JP4605716B2 - Multi-view image compression encoding method, apparatus, and program - Google Patents
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Description
本発明は、多視点画像圧縮符号化方法、装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a multi-view image compression encoding method, apparatus, and program.
異なる位置にあるカメラによって同時に撮影された画像(以下「多視点画像」という)の間には、視差による違いを除けば、強い相関がある。従って、これら画像を一連の映像シーケンスとみなして、動き補償(視差補償)を用いて符号化することにより、情報圧縮をすることができる(例えば特許文献1参照)。 There is a strong correlation between images simultaneously captured by cameras at different positions (hereinafter referred to as “multi-viewpoint images”), except for differences due to parallax. Accordingly, information can be compressed by regarding these images as a series of video sequences and encoding them using motion compensation (parallax compensation) (see, for example, Patent Document 1).
多視点画像間の視差補償を行う代表的な方法として、「ブロックマッチング」がある。「ブロックマッチング」を用いた視差ベクトルの検出は、以下のようにしてなされる。 “Block matching” is a typical method for performing parallax compensation between multi-viewpoint images. Detection of a disparity vector using “block matching” is performed as follows.
第1のカメラ(第1の視点)によって撮影された第1の画像を、小さなブロックに分割する。第1の画像の第1のブロックの各々を、第2のカメラ(他の視点)の第2の画像の中で平行移動させて、最も類似度が高い領域を探索する。具体的には、第1の画像の第1のブロックに対して、絶対値誤差又は2乗誤差が最小となる第2の画像の第2のブロックを探索する。そして、探索された第2のブロックと、第1のブロックとの距離量を視差ベクトルとして算出する。第1のブロックと第2のブロックとの予測誤差を符号化し、視差ベクトルを符号化データに付加することによって、その多視点画像を圧縮符号化することができる。 The first image taken by the first camera (first viewpoint) is divided into small blocks. Each of the first blocks of the first image is translated in the second image of the second camera (other viewpoint) to search for a region having the highest similarity. Specifically, the second block of the second image having the smallest absolute value error or square error is searched for the first block of the first image. Then, the distance amount between the searched second block and the first block is calculated as a disparity vector. By encoding the prediction error between the first block and the second block and adding the disparity vector to the encoded data, the multi-viewpoint image can be compression encoded.
従来のブロックマッチングは、第1の画像の中の被写体が、第2の画像の中で平行移動した場合に、ブロックをマッチングさせるものである。複数のカメラから見て、被写体の表面が、そのカメラの光軸に垂直となり、かつ、そのカメラから等距離にある場合にしか、完全なブロックマッチングをさせることができない。 Conventional block matching is to match blocks when a subject in a first image is translated in a second image. Only when the surface of the subject is perpendicular to the optical axis of the camera as viewed from a plurality of cameras and is equidistant from the camera, complete block matching can be performed.
しかしながら、複数のカメラの光軸に対して、被写体の表面が傾いている場合には、その被写体の面も異なって見える。即ち、第1の画像の第1のブロックを、第2の画像の中で平行移動させても、第1のブロックと完全にマッチングした第2のブロックを探索することはできない。第1の画像の中の被写体の形状は、第2の画像の中の被写体の形状と異なって射影されたものとなるからである。 However, when the surface of the subject is inclined with respect to the optical axes of a plurality of cameras, the surface of the subject also looks different. That is, even if the first block of the first image is translated in the second image, it is not possible to search for the second block that perfectly matches the first block. This is because the shape of the subject in the first image is different from the shape of the subject in the second image.
そこで、本発明は、複数のカメラの光軸に対して、被写体の表面が傾いている場合であっても、ブロックマッチングによって視差ベクトルを検出し、その視差ベクトルを用いた多視点画像圧縮符号化方法、装置及びプログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention detects a disparity vector by block matching even when the surface of an object is tilted with respect to the optical axes of a plurality of cameras, and performs multi-viewpoint image compression encoding using the disparity vector. It is an object to provide a method, an apparatus, and a program.
本発明によれば、光軸をZ軸に平行とする第1のカメラ及び第2のカメラが、第1の相対的位置(tx,ty,tz)(ただし、tz≠0)で配置されており、被写体を撮影した第1のカメラの第1の画像と第2のカメラの第2の画像とを用いた多視点画像圧縮符号化方法であって、
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換する第1のステップと、
被写体上の任意点を決定する第2のステップと、
任意点を、回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、任意点を、回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する第3のステップと、
第1の画像について任意点を含む第1のブロックを選択する第4のステップと、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、回転変換を加えた同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出する第5のステップと、
第1のブロックを、回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像のブロックにマッチングさせる第6のステップと、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、第5及び第6のステップを繰り返し、移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックに最も類似する第2の画像の第2のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する第7のステップと、
移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックと最も類似する第2の画像の第2のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する第8のステップと、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加する第9のステップと
を有することを特徴とする。
According to the present invention, the first camera and the second camera whose optical axes are parallel to the Z axis have the first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0). Is a multi-viewpoint image compression encoding method using a first image of a first camera and a second image of a second camera that photograph a subject,
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. A first step of applying the same rotational transformation to the camera to transform the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera;
A second step of determining an arbitrary point on the subject;
The first image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point to the first image of the first camera to which the rotation transformation is applied, and the second image of the second camera to which the arbitrary point is subjected to the rotation transformation. A third step of deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the second image;
A fourth step of selecting a first block including an arbitrary point for the first image;
A depth distance Z of any point, unit normal vector at any point of the surface of the object (n x, n y, n z) and arbitrarily determine, depth distance Z R and the unit for the same plane plus rotational transformation A fifth step of deriving normal vectors (n Rx , n Ry , n Rz );
The first block is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotation transformation is applied, and the second image is used with the first image coordinates as the origin. Based on the relative position (t Rx , t Ry , 0), the depth distance Z R , the unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and the second image coordinates (x R ′, y R ′). A sixth step of transforming with a primary transformation matrix to match a block of the second image;
The first block of the first image in which the depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ) are arbitrarily changed, and the fifth and sixth steps are repeated, moved, and deformed. Searching for a second block of a second image most similar to, and deriving a depth distance Z and unit normal vectors ( nx , ny , nz );
An eighth step of deriving and encoding a prediction error between the moved and deformed first block of the first image and the second block of the second image that is most similar;
And a ninth step of adding the derived depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ) to the encoded data.
本発明の多視点画像圧縮符号化方法における他の実施形態によれば、
第8のステップは、MPEG(Moving Picture Experts Group)の予測誤差符号化方式を用いており、
第1の画像は符号化対象ピクチャであり、第2の画像は参照ピクチャである
ことも好ましい。
According to another embodiment of the multi-view image compression encoding method of the present invention,
The eighth step uses the MPEG (Moving Picture Experts Group) prediction error encoding method,
It is also preferable that the first image is a picture to be encoded and the second image is a reference picture.
