９のフローチャートを参照して、図６４に構成を示す画像処理装置による、前景背景分離の処理を説明する。
【０４２５】
ステップＳ７０１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。領域特定部１０３は、生成した領域情報を混合比算出部７０２に供給する。ステップＳ７０１の処理の詳細は、ステップＳ１２の処理の詳細と同様なので、その説明は省略する。
【０４２６】
ステップＳ７０２において、動き方向推定部７０１は、領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、動き方向を検出する。動き方向の検出の処理の詳細は、後述する。動き方向推定部７０１は、動き方向を混合比算出部７０２に供給する。
【０４２７】
ステップＳ７０３において、混合比算出部７０２は、動き方向推定部７０１から供給された動き方向、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。ステップＳ７０３の処理の詳細は、ステップＳ１３の処理の詳細と同様なので、その説明は省略する。
【０４２８】
ステップＳ７０４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および背景の成分を抽出して、抽出した前景の成分を基に、前景成分画像を合成し、抽出した背景の成分を基に、背景成分画像を合成する。前景背景分離部１０５は、前景成分画像および背景成分画像を出力し、処理は終了する。ステップＳ７０４の処理の詳細は、ステップＳ１４の処理の詳細と同様なので、その説明は省略する。
【０４２９】
このように、図６４に構成を示す画像処理装置は、前景と背景を分離することができる。
【０４３０】
図７０のフローチャートを参照して、動き方向推定部７０１による、動き方向取得の処理を説明する。
【０４３１】
ステップＳ７２１において、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームおよび注目フレームの次のフレームの入力画像を取得する。
【０４３２】
ステップＳ７２２において、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームおよび注目フレームの次のフレームの領域情報を取得する。
【０４３３】
ステップＳ７２３において、動きベクトル検出部７２１は、注目画素を選択する。ステップＳ７２４において、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの領域情報を基に、注目画素が静止領域に属するか否かを判定し、注目画素が静止領域に属すると判定された場合、ステップＳ７２５に進み、動きベクトルを０に設定し、手続きは、ステップＳ７３７に進む。
【０４３４】
ステップＳ７２４において、注目画素が静止領域に属しないと判定された場合、ステップＳ７２６に進み、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの領域情報を基に、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属するか否かを判定する。ステップＳ７２６において、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属すると判定された場合、ステップＳ７２７に進み、動きベクトル検出部７２１は、カバードバックグラウンド領域、前景領域、および背景領域を含む評価ブロックを生成する。ステップＳ７２８において、動きベクトル検出部７２１は、評価ブロックと、注目フレームの次のフレームのカバードバックグラウンド領域を示す領域情報とマッチングをとる。
【０４３５】
例えば、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの次のフレームの領域情報のサーチエリア内の、評価ブロックと同じ大きさの領域について、評価ブロックとの誤差の自乗和を算出し、誤差の自乗和が最小となるサーチエリア内の領域を選択する。
【０４３６】
ステップＳ７２９において、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの評価ブロックの位置、および注目フレームの次のフレームのマッチングされたカバードバックグラウンド領域の位置を基に、動きベクトルを生成し、手続きは、ステップＳ７３７に進む。
【０４３７】
ステップＳ７２６において、注目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された場合、ステップＳ７３０に進み、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの領域情報を基に、注目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を判定する。
【０４３８】
ステップＳ７３０において、注目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された場合、ステップＳ７３１に進み、動きベクトル検出部７２１は、アンカバードバックグラウンド領域、前景領域、および背景領域を含む評価ブロックを生成する。ステップＳ７３２において、動きベクトル検出部７２１は、評価ブロックと、注目フレームの次のフレームのアンカバードバックグラウンド領域を示す領域情報とマッチングをとる。
【０４３９】
例えば、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの次のフレームの領域情報のサーチエリア内の、評価ブロックと同じ大きさの領域について、評価ブロックとの誤差の自乗和を算出し、誤差の自乗和が最小となるサーチエリア内の領域を選択する。
【０４４０】
ステップＳ７３３において、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの評価ブロックの位置、および注目フレームの次のフレームのマッチングされたアンカバードバックグラウンド領域の位置を基に、動きベクトルを生成し、手続きは、ステップＳ７３７に進む。
【０４４１】
ステップＳ７３０において、注目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された場合、注目画素が前景領域に属するので、ステップＳ７３４に進み、動きベクトル検出部７２１は、入力画像の注目フレームに、評価ブロックを生成する。ステップＳ７３５において、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの評価ブロックと、注目フレームの次のフレームの入力画像とのマッチングをとる。