本発明によれば、光軸をZ軸に平行とする第1のカメラ及び第2のカメラが、第1の相対的位置(tx,ty,tz)(ただし、tz≠0)で配置されており、被写体を撮影した第1のカメラの第1の画像と第2のカメラの第2の画像とを用いた多視点画像圧縮符号化方法であって、
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換する第1のステップと、
被写体上の任意点を決定する第2のステップと、
任意点を、回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、任意点を、回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する第3のステップと、
第2の画像について任意点を含む第2のブロックを選択する第4のステップと、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、回転変換を加えた同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出する第5のステップと、
第1の画像を、回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像の第2のブロックにマッチングさせる第6のステップと、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、第5及び第6のステップを繰り返し、第2の画像の第2のブロックに最も類似する第1の画像の第1のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する第7のステップと、
第2の画像の第2のブロックと最も類似する第1の画像の第1のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する第8のステップと、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加する第9のステップと
を有することを特徴とする。
According to the present invention, the first camera and the second camera whose optical axes are parallel to the Z axis have the first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0). Is a multi-viewpoint image compression encoding method using a first image of a first camera and a second image of a second camera that photograph a subject,
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. A first step of applying the same rotational transformation to the camera to transform the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera;
A second step of determining an arbitrary point on the subject;
The first image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point to the first image of the first camera to which the rotation transformation is applied, and the second image of the second camera to which the arbitrary point is subjected to the rotation transformation. A third step of deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the second image;
A fourth step of selecting a second block containing an arbitrary point for the second image;
A depth distance Z of any point, unit normal vector at any point of the surface of the object (n x, n y, n z) and arbitrarily determine, depth distance Z R and the unit for the same plane plus rotational transformation A fifth step of deriving normal vectors (n Rx , n Ry , n Rz );
The first image is moved by the disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotation transformation is applied, and the first image coordinates (x R , y R ) are moved. ) As the origin, the second relative position (t Rx , t Ry , 0), the depth distance Z R , the unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ), and the second image coordinates (x R ′) , Y R ′) with a first transformation matrix to match with the second block of the second image,
Depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) while arbitrarily changed, repeating the fifth and sixth step of, first it is most similar to the second block of the
An eighth step of derived and coding prediction error between the first block of the first image that is most similar to the second block of the second image,
And a ninth step of adding the derived depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ) to the encoded data.
本発明の多視点画像圧縮符号化方法における他の実施形態によれば、
第8のステップは、MPEGの予測誤差符号化方式を用いており、
第1の画像は参照ピクチャであり、第2の画像は符号化対象ピクチャである
ことも好ましい。
According to another embodiment of the multi-view image compression encoding method of the present invention,
The eighth step uses the MPEG prediction error encoding method,
It is also preferable that the first image is a reference picture and the second image is an encoding target picture.
本発明の多視点画像圧縮符号化方法における他の実施形態によれば、
第2から第9のステップを繰り返すと共に、
その繰り返しの中で、第2のステップは、以前に第4のステップによって選択されたブロック以外の部分について前記被写体上の任意点を更に決定し、
最終的に、第1の画像及び第2の画像の全ての部分を圧縮符号化することも好ましい。
According to another embodiment of the multi-view image compression encoding method of the present invention,
While repeating the second to ninth steps ,
In the iteration, the second step further determines arbitrary points on the subject for parts other than the block previously selected by the fourth step ,
Finally, it preferred to as benzalkonium compress encoding all parts of the first and second images.
本発明の多視点画像圧縮符号化方法における他の実施形態によれば、
第1のステップについて、回転変換を表す行列は、以下のものであり、
回転変換の結果、新たな奥行き距離ZR及び新たな単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)と、任意の視点の新たな相対的位置(tRx,tRy,0)及び新たな画像座標(xR’,yR’)が得られたとし、
第6のステップについて、視差ベクトルは、以下のものであり、
For the first step, the matrix representing the rotation transformation is:
As a result of the rotation transformation, a new depth distance Z R and a new unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ), a new relative position (t Rx , t Ry , 0) of the arbitrary viewpoint, and a new Suppose that the correct image coordinates (x R ', y R ') are obtained,
For the sixth step, the disparity vector is:
本発明の多視点画像圧縮符号化方法における他の実施形態によれば、
第1のカメラ及び/又は第2のカメラの光軸がZ軸に平行でない場合に、第1のステップの前段にあって、
第1のカメラと第2のカメラの光軸がZ軸に平行となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換するステップを有することも好ましい。
According to another embodiment of the multi-view image compression encoding method of the present invention,
When the optical axis of the first camera and / or the second camera is not parallel to the Z axis,
The camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera are converted using camera internal parameters so that the optical axes of the first camera and the second camera are parallel to the Z axis. It is also preferable to have the step to do.
本発明の多視点画像圧縮符号化方法における他の実施形態によれば、
3つ以上のカメラが配置された場合であっても、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)は一定であって、
第7のステップにおいて、1つのベースカメラのブロックに対する他のカメラのブロックとの予測誤差を算出し、該予測誤差の総和が最小となる奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する
ことも好ましい。
According to another embodiment of the multi-view image compression encoding method of the present invention,
Even when three or more cameras are arranged, the depth distance Z and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) are constant,
In a seventh step, a prediction error between one base camera block and another camera block is calculated, and a depth distance Z and a unit normal vector (n x , n y , It is also preferable to derive nz ).
本発明によれば、光軸をZ軸に平行とする第1のカメラ及び第2のカメラが、第1の相対的位置(tx,ty,tz)(ただし、tz≠0)で配置されており、被写体を撮影した第1のカメラの第1の画像と第2のカメラの第2の画像とを用いた多視点画像圧縮符号化装置であって、
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換するカメラ座標系座標変換手段と、
被写体上の任意点を決定する任意点選択手段と、
任意点を、回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、該任意点を、回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する画像座標算出手段と、
第1の画像について任意点を含む第1のブロックを選択するブロック選択手段と、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、回転変換を加えた同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出するパラメータ決定手段と、
第1のブロックを、回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像のブロックにマッチングさせるブロックマッチング手段と、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、パラメータ決定手段及びブロックマッチング手段を繰り返し制御し、移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックに最も類似する第2の画像の第2のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出するマッチング制御手段と、
移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックと最も類似する第2の画像の第2のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する予測誤差符号化手段と、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加するパラメータ付加手段と
を有することを特徴とする。
According to the present invention, the first camera and the second camera whose optical axes are parallel to the Z axis have the first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0). Is a multi-viewpoint image compression encoding apparatus using a first image of a first camera and a second image of a second camera that photograph a subject.
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. Camera coordinate system coordinate conversion means for converting the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera by applying the same rotational transformation to the camera;
Arbitrary point selection means for determining an arbitrary point on the subject;
The first image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting an arbitrary point to the first image of the first camera to which the rotational transformation is applied, and the arbitrary point of the second camera to which the rotational transformation is applied. Image coordinate calculation means for deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected on the second image;
Block selection means for selecting a first block including an arbitrary point for the first image;
A depth distance Z of any point, unit normal vector at any point of the surface of the object (n x, n y, n z) and arbitrarily determine, depth distance Z R and the unit for the same plane plus rotational transformation Parameter determining means for deriving normal vectors (n Rx , n Ry , n Rz );
The first block is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotation transformation is applied, and the second image is used with the first image coordinates as the origin. Based on the relative position (t Rx , t Ry , 0), the depth distance Z R , the unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and the second image coordinates (x R ′, y R ′). Block matching means for transforming with a primary transformation matrix and matching with a block of the second image;
While arbitrarily changing the depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ), the parameter determination means and the block matching means are repeatedly controlled to move and deform the first of the first image Matching control means for searching for a second block of the second image most similar to the block and deriving a depth distance Z and a unit normal vector ( nx , ny , nz );
Prediction error encoding means for deriving and encoding a prediction error between the moved and deformed first block of the first image and the second block of the second image most similar to the first block;
Parameter addition means for adding the derived depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ) to the encoded data.