【０４４２】
例えば、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの次のフレームの入力画像のサーチエリア内の、評価ブロックと同じ大きさの画像について、評価ブロックとの誤差の自乗和を算出し、誤差の自乗和が最小となるサーチエリア内の画像を選択する。
【０４４３】
ステップＳ７３６において、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの評価ブロックの位置と、注目フレームの次のフレームとのマッチングされた画像の位置とを基に、動きベクトルを生成し、ステップＳ７３７に進む。
【０４４４】
ステップＳ７３７において、動きベクトル検出部７２１は、注目フレームの全ての画素について動きベクトルを生成したか否かを判定し、注目フレームの全ての画素について動きベクトルを生成していないと判定された場合、ステップＳ７２３に戻り、次の注目画素を選択して、動きベクトルの生成の処理を繰り返す。
【０４４５】
ステップＳ７３７において、注目フレームの全ての画素について動きベクトルを生成したと判定された場合、ステップＳ７３８に進み、動きベクトル検出部７２１は、動きベクトルを動き方向選択部７２２に供給すると共に、動きベクトルを出力する。
【０４４６】
ステップＳ７３９において、動き方向選択部７２２は、動きベクトル検出部７２１から供給された動きベクトルを基に、動き方向を生成する。ステップＳ７４０において、動き方向選択部７２２は、生成した動き方向を出力して、処理は終了する。
【０４４７】
このように、動き方向推定部７０１は、入力画像および領域情報を基に、動きベクトルおよび動き方向を生成することができる。
【０４４８】
なお、動き方向推定部７０１は、注目フレームと注目フレームの次のフレームの画像および領域情報を使用して、動きベクトルおよび動き方向を生成すると説明したが、注目フレームと注目フレームの前のフレームの画像および領域情報を使用して、動きベクトルおよび動き方向を生成するようにしてもよい。
【０４４９】
次に、混合比算出部７０２による、混合比の算出の処理を図７１のフローチャートを参照して説明する。
【０４５０】
ステップＳ７６１において、混合比幅検出部７４１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Ｓ７６２において、混合比幅検出部７４１および直線当てはめ部７４２は、動き方向推定部７０１から供給された動き方向を取得する。
【０４５１】
ステップＳ７６３において、直線当てはめ部７４２は、注目画素を選択する。ステップＳ７６４において、直線当てはめ部７４２は、領域情報を基に、注目画素が前景領域に属するか否かを判定し、注目画素が前景領域に属すると判定された場合、ステップＳ７６５に進み、混合比αに０を設定し、ステップＳ７６９に進む。
【０４５２】
ステップＳ７６４において、注目画素が前景領域に属しないと判定された場合、ステップＳ７６６に進み、直線当てはめ部７４２は、領域情報を基に、注目画素が背景領域に属するか否かを判定し、注目画素が背景領域に属すると判定された場合、ステップＳ７６７に進み、混合比αに１を設定し、ステップＳ７６９に進む。
【０４５３】
ステップＳ７６６において、注目画素が背景領域に属しないと判定された場合、ステップＳ７６８に進み、直線当てはめ部７４２は、混合領域に属する画素の混合比αの算出の処理を実行し、処理は、ステップＳ７６９に進む。混合領域に属する画素の混合比αの算出の処理の詳細は、後述する。
【０４５４】
ステップＳ７６９において、直線当てはめ部７４２は、注目画素に対応させて、算出された混合比αを記憶する。
【０４５５】
ステップＳ７７０において、直線当てはめ部７４２は、フレーム全体について混合比αを算出したか否かを判定し、フレーム全体について混合比αを算出していないと判定された場合、ステップＳ７６３に戻り、他の注目画素を選択し、混合比αの算出の処理を繰り返す。
【０４５６】
ステップＳ７７０において、フレーム全体について混合比αを算出したと判定された場合、ステップＳ７７１に進み、直線当てはめ部７４２は、混合比αを出力して、処理は終了する。
【０４５７】
図７２のフローチャートを参照して、混合領域幅検出部７４１および直線当てはめ部７４２が実行する、ステップＳ７６８の処理に対応する、混合領域に属する画素の混合比αの算出の処理を説明する。
【０４５８】
ステップＳ７８１において、混合領域幅検出部７４１は、動き方向推定部７０１から供給された動き方向、および領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、動きベクトルの動きの方向に沿って、混合領域の幅を求める。混合領域幅検出部７４１は、混合領域の幅を混合領域幅情報として、直線当てはめ部７４２に供給する。
【０４５９】
ステップＳ７８２において、直線当てはめ部７４２は、動き方向に沿って、注目画素から、混合領域の端までの距離を求める。
【０４６０】
ステップＳ７８３において、直線当てはめ部７４２は、動き方向とは反対の方向に沿って、注目画素から、混合領域の端までの距離を求める。
【０４６１】
ステップＳ７８４において、直線当てはめ部７４２は、領域情報、および混合領域の幅と、注目画素から、混合領域の端までの距離との比を基に、混合比αを算出して、処理は終了する。
【０４６２】
このように、混合比算出部７０２は、領域特定部１０３から供給された領域情報、および動き方向推定部７０１から供給された動き方向を基に、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。
【０４６３】
図７３は、本発明に係る画像処理装置のさらに他の構成を示すブロック図である。図６４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。
【０４６４】
図７３に構成を示す画像処理装置において、動き方向は、外部から入力される。
【０４６５】
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領域情報を混合比算出部７０２および前景背景分離部１０５に供給する。
【０４６６】
混合比算出部７０２は、領域特定部１０３から供給された領域情報、および外部から供給された動き方向を基に、画素毎に混合比αを算出して、算出した混合比αを前景背景分離部１０５に供給する。
【０４６７】
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７０２から供給された混合比αを基に、前景の成分のみからなる前景成分画像と、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、前景成分画像および背景成分画像を出力する。