本発明の多視点画像圧縮符号化装置における他の実施形態によれば、
予測誤差符号化手段は、MPEGの予測誤差符号化方式を用いており、
第1の画像は符号化対象ピクチャであり、第2の画像は参照ピクチャである
ことも好ましい。
According to another embodiment of the multi-view image compression encoding apparatus of the present invention,
The prediction error encoding means uses the MPEG prediction error encoding method,
It is also preferable that the first image is a picture to be encoded and the second image is a reference picture.
本発明によれば、光軸をZ軸に平行とする第1のカメラ及び第2のカメラが、第1の相対的位置(tx,ty,tz)(ただし、tz≠0)で配置されており、被写体を撮影した第1のカメラの第1の画像と第2のカメラの第2の画像とを用いた多視点画像圧縮符号化装置であって、
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換するカメラ座標系座標変換手段と、
被写体上の任意点を決定する任意点選択手段と、
任意点を、回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、任意点を、回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する画像座標算出手段と、
第2の画像について任意点を含む第2のブロックを選択するブロック選択手段と、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、回転変換を加えた同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出するパラメータ決定手段と、
第1の画像を、回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像の第2のブロックにマッチングさせるブロックマッチング手段と、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、パラメータ決定手段及びブロックマッチング手段を繰り返し制御し、第2の画像の第2のブロックに最も類似する第1の画像の第1のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出するマッチング制御手段と、
第2の画像の第2のブロックと最も類似する第1の画像の第1のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する予測誤差符号化手段と、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加するパラメータ付加手段と
を有することを特徴とする。
According to the present invention, the first camera and the second camera whose optical axes are parallel to the Z axis have the first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0). Is a multi-viewpoint image compression encoding apparatus using a first image of a first camera and a second image of a second camera that photograph a subject.
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. Camera coordinate system coordinate conversion means for converting the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera by applying the same rotational transformation to the camera;
Arbitrary point selection means for determining an arbitrary point on the subject;
The first image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point to the first image of the first camera to which the rotation transformation is applied, and the second image of the second camera to which the arbitrary point is the rotation transformation. Image coordinate calculating means for deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the image of 2;
Block selecting means for selecting a second block including an arbitrary point for the second image;
A depth distance Z of any point, unit normal vector at any point of the surface of the object (n x, n y, n z) and arbitrarily determine, depth distance Z R and the unit for the same plane plus rotational transformation Parameter determining means for deriving normal vectors (n Rx , n Ry , n Rz );
The first image is moved by the disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotation transformation is applied, and the first image coordinates (x R , y R ) are moved. ) As the origin, the second relative position (t Rx , t Ry , 0), the depth distance Z R , the unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ), and the second image coordinates (x R ′) , Y R ′), a block matching means for transforming with a primary transformation matrix to match the second block of the second image;
Depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) while changing the optionally repeatedly control parameter determining means and the block matching means, most similar to the second block of the second image and matching control means for deriving a first block of the first image and search, depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) and,
And prediction error encoding means for deriving and and encodes the prediction error between the first block of the first image that is most similar to the second block of the second image,
Parameter addition means for adding the derived depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ) to the encoded data.
本発明の多視点画像圧縮符号化装置における他の実施形態によれば、
予測誤差符号化手段は、MPEGの予測誤差符号化方式を用いており、
第1の画像は参照ピクチャであり、第2の画像は符号化対象ピクチャである
ことも好ましい。
According to another embodiment of the multi-view image compression encoding apparatus of the present invention,
The prediction error encoding means uses the MPEG prediction error encoding method,
It is also preferable that the first image is a reference picture and the second image is an encoding target picture.
本発明の多視点画像圧縮符号化装置における他の実施形態によれば、
前記任意点選択手段と、前記画像座標算出手段と、前記ブロック選択手段と、パラメータ決定手段と、ブロックマッチング手段と、マッチング制御手段と、予測誤差符号化手段と、パラメータ付加手段との処理を繰り返すブロック制御手段を更に有し、
その繰り返しの中で、前記任意点選択手段は、以前に前記ブロック選択手段によって選択されたブロック以外の部分について前記被写体上の任意点を更に決定し、
最終的に、第1の画像及び第2の画像の全ての部分を圧縮符号化することも好ましい。
According to another embodiment of the multi-view image compression encoding apparatus of the present invention,
And the arbitrary point selecting means, and the previous SL image coordinate calculation unit, and said block selecting means, and parameter determining means, a block matching unit, and a matching control unit, and the prediction error encoding unit, the processing of a parameter adding means further it has a block control means for repeating,
In the repetition, the arbitrary point selecting means further determines an arbitrary point on the subject for a part other than the block previously selected by the block selecting means ,
Finally, it preferred to as benzalkonium compress encoding all parts of the first and second images.
本発明の多視点画像圧縮符号化装置における他の実施形態によれば、
カメラ座標系座標変換手段について、回転変換を表す行列は、以下のものであり、
回転変換の結果、新たな奥行き距離ZR及び新たな単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)と、任意の視点の新たな相対的位置(tRx,tRy,0)及び新たな画像座標(xR’,yR’)が得られたとし、
ブロックマッチング手段は、視差ベクトルを以下のものとし、
For the camera coordinate system coordinate transformation means, the matrix representing the rotation transformation is as follows:
As a result of the rotation transformation, a new depth distance Z R and a new unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ), a new relative position (t Rx , t Ry , 0) of the arbitrary viewpoint, and a new Suppose that the correct image coordinates (x R ', y R ') are obtained,
The block matching means uses the following disparity vectors:
本発明の多視点画像圧縮符号化装置における他の実施形態によれば、
第1のカメラ及び/又は第2のカメラの光軸がZ軸に平行でない場合に、
第1のカメラと第2のカメラの光軸がZ軸に平行となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換することも好ましい。
According to another embodiment of the multi-view image compression encoding apparatus of the present invention,
When the optical axis of the first camera and / or the second camera is not parallel to the Z axis,
The camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera are converted using camera internal parameters so that the optical axes of the first camera and the second camera are parallel to the Z axis. It is also preferable to do.
本発明の多視点画像圧縮符号化装置における他の実施形態によれば、
3つ以上のカメラが配置された場合であっても、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)は一定であって、
第7のステップにおいて、1つのベースカメラのブロックに対する他のカメラのブロックとの予測誤差を算出し、該予測誤差の総和が最小となる奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する
ことも好ましい。
According to another embodiment of the multi-view image compression encoding apparatus of the present invention,
Even when three or more cameras are arranged, the depth distance Z and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) are constant,
In a seventh step, a prediction error between one base camera block and another camera block is calculated, and a depth distance Z and a unit normal vector (n x , n y , It is also preferable to derive nz ).
本発明によれば、光軸をZ軸に平行とする第1のカメラ及び第2のカメラが、第1の相対的位置(tx,ty,tz)(ただし、tz≠0)で配置されており、被写体を撮影した第1のカメラの第1の画像と第2のカメラの第2の画像とを用いて、多視点画像を圧縮符号化するようにコンピュータを機能させる多視点画像圧縮符号化プログラムであって、
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換するカメラ座標系座標変換手段と、
被写体上の任意点を決定する任意点選択手段と、
任意点を、回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、任意点を、回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する画像座標算出手段と、
第1の画像について任意点を含む第1のブロックを選択するブロック選択手段と、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、回転変換を加えた同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出するパラメータ決定手段と、
第1のブロックを、回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像のブロックにマッチングさせるブロックマッチング手段と、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、パラメータ決定手段及びブロックマッチング手段を繰り返し制御し、移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックに最も類似する第2の画像の第2のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出するマッチング制御手段と、
移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックと最も類似する第2の画像の第2のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する予測誤差符号化手段と、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加するパラメータ付加手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
According to the present invention, the first camera and the second camera whose optical axes are parallel to the Z axis have the first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0). And a multi-viewpoint that causes the computer to function to compress and encode a multi-viewpoint image using the first image of the first camera and the second image of the second camera that photograph the subject. An image compression encoding program,
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. Camera coordinate system coordinate conversion means for converting the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera by applying the same rotational transformation to the camera;
Arbitrary point selection means for determining an arbitrary point on the subject;
The first image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point to the first image of the first camera to which the rotation transformation is applied, and the second image of the second camera to which the arbitrary point is the rotation transformation. Image coordinate calculating means for deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the image of 2;
Block selection means for selecting a first block including an arbitrary point for the first image;
A depth distance Z of any point, unit normal vector at any point of the surface of the object (n x, n y, n z) and arbitrarily determine, depth distance Z R and the unit for the same plane plus rotational transformation Parameter determining means for deriving normal vectors (n Rx , n Ry , n Rz );
The first block is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotation transformation is applied, and the second image is used with the first image coordinates as the origin. Based on the relative position (t Rx , t Ry , 0), the depth distance Z R , the unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and the second image coordinates (x R ′, y R ′). Block matching means for transforming with a primary transformation matrix and matching with a block of the second image;
While arbitrarily changing the depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ), the parameter determination means and the block matching means are repeatedly controlled to move and deform the first of the first image Matching control means for searching for a second block of the second image most similar to the block and deriving a depth distance Z and a unit normal vector ( nx , ny , nz );
Prediction error encoding means for deriving and encoding a prediction error between the moved and deformed first block of the first image and the second block of the second image most similar to the first block;
The computer is caused to function as parameter addition means for adding the derived depth distance Z and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) to the encoded data.
本発明によれば、光軸をZ軸に平行とする第1のカメラ及び第2のカメラが、第1の相対的位置(tx,ty,tz)(ただし、tz≠0)で配置されており、被写体を撮影した第1のカメラの第1の画像と第2のカメラの第2の画像とを用いて、多視点画像を圧縮符号化するようにコンピュータを機能させる多視点画像圧縮符号化プログラムであって、
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換するカメラ座標系座標変換手段と、
被写体上の任意点を決定する任意点選択手段と、
任意点を、回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、任意点を、回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する画像座標算出手段と、
第2の画像について任意点を含む第2のブロックを選択するブロック選択手段と、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、回転変換を加えた同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出するパラメータ決定手段と、
第1の画像を、回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像の第2のブロックにマッチングさせるブロックマッチング手段と、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、パラメータ決定手段及びブロックマッチング手段を繰り返し制御し、第2の画像の第2のブロックに最も類似する第1の画像の第1のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出するマッチング制御手段と、
第2の画像の第2のブロックと最も類似する第1の画像の第1のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する予測誤差符号化手段と、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加するパラメータ付加手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
According to the present invention, the first camera and the second camera whose optical axes are parallel to the Z axis have the first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0). And a multi-viewpoint that causes the computer to function to compress and encode a multi-viewpoint image using the first image of the first camera and the second image of the second camera that photograph the subject. An image compression encoding program,
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. Camera coordinate system coordinate conversion means for converting the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera by applying the same rotational transformation to the camera;
Arbitrary point selection means for determining an arbitrary point on the subject;
The first image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point to the first image of the first camera to which the rotation transformation is applied, and the second image of the second camera to which the arbitrary point is subjected to the rotation transformation. Image coordinate calculating means for deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the image of 2;
Block selecting means for selecting a second block including an arbitrary point for the second image;
A depth distance Z of any point, unit normal vector at any point of the surface of the object (n x, n y, n z) and arbitrarily determine, depth distance Z R and the unit for the same plane plus rotational transformation Parameter determining means for deriving normal vectors (n Rx , n Ry , n Rz );
The first image is moved by the disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotation transformation is applied, and the first image coordinates (x R , y R ) are moved. ) As the origin, the second relative position (t Rx , t Ry , 0), the depth distance Z R , the unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ), and the second image coordinates (x R ′) , Y R ′), a block matching means for transforming with a primary transformation matrix to match the second block of the second image;
Depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) while changing the optionally repeatedly control parameter determining means and the block matching means, most similar to the second block of the second image and matching control means for deriving a first block of the first image and search, depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) and,
And prediction error encoding means for deriving and and encodes the prediction error between the first block of the first image that is most similar to the second block of the second image,
The computer is caused to function as parameter addition means for adding the derived depth distance Z and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) to the encoded data.
本発明の多視点画像圧縮符号化方法、装置及びプログラムによれば、複数のカメラの光軸に対して、被写体の表面が傾いている場合であっても、ブロックマッチングによって視差ベクトルを検出し、その視差ベクトルを用いて多視点画像を圧縮符号化することができる。MPEGによれば、符号化対象ピクチャの第1のブロック又は参照ピクチャ自体を、任意の奥行き距離Zと、被写体の表面の法線の任意の向きnに基づいて移動及び変形をさせながらブロックマッチングをすることにより、視差ベクトルと共に、一次変換行列も検出する。第1の画像座標を原点として一次変換行列に基づいて変形させたブロック又は画像と、他方のブロックとの予測誤差を導出することにより、予測誤差のデータ量を低減し、高い効率で多視点画像を圧縮符号化することができる。 According to the multi-viewpoint image compression encoding method, apparatus, and program of the present invention, even when the surface of the subject is inclined with respect to the optical axes of a plurality of cameras, a disparity vector is detected by block matching, A multi-viewpoint image can be compression-encoded using the disparity vector. According to MPEG, block matching is performed while moving and deforming the first block of the picture to be encoded or the reference picture itself based on an arbitrary depth distance Z and an arbitrary direction n of the normal of the subject surface. By doing so, a primary transformation matrix is also detected with a parallax vector. By deriving the prediction error between the block or image deformed based on the primary transformation matrix with the first image coordinates as the origin and the other block, the data amount of the prediction error is reduced, and the multi-viewpoint image is highly efficient. Can be compression-encoded.
以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明におけるシステム構成図である。 FIG. 1 is a system configuration diagram according to the present invention.
異なる位置に配置された複数のカメラ1が、被写体3を撮影する。複数のカメラ1は、光軸をZ軸に平行として配置されている。但し、それらのカメラは、光軸に垂直な同一平面(XY平面に平行な平面)上には配置されない。即ち、前後左右に散らばって配置されている。図1によれば、9台の縦3列横3列(視点(0,0)〜(2,2))で配置されている。また、複数のカメラ1は、多視点画像圧縮符号化装置2に接続される。本発明によれば、少なくとも2つのカメラによって撮影された多視点画像を必要とする。
A plurality of
カメラ1は、被写体3を撮影した画像を多視点画像圧縮符号化装置2へ送信する。ここで、カメラ1が移動可能なものである場合、カメラ位置情報も、多視点画像圧縮符号化装置2へ送信される。勿論、多視点画像圧縮符号化装置2が、全てのカメラ位置情報を予め記憶しているものであってもよい。
The
図2は、図1のシステム構成について、複数のカメラを正面及び側面から見た配置図である。 FIG. 2 is a layout view of a plurality of cameras viewed from the front and side in the system configuration of FIG.