【０４６８】
図７４のフローチャートを参照して、図７３に構成を示す画像処理装置による、前景背景の分離の処理を説明する。
【０４６９】
ステップＳ８０１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。領域特定部１０３は、生成した領域情報を混合比算出部７０２に供給する。
【０４７０】
ステップＳ８０２において、混合比算出部７０２は、外部から入力された動き方向、および領域特定部１０３から供給された領域情報を基に、混合領域に含まれる画素毎に、混合比αを算出する。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。
【０４７１】
ステップＳ８０３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および背景の成分を抽出して、抽出した前景の成分を基に、前景成分画像を合成し、抽出した背景の成分を基に、背景成分画像を合成する。前景背景分離部１０５は、前景成分画像および背景成分画像を出力し、処理は終了する。
【０４７２】
このように、図７３に構成を示す画像処理装置は、前景と背景とを分離することができる。
【０４７３】
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。
【０４７４】
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。
【０４７５】
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。
【０４７６】
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。
【０４７７】
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。
【０４７８】
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。
【０４７９】
【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、入力画像の画素ごとの、所定フレームと、所定フレームの１つ前のフレームとの間の動きの有無、および所定フレームと、所定フレームの１つ後のフレームとの間の動きの有無に基づいて、画素が、前景となるオブジェクトを構成する前景オブジェクト成分のみからなる前景領域、背景となるオブジェクトを構成する背景オブジェクト成分のみからなる背景領域、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分が混合されてなる混合領域のうちの、前景オブジェクトの動き方向先端部側に形成されるカバードバックグラウンド領域、または前景オブジェクトの動き方向後端部側に形成されるアンカバードバックグラウンド領域の何れの領域に属するかが特定され、その特定結果を示す領域情報が生成され、注目する注目画素が属する混合領域において、注目画素がカバードバックグラウンド領域に属する場合、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、注目画素の、前景オブジェクト成分と背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比が推定され、注目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、前景オブジェクトの動き方向に沿った混合領域の幅と、前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った注目画素から混合領域の端までの距離との比率を基に、混合比が推定されるようにしたので、画像における混ざり合いの状態を知ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像処理装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】画像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の構成の一例を示すブロック図である。
【図２１】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２２】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２３】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】領域判定の条件を説明する図である。
【図２６】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２７】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】領域特定の処理を説明するフローチャートである。
【図２９】領域特定部１０３の構成の他の一例を示すブロック図である。
【図３０】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３１】背景画像の例を示す図である。
【図３２】２値オブジェクト画像抽出部３０２の構成を示すブロック図である。
【図３３】相関値の算出を説明する図である。
【図３４】相関値の算出を説明する図である。
【図３５】２値オブジェクト画像の例を示す図である。
【図３６】時間変化検出部３０３の構成を示すブロック図である。
【図３７】領域判定部３４２の判定を説明する図である。
【図３８】時間変化検出部３０３の判定の例を示す図である。
【図３９】領域判定部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４０】領域判定の処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図４１】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４２】ロバスト化部３６１の構成を説明するブロック図である。
【図４３】動き補償部３８１の動き補償を説明する図である。
【図４４】動き補償部３８１の動き補償を説明する図である。
【図４５】領域特定の処理を説明するフローチャートである。
【図４６】ロバスト化の処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図４７】混合比算出部１０４の構成を示すブロック図である。