図2によれば、正面から見ると、等幅で縦3列横3列に配置されている。側面から見ると、カメラ(0,1)(1,1)(2,1)がz軸に対して後方に配置されている。即ち、被写体3に対して、複数のカメラ1は、y軸に対して円筒面上に配置されている。
According to FIG. 2, when viewed from the front, they are arranged in three rows and three rows in the same width. When viewed from the side, the cameras (0, 1) (1, 1) (2, 1) are arranged rearward with respect to the z-axis. That is, with respect to the
図3は、図2における各カメラから見た被写体の見え方を表す画面図である。 FIG. 3 is a screen diagram showing how the subject is seen from each camera in FIG.
図3によれば、被写体は、台形状立体である。被写体の正面に、カメラ(1,1)が位置する。カメラ(0,1)(1,1)(2,1)は、z軸に対して後方に配置されているので、被写体が少し小さく見える。また、カメラ(1,1)の前方にあり且つ左側のカメラ(1,0)から見ると、被写体が全体として大きく、且つ、左側が広がり、右側が縮小して見える。また、カメラ(1,1)の前方にあり且つ右側のカメラ(1,2)から見ると、被写体が全体として大きく、且つ、左側が縮小し、右側が広がって見える。 According to FIG. 3, the subject is a trapezoidal solid. The camera (1, 1) is located in front of the subject. Since the cameras (0, 1) (1, 1) (2, 1) are arranged rearward with respect to the z-axis, the subject looks a little small. When viewed from the left camera (1, 0) in front of the camera (1, 1), the subject appears to be large as a whole, the left side is widened, and the right side is reduced. Further, when viewed from the right camera (1, 2) in front of the camera (1, 1), the subject is large as a whole, the left side is reduced, and the right side is expanded.
同様に、カメラ(1,1)の上側のカメラ(0,1)から見ると、被写体の上側が広がり、下側が縮小して見える。カメラ(1,1)の下側のカメラ(2,1)から見ると、被写体の上側が縮小し、下側が広がって見える。 Similarly, when viewed from the camera (0, 1) above the camera (1, 1), the upper side of the subject appears to expand and the lower side appears to be reduced. When viewed from the lower camera (2, 1) of the camera (1, 1), the upper side of the subject is reduced and the lower side is expanded.
図3からも明らかなとおり、視差を考慮してブロックを移動させても、正確に一致する領域がない。従って、正しいマッチングを取ることができない。 As is clear from FIG. 3, even if the block is moved in consideration of parallax, there is no region that matches exactly. Therefore, correct matching cannot be obtained.
図4〜図6には、被写体の表面の傾きによって、各カメラによって撮影される画像を表している。 4 to 6 show images taken by each camera according to the inclination of the surface of the subject.
図4は、被写体の表面を横方向斜めに傾けた場合に、各カメラから撮影した画像である。 FIG. 4 is an image taken from each camera when the surface of the subject is inclined obliquely in the horizontal direction.
被写体は、左側が奥に、右側が手前にある。このとき、カメラ(1,1)の画像よりも、カメラ(1,1)の前方にあり且つ左側のカメラ(1,0)の画像の方が、被写体が全体として大きく、且つ、横方向に広がって見える。また、カメラ(1,1)の画像よりも、カメラ(1,1)の前方にあり且つ右側のカメラ(1,2)の画像の方が、被写体が全体として大きく、且つ、横方向に狭く見える。 The subject is on the back on the left and the front on the right. At this time, the image of the camera (1, 0) in front of the camera (1, 1) and the camera (1, 0) on the left side is larger than the image of the camera (1, 1). It seems to spread. Also, the image of the camera (1, 2) on the right side of the camera (1, 1) in front of the camera (1, 1) is larger as a whole and narrower in the lateral direction than the image of the camera (1, 1). appear.
図5は、被写体の表面を上下方向斜めに傾けた場合に、各カメラから撮影した画像である。 FIG. 5 is an image taken from each camera when the surface of the subject is tilted in the vertical direction.
被写体は、上側が奥に、下側が手前にある。このとき、カメラ(1,1)の画像よりも、カメラ(1,1)の上側のカメラ(0,1)の画像の方が、平面が縦方向に広がって見える。また、カメラ(1,1)の画像よりも、カメラ(1,1)の下側のカメラ(2,1)の画像の方が、平面が縦方向に狭く見える。 The subject has an upper side at the back and a lower side at the front. At this time, the plane of the image of the camera (0, 1) on the upper side of the camera (1, 1) appears to expand in the vertical direction than the image of the camera (1, 1). Further, the plane of the image of the camera (2, 1) below the camera (1, 1) appears narrower in the vertical direction than the image of the camera (1, 1).
図6は、被写体の表面を横方向斜めに傾けて、且つ、上下方向斜めに傾けた場合に、各カメラから撮影した画像である。即ち、図4の傾きと図5の傾きとを合わせたものである。 FIG. 6 is an image taken from each camera when the surface of the subject is tilted obliquely in the horizontal direction and tilted in the vertical direction. In other words, the slope of FIG. 4 and the slope of FIG. 5 are combined.
図3、図4〜図6に表されたように、このような見え方の差異は、複数のカメラの光軸に対して、被写体の台形状立体の側面が傾いているために生じる。本発明によれば、カメラの光軸に対して被写体の表面が傾いている場合であっても、第1のブロックと完全にマッチングした第2のブロックを探索することができる。 As shown in FIGS. 3 and 4 to 6, such a difference in appearance occurs because the side surface of the trapezoidal solid of the subject is inclined with respect to the optical axes of a plurality of cameras. According to the present invention, even when the surface of the subject is inclined with respect to the optical axis of the camera, it is possible to search for a second block that perfectly matches the first block.
図7は、2つのカメラにおける第1の相対位置関係の説明図である。 FIG. 7 is an explanatory diagram of a first relative positional relationship between the two cameras.
一般に、被写体は平面ではないため、ブロックの変形も非線形になる。しかしながら、充分に小さなブロックに着目すると、ブロック内の被写体の面は平面に近似できる。また、2つのカメラは、光軸を平行に、第1の相対的位置(tx,ty,tz)で配置される。図7によれば、被写体に対して、カメラCとカメラC’のxy平面は、異なる位置にある。従って、tz≠0である。 In general, since the subject is not a plane, the deformation of the block is also nonlinear. However, if attention is paid to a sufficiently small block, the surface of the subject in the block can be approximated to a plane. The two cameras are arranged at the first relative position (t x , t y , t z ) with the optical axes in parallel. According to FIG. 7, the xy planes of the camera C and the camera C ′ are at different positions with respect to the subject. Therefore, t z ≠ 0.
図8は、2つのカメラに回転を加えた第2の相対位置関係の説明図である。 FIG. 8 is an explanatory diagram of a second relative positional relationship in which two cameras are rotated.
本発明によれば、カメラ内部パラメータを用いて、カメラCとカメラC’に同一の回転変換を加える。この回転Rは、カメラC及びカメラC’の光軸が、カメラC及びカメラC’を通る同一平面に対して垂直となるようにする。このように、カメラCのカメラ座標系座標と、カメラC’のカメラ座標系座標とを変換する。これにより、カメラC及びカメラC’の第2の相対的位置は、(tRx,tRy,0)となる。即ち、tRz=0で表される。 According to the present invention, the same rotational transformation is applied to camera C and camera C ′ using camera internal parameters. This rotation R causes the optical axes of camera C and camera C ′ to be perpendicular to the same plane passing through camera C and camera C ′. In this way, the camera coordinate system coordinates of the camera C and the camera coordinate system coordinates of the camera C ′ are converted. As a result, the second relative positions of the camera C and the camera C ′ are (t Rx , t Ry , 0). That is, t Rz = 0.