【図４８】理想的な混合比αの例を示す図である。
【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】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５１】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５２】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５３】混合比αの算出の処理を説明する図である。
【図５４】混合比αの算出の処理を説明するフローチャートである。
【図５５】混合領域に属する画素の混合比αの算出の処理を説明するフローチャートである。
【図５６】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５７】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５８】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５９】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６０】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６１】分離部６０１の構成の一例を示すブロック図である。
【図６２】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６３】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６４】本発明に係る画像処理装置の他の構成を示すブロック図である。
【図６５】動き方向推定部７０１の構成を示すブロック図である。
【図６６】動きベクトル検出部７２１のブロックマッチングを説明する図である。
【図６７】評価ブロックを説明する図である。
【図６８】混合比算出部７０２の構成を示すブロック図である。
【図６９】前景背景分離の処理を説明するフローチャートである。
【図７０】動き方向取得の処理を説明するフローチャートである。
【図７１】混合比αの算出の処理を説明するフローチャートである。
【図７２】混合領域に属する画素の混合比αの算出の処理を説明するフローチャートである。
【図７３】本発明に係る画像処理装置のさらに他の構成を示すブロック図である。
【図７４】前景背景の分離の処理を説明するフローチャートである。
【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， ２０１ フレームメモリ， ２０２−１乃至２０２−４ 静動判定部， ２０３−１乃至２０３−３ 領域判定部， ２０４ 判定フラグ格納フレームメモリ， ２０５ 合成部， ２０６ 判定フラグ格納フレームメモリ， ３０１ 背景画像生成部， ３０２ ２値オブジェクト画像抽出部， ３０３ 時間変化検出部， ３２１ 相関値演算部， ３２２ しきい値処理部， ３４１ フレームメモリ， ３４２ 領域判定部， ３６１ ロバスト化部， ３８１ 動き補償部， ３８２ スイッチ， ３８３−１乃至３８３−Ｎ フレームメモリ、 ３８４−１乃至３８４−Ｎ 重み付け部， ３８５ 積算部， ４０１ 混合領域幅検出部， ４０２ 直線当てはめ部， 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， ７０１ 動き方向推定部， ７０２ 混合比算出部， ７２１ 動きベクトル検出部， ７２２ 動き方向選択部， ７４１ 混合領域幅検出部， ７４２ 直線当てはめ部

Claims (7)

1. 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撮像された、連続するフレームの入力画像を処理する画像処理装置において、
   前記入力画像の画素ごとの、所定フレームと、前記所定フレームの１つ前のフレームとの間の動きの有無、および前記所定フレームと、前記所定フレームの１つ後のフレームとの間の動きの有無に基づいて、前記画素が、前景となるオブジェクトを構成する前景オブジェクト成分のみからなる前景領域、背景となるオブジェクトを構成する背景オブジェクト成分のみからなる背景領域、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分が混合されてなる混合領域のうちの、前記前景オブジェクトの動き方向先端部側に形成されるカバードバックグラウンド領域、または前記前景オブジェクトの動き方向後端部側に形成されるアンカバードバックグラウンド領域の何れの領域に属するかを特定し、その特定結果を示す領域情報を生成する領域特定手段と、
   注目する注目画素が属する前記混合領域において、前記注目画素が前記カバードバックグラウンド領域に属する場合、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記注目画素の、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定し、前記注目画素が前記アンカバードバックグラウンド領域に属する場合、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記混合比を推定する混合比推定手段と
   を含むことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記前景オブジェクトの動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段をさらに含み、
   前記混合比推定手段は、前記注目画素が属する前記混合領域において、前記注目画素が前記カバードバックグラウンド領域に属する場合、前記動きベクトルの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記動きベクトルの動き方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記混合比を推定し、前記注目画素が前記アンカバードバックグラウンド領域に属する場合、前記動きベクトルの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記動きベクトルの動き方向とは反対の方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記混合比を推定する
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記前景オブジェクトの動き方向を検出する動き方向検出手段をさらに含み、
   前記混合比推定手段は、前記注目画素が属する前記混合領域において、前記注目画素が前記カバードバックグラウンド領域に属する場合、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記混合比を推定し、前記注目画素が前記アンカバードバックグラウンド領域に属する場合、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記混合比を推定する
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記動き方向検出手段は、領域情報を基に、前記注目している注目フレームにおける混合領域の位置、および前記注目フレームの近傍の近傍フレームにおける混合領域の位置を基に、動きベクトルを生成する動きベクトル生成手段を含み、
   生成した前記動きベクトルを基に、前記動き方向を検出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
5. 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撮像された、連続するフレームの入力画像を処理する画像処理装置の画像処理方法において、
   前記入力画像の画素ごとの、所定フレームと、前記所定フレームの１つ前のフレームとの間の動きの有無、および前記所定フレームと、前記所定フレームの１つ後のフレームとの間の動きの有無に基づいて、前記画素が、前景となるオブジェクトを構成する前景オブジェクト成分のみからなる前景領域、背景となるオブジェクトを構成する背景オブジェクト成分のみからなる背景領域、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分が混合されてなる混合領域のうちの、前記前景オブジェクトの動き方向先端部側に形成されるカバードバックグラウンド領域、または前記前景オブジェクトの動き方向後端部側に形成されるアンカバードバックグラウンド領域の何れの領域に属するかを特定し、その特定結果を示す領域情報を生成する領域特定ステップと、
   注目する注目画素が属する前記混合領域において、前記注目画素が前記カバードバックグラウンド領域に属する場合、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記注目画素の、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定し、前記注目画素が前記アンカバードバックグラウンド領域に属する場合、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記混合比を推定する混合比推定ステップと
   を含むことを特徴とする画像処理方法。
6. 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撮像された、連続するフレームの入力画像を処理するコンピュータに、
   前記入力画像の画素ごとの、所定フレームと、前記所定フレームの１つ前のフレームとの間の動きの有無、および前記所定フレームと、前記所定フレームの１つ後のフレームとの間の動きの有無に基づいて、前記画素が、前景となるオブジェクトを構成する前景オブジェクト成分のみからなる前景領域、背景となるオブジェクトを構成する背景オブジェクト成分のみからなる背景領域、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分が混合されてなる混合領域のうちの、前記前景オブジェクトの動き方向先端部側に形成されるカバードバックグラウンド領域、または前記前景オブジェクトの動き方向後端部側に形成されるアンカバードバックグラウンド領域の何れの領域に属するかを特定し、その特定結果を示す領域情報を生成する領域特定ステップと、
   注目する注目画素が属する前記混合領域において、前記注目画素が前記カバードバックグラウンド領域に属する場合、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記注目画素の、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定し、前記注目画素が前記アンカバードバックグラウンド領域に属する場合、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記混合比を推定する混合比推定ステップと
   を含む処理を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
7. 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撮像された、連続するフレームの入力画像を処理するコンピュータに、
   前記入力画像の画素ごとの、所定フレームと、前記所定フレームの１つ前のフレームとの間の動きの有無、および前記所定フレームと、前記所定フレームの１つ後のフレームとの間の動きの有無に基づいて、前記画素が、前景となるオブジェクトを構成する前景オブジェクト成分のみからなる前景領域、背景となるオブジェクトを構成する背景オブジェクト成分のみからなる背景領域、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分が混合されてなる混合領域のうちの、前記前景オブジェクトの動き方向先端部側に形成されるカバードバックグラウンド領域、または前記前景オブジェクトの動き方向後端部側に形成されるアンカバードバックグラウンド領域の何れの領域に属するかを特定し、その特定結果を示す領域情報を生成する領域特定ステップと、
   注目する注目画素が属する前記混合領域において、前記注目画素が前記カバードバックグラウンド領域に属する場合、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記注目画素の、前記前景オブジェクト成分と前記背景オブジェクト成分との混合の比率を示す混合比を推定し、前記注目画素が前記アンカバードバックグラウンド領域に属する場合、前記前景オブジェクトの動き方向に沿った前記混合領域の幅と、前記前景オブジェクトの動き方向とは反対の方向に沿った前記注目画素から前記混合領域の端までの距離との比率を基に、前記混合比を推定する混合比推定ステップと
   を実行させるプログラム。

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