カメラ座標系座標に回転Rを加えて、そのxy平面から被写体の任意点までの奥行き距離ZRと、近似平面の向き(単位法線ベクトル)nRとを、ブロックマッチングのパラメータとして用いる。 And the rotation R in addition to the camera coordinate system coordinates, the depth distance Z R from the xy plane to any point of the object, and orientation (the unit normal vector) n R of the approximate plane, is used as a parameter for block matching.
図9は、第1のブロックマッチングの説明図である。 FIG. 9 is an explanatory diagram of the first block matching.
予測符号化方式に、MPEGを適用する。図9によれば、符号化対象ピクチャ(第1の画像)について任意点を含む第1のブロックを選択する。次に、任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定する。そして、第1のブロックを、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR',yR')に基づく一次変換行列で変形させて、参照ピクチャのブロックにマッチングさせる。 MPEG is applied to the predictive coding method. According to FIG. 9, the first block including an arbitrary point is selected for the picture to be encoded (first image). Next, the depth distance Z of the arbitrary point and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) at the arbitrary point on the surface of the subject are arbitrarily determined. Then, the first block is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R , and the first image coordinates (x R , y R ) are set to the origin. Second relative position (t Rx , t Ry , 0), depth distance Z R , unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and second image coordinates (x R ′, y R) It is transformed with the primary transformation matrix based on ') and matched with the block of the reference picture.
図10は、第2のブロックマッチングの説明図である。 FIG. 10 is an explanatory diagram of the second block matching.
図10によれば、符号化対象ピクチャ(第2の画像)について任意点を含む第2のブロックを選択する。次に、任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定する。そして、参照ピクチャ(第1の画像)を、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR',yR')に基づく一次変換行列で変形させて、符号化対象ピクチャの第2のブロックにマッチングさせる。 According to FIG. 10 , the second block including an arbitrary point is selected for the picture to be encoded (second image). Next, the depth distance Z of the arbitrary point and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) at the arbitrary point on the surface of the subject are arbitrarily determined. Then, the reference picture (first image) is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R , and the first image coordinates (x R , y R ) as the origin, second relative position (t Rx , t Ry , 0), depth distance Z R , unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and second image coordinates (x R The first transformation matrix based on ', y R ') is transformed to match with the second block of the picture to be encoded.
以下では、ブロック又は画像の移動及び変形となる一次変換行列の導出過程を詳細に説明する。 Hereinafter, a process of deriving a primary transformation matrix that is a movement or deformation of a block or image will be described in detail.
最初に、カメラの内部パラメータ(内部カメラ行列)Aは、以下の式で表される。この値は、既知であるとする。
θ=π/2:座標軸の角度
u0、v0:画像中心
First, an internal parameter (internal camera matrix) A of the camera is expressed by the following equation. This value is assumed to be known.
θ = π / 2: Coordinate axis angle u 0 , v 0 : Image center
カメラCのカメラ座標系を平行移動(相対的位置t)させて、カメラC’のカメラ座標系が得られる。tは、カメラの外部パラメータの1つであり、カメラCのカメラ座標系に対するカメラC’の変位ベクトルを表す。カメラC及びC’は、光軸を平行に配置される。また、カメラCのカメラ座標系に対するカメラC’の相対的位置ベクトルtは、z軸成分を必ず非0とする(tZ≠0)。
カメラCのカメラ座標系座標と、カメラC’のカメラ座標系座標との間には、以下の関係が成り立つ。即ち、カメラCのカメラ座標系座標が、カメラの外部パラメータを通じて、カメラC’のカメラ座標系座標に変換される。
M=M’+t 式(2)
M:カメラCにおける被写体の任意点Pのカメラ座標系座標
M’:カメラC’における被写体の任意点Pのカメラ座標系座標
M = M ′ + t Formula (2)
M: Camera coordinate system coordinates of the arbitrary point P of the subject in the camera C M ′: Camera coordinate system coordinates of the arbitrary point P of the subject in the camera C ′
ここで、被写体の近似平面πに対して、カメラC’のカメラ座標系では以下の式が成り立つ。
nTM’=d 式(5)
n(|n|=1):カメラC’のカメラ座標系における平面の法線ベクトル
n T M ′ = d Formula (5)
n (| n | = 1): normal vector of the plane in the camera coordinate system of the camera C ′
次に、任意点Pのディジタル画像座標を、以下のようにする。
m:カメラCにおける任意点Pのディジタル画像座標
m’:カメラC’における任意点Pのディジタル画像座標
m: digital image coordinates of an arbitrary point P in the camera C m ′: digital image coordinates of the arbitrary point P in the camera C ′
また、任意点Pの正規化画像座標を、以下のようにする。「正規化画像」とは、画像平面が焦点から単位長のところにあるカメラ(正規化カメラ)で撮影したと仮定した場合の画像をいう。正規化画像における任意点の座標を、「正規化画像座標」という。
x:任意点PのカメラCにおける正規化画像座標
x’:任意点PのカメラC’における正規化画像座標
x: Normalized image coordinates of the arbitrary point P in the camera C x ′: Normalized image coordinates of the arbitrary point P in the camera C ′
これにより、以下の中心射影変換が成立する。
次に、式(9)に式(7)及び式(3)を代入すると、以下の式が導出される。
両辺の3行目を比較すると、s=Zが導かれる。 Comparing the third row on both sides leads to s = Z.
これを式(9)に代入すると、以下の式が導出される。
一方で、式(10)に式(2)を代入すると、以下の式が成立する。
式(1)、式(3)、式(4)、及び式(8)を代入して、以下の式が導出される。
両辺の3行目を比較すると、s’=Z’=Z−tzが導出される。 When comparing the third row on both sides, s ′ = Z ′ = Z− tz is derived.
これを式(10)に代入すると、以下の式が導出される。
次に、カメラCのカメラ座標系を回転変換し、tを、それをXY平面に正射影したベクトルtxyの方向に一致させることを考える。但し、txyは、以下のようになる。
一般に、単位ベクトルrを回転軸とする角度θの回転を表す行列Rは、Rodriguesの公式により、以下のように表される。
ここで、以下のものである。
rは、t及びtxyと直交するので、以下の式になる。
回転角度をθとすると、以下の式となる。
以上より、式(14)及び式(15)を式(13)に代入すると、求める回転変換行列は、以下のようになる。
同様に、逆変換の行列は、以下のようになる。
回転変換行列Rを用いて、平行移動ベクトルt、近似平面πの単位法線ベクトルnを回転変換する。回転変換した結果をそれぞれ、tR、nRとおくと、以下のようになる。
回転変換後のカメラCのカメラ座標系座標と、回転変換後のカメラC’のカメラ座標系座標との間には、以下の関係が成り立つ。即ち、カメラCのカメラ座標系座標が、カメラの外部パラメータを通じて、カメラC’のカメラ座標系座標に変換される。
MR=MR’+tR 式(20)
MR:回転変換後のカメラCにおける被写体の任意点Pのカメラ座標系座標
MR’:回転変換後のカメラC’における被写体の任意点Pのカメラ座標系座標
M R = M R '+ t R formula (20)
M R : Camera coordinate system coordinates of the arbitrary point P of the subject in the camera C after rotation conversion M R ′: Camera coordinate system coordinates of the arbitrary point P of the subject in the camera C ′ after rotation conversion
ここで、被写体の近似平面πに対して、回転変換後のカメラC’のカメラ座標系では、近似平面πとカメラC’との距離dの値は回転変換によって不変であるから、以下の式が成り立つ。
nR TMR’=d 式(23)
∴nR TMR’/d=1 式(24)
Here, in the camera coordinate system of the camera C ′ after rotation conversion with respect to the approximate plane π of the subject, the value of the distance d between the approximate plane π and the camera C ′ is not changed by rotation conversion. Holds.
n R T M R '= d Equation (23)
∴n R T M R '/ d = 1 Equation (24)
式(24)を、式(20)に代入すると、以下の平面射影変換の式が得られる。
Hをホモグラフィ行列とすると、以下のようになる。
次に、任意点Pのディジタル画像座標を、以下のようにする。
mR:回転変換後のカメラCにおける任意点Pのディジタル画像座標
mR’:回転変換後のカメラC’における任意点Pのディジタル画像座標
m R : digital image coordinates of the arbitrary point P in the camera C after the rotation conversion m R ': digital image coordinates of the arbitrary point P in the camera C' after the rotation conversion
また、任意点Pの正規化画像座標を、以下のようにする。
xR:回転変換後の任意点PのカメラCにおける正規化画像座標
xR’:回転変換後の任意点PのカメラC’における正規化画像座標
x R : normalized image coordinates of the arbitrary point P after rotation conversion in the camera C x R ′: normalized image coordinates of the arbitrary point P after rotation conversion in the camera C ′
これにより、中心射影変換として、以下の式が成立する。
式(28)に式(26)及び式(21)式を代入すると、以下の式が導出される。
両辺の3行目を比較すると、sR=ZRが導かれる。 Comparing the third row on both sides leads to s R = Z R.
これを式(28)に代入すると、以下の式が導出される。
一方で、式(29)に式(20)を代入すると、以下の式が成立する。
式(21)、式(22)、式(1)、式(18)及び式(27)を代入して、以下の式を導出する。
両辺の3行目を比較すると、
sR’=ZR’=ZR 式(41)
が導かれる。
Comparing the third row on both sides,
s R '= Z R ' = Z R formula (41)
Is guided.
これを、式(29)に代入すると、以下の式が成立する。
従って、式(23)に代入すると、以下の式が成立する。
式(19)及び式(27)を代入すると、以下の式が成立する。
d=ZR(nRxxR’+nRyyR’+nRz) 式(31)
Substituting Equation (19) and Equation (27), the following equation is established.
d = Z R (n Rx x R '+ n Ry y R' + n Rz) formula (31)
式(31)を式(13)に代入すると、以下の式が導出される。
また、xとxRの変換式、及び、x’とxR’の変換式を求める。簡単のため、以下のように定義する。
そうすると、式(11)より、以下のようになる。
両辺の3行目を比較すると、以下の式となる。
これにより、以下の式が成立する。
また、式(32)に式(41)を代入すると、以下の式となり、Z,t,x’,y’からZRが導出できる。
ここで、式(40)において、カメラ座標系座標MR及びMR’に代えて、正規化画像座標xR及びxR’を用いると、以下の変換式が得られる。
両辺の3行目を比較すると、sR=1が導かれる。 Comparing the third row on both sides leads to s R = 1.
これを式(35)に代入すると、以下の式が成立する。
更に、ディジタル画像座標mR及びmR’を用いると、以下の変換式が得られる。
正規化画像座標系における視差ベクトルをDとすると、以下の式が成り立つ。
右辺及び左辺の差を求めると、以下の式が成り立つ。
回転変換した第2の画像の第2のブロックについて、回転変換した第1の画像の中を、以下のDの平行移動をさせて、第1の画像座標(xR,yR)を原点として以下のLの一次変換行列で変形をさせることにより、第2のブロックに最も類似するような、第1の画像のブロックを探索する。一次変換行列によれば、視差ベクトルと、被写体の(平面に近似された)面の傾きとに基づいてブロックを変形し、ブロックマッチングをすることができる。 For the second block of the rotation-converted second image, the following D translation is performed in the rotation-converted first image, and the first image coordinates (x R , y R ) are used as the origin. A block of the first image that is most similar to the second block is searched by transforming with the following L linear transformation matrix. According to the primary transformation matrix, block matching can be performed by deforming a block based on the parallax vector and the inclination of the surface of the subject (approximate to a plane).
ここで、参照ピクチャと符号化対象ピクチャとを圧縮符号化する方法を説明する。 Here, a method of compressing and encoding the reference picture and the encoding target picture will be described.
最初に、符号化対象ピクチャを、画面内予測符号化する。次に、参照ピクチャを複数のブロックに分割し、各ブロックに対して前述の平行移動D及び一次変換行列Lに基づいて、第1の画像座標(x,y)を原点として変形させる。そして、予測誤差が最小となる参照ピクチャのブロック(参照ブロック)を求め、その際の平行移動ベクトルDと一次変換行列L(即ち、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz))を導出する。ここで、当該ブロックと、変形した参照ブロックとを比較して予測誤差を算出するために、変形した参照ブロックを線形補間等によって補間し、当該ブロックの各画素と比較するための対応する画素値を算出する。例えば、線形補間を用いる場合は、図Xの点Xの画素値は、周辺4点(A,B,C,D)の画素値を用いて、以下の式から求める。
X=(1−dx)(1−dy)A+dx(1−dy)B+(1−dy)dyC+dxdyD
First, the picture to be encoded is subjected to intra prediction encoding. Next, the reference picture is divided into a plurality of blocks, and each block is deformed with the first image coordinates (x, y) as the origin, based on the translation D and the primary transformation matrix L described above. Then, a block of the reference picture (reference block) that minimizes the prediction error is obtained, and the translation vector D and the primary transformation matrix L (that is, the depth distance Z and the unit normal vector ( nx , ny , n) at that time are obtained. z )) is derived. Here, in order to compare the block with the modified reference block and calculate a prediction error, the modified reference block is interpolated by linear interpolation or the like, and the corresponding pixel value for comparison with each pixel of the block Is calculated. For example, when linear interpolation is used, the pixel value at the point X in FIG. X is obtained from the following equation using the pixel values at the four surrounding points (A, B, C, D).
X = (1-dx) (1-dy) A + dx (1-dy) B + (1-dy) dyC + dxdyD
最後に、予測誤差を圧縮符号化し、奥行き距離Z(又は平行移動ベクトルD)と単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化する。 Finally, the prediction error is compression-encoded, and the depth distance Z (or translation vector D) and the unit normal vector (n x , n y , n z ) are encoded.
但し、第1の画像の参照ブロックとの予測誤差を符号化するよりも、第2の画像の中で画面内予測符号化する方が、圧縮効率が高くなる場合は、第2の画像の中で画面内予測符号化をする。 However, if the compression efficiency is higher in the second image than in the case of encoding the prediction error with the reference block of the first image in the second image, In-screen predictive coding.
以下では、具体的な実施例を説明する。 Hereinafter, specific examples will be described.
第1に、同一平面上に無い2台のカメラの画像に対してブロックマッチングを行う場合の実施例を示す。 First, an example in which block matching is performed on images of two cameras that are not on the same plane will be described.
カメラの内部パラメータA及び相対的位置ベクトルtは、事前に得られていることが前提である。簡単のため、以下のように定義する。
この相対的位置ベクトルtは、2台のカメラが半径Rの円周上に角度θだけ離れて設置してある状況に相当する。 This relative position vector t corresponds to a situation in which two cameras are installed on the circumference of radius R by an angle θ.
まず、カメラCの画像の中の点M0に着目する。点M0のディジタル画像座標m0が、以下の値であったとする。
そこで、正規化画像座標に変換する。点M0の正規化画像座標x0は、以下の値になる。
同様にして、カメラCの画像及びカメラC’の画像を、ディジタル画像座標から正規化画像座標に変換する。 Similarly, the image of the camera C and the image of the camera C ′ are converted from the digital image coordinates to the normalized image coordinates.
次に、カメラCの画像及びカメラC’の画像を回転変換する。回転変換行列は、式(16)に基づくと、下記の通りである。
相対的位置ベクトルは、式(18)に基づき、下記のベクトルに変換される。
式(33)に基づき、回転変換する。例えば、点M0は下記の点MR0に変換される。
点M0を左上端とする、大きさW×Hのブロックで探索を行うとする。 It is assumed that the search is performed with a block of size W × H having the point M 0 as the upper left corner.
本発明によれば、法線ベクトル(nx、ny、nz)及び奥行き距離Zを、任意に変化させてブロックマッチングを行う。例えば、nx=0、ny=1、nz=0、Z=R/2の時、回転変換された座標系における、奥行き距離、法線ベクトルは、式(32)及び式(19)を用いて、以下のようになる。
従って、この時の視差ベクトルD0は、式(37)より、以下のようになる。
また、この時の一次変換行列L0は、式(38)より、以下のようになる。
このとき、ブロックマッチングの誤差が最小であったならば、D0及びL0が目的の視差ベクトルと一次変換行列であることになる。 At this time, if the error of the block matching is the minimum, D 0 and L 0 are the target disparity vector and the primary transformation matrix.
第2に、同一平面上にあるK台のカメラの画像に対してブロックマッチングを行う場合の実施例を示す。 Second, an example in which block matching is performed on images of K cameras on the same plane will be described.
カメラの内部パラメータA及び相対的位置ベクトルtk(第0カメラをベースカメラとして、第0カメラに対する第kカメラの相対的位置ベクトルを示す。k=1〜K−1)は、事前に得られていることが前提である。簡単のため、以下のようであったとする。
この相対的位置ベクトルtkは、K台のカメラがX軸上にΔ間隔で設置してある状況に相当する。 This relative position vector t k corresponds to a situation in which K cameras are are installed at Δ intervals on the X axis.
まず、第0カメラの画像の中の点M0に着目する。点M0のディジタル画像座標m0が、以下の値であったとする。
そこで、正規化画像座標に変換する。点M0の正規化画像座標x0は、以下の値になる。
同様にして、他のK−1台のカメラの画像を、ディジタル画像座標から正規化画像座標に変換する。 Similarly, the images of the other K-1 cameras are converted from digital image coordinates to normalized image coordinates.
本発明によれば、法線ベクトル(nx、ny、nz)及び奥行き距離Zを、任意に変化させてブロックマッチングを行う。例えば、nx=nx0、ny=ny0、nz=nz0、Z=Z0の時、第0カメラの画像の中の点M0に対する第kカメラの画像の対応点の視差ベクトルDkは、以下のようになる。
また、第0カメラの画像の中のブロックに対する第kカメラの画像の中のブロックの一次変換行列Lkは、以下のようになる。
ここで、法線ベクトル(nx、ny、nz)及び奥行き距離Zは固定したまま(nx=nx0、ny=ny0、nz=nz0、Z=Z0)で、各カメラにおいて、Dkに基づいて平行移動しLkに基づいて一次変換したブロックを比較し、両者(第0カメラの画像と第kカメラの画像の中の対応するブロック同士)の差分を評価する。例えば、最小自乗誤差を求める。 Here, in the normal vector (n x, n y, n z) and depth distance Z remains fixed (n x = n x0, n y = n y0, n z = n z0, Z = Z 0), In each camera, the blocks that are translated based on D k and linearly converted based on L k are compared, and the difference between the two (corresponding blocks in the 0th camera image and the kth camera image) is evaluated. To do. For example, the least square error is obtained.
第0カメラの画像と第kカメラの画像の中の対応するブロック同士の差分の評価値をdkとおく。この時、法線ベクトルと奥行き距離の各組合せに対して、以下のように算出する。
このSを最小化する、法線ベクトルと奥行き距離の組合せが、目的の視差ベクトルと一次変換行列であることになる。 The combination of the normal vector and the depth distance that minimizes S is the target disparity vector and the primary transformation matrix.
第3に、同一平面上に無いK台のカメラの画像に対してブロックマッチングを行う場合の実施例を示す。 Third, an embodiment in which block matching is performed on images of K cameras not on the same plane will be described.
カメラの内部パラメータA及び相対的位置ベクトルtk(第0カメラをベースカメラとして、第0カメラに対する第kカメラの相対的位置ベクトルを示す。k=1〜K−1)は、事前に得られていることが前提である。簡単のため、以下のようであったとする。
この相対的位置ベクトルtkは、K台のカメラが半径Rの円周上に角度Θ間隔で設置してある状況に相当する。 This relative position vector t k corresponds to a situation in which K cameras are are installed at an angle Θ intervals on the circumference of radius R.
まず、第0カメラの画像の中の点M0に着目する。点M0のディジタル画像座標m0が、以下の値であったとする。
そこで、正規化画像座標に変換する。点M0の正規化画像座標x0は、以下の値になる。
同様にして、他のK−1台のカメラの画像を、ディジタル画像座標から正規化画像座標に変換する。 Similarly, the images of the other K-1 cameras are converted from digital image coordinates to normalized image coordinates.
次に、K台のカメラの画像を回転変換する。第0カメラと第kカメラの組合せにおける回転変換行列は、式(16)に基づくと、以下のようになる。
第0カメラと第kカメラの組合せにおける相対的位置ベクトルは、式(18)に基づき、下記のベクトルに変換される。
式(33)に基づき、回転変換する。例えば、点M0は下記の点Mkに変換される。
点M0を左上端とするブロックで探索を行うとする。 And performing a search block of a point M 0 and the upper left corner.
本発明によれば、法線ベクトル(nx、ny、nz)及び奥行き距離Zを、任意に変化させてブロックマッチングを行う。例えば、nx=0、ny=1、nz=0、Z=R/2の時、第0カメラと第kカメラの組合せで回転変換された座標系における、奥行き距離、法線ベクトルは、式(32)及び式(19)を用いて、以下のようになる。
従って、この時の第0カメラと第kカメラの組合せにおける視差ベクトルDkは、式(37)より、以下のようになる。
また、この時の第0カメラと第kカメラの組合せにおける一次変換行列Lkは、式(38)より、以下のようになる。
ここで、法線ベクトル(nx、ny、nz)及び奥行き距離Zは固定したまま(nx=0、ny=1、nz=0、Z=R/2)で、各カメラにおいて、Dkに基づいて平行移動しLkに基づいて一次変換したブロックを比較し、両者(第0カメラの画像と第kカメラの画像の中の対応するブロック同士)の差分を評価する。例えば、最小自乗誤差を求める。 Here, the normal vector (n x, n y, n z) in and remain depth distance Z was fixed (n x = 0, n y = 1, n z = 0, Z = R / 2), the cameras , The blocks that have been translated based on D k and linearly transformed based on L k are compared, and the difference between the two (corresponding blocks in the image of the 0th camera and the image of the kth camera) is evaluated. For example, the least square error is obtained.
第0カメラの画像と第kカメラの画像の中の対応するブロック同士の差分の評価値をdkとおく。この時、法線ベクトルと奥行き距離の各組合せに対して、以下のように算出する。
このSを最小化する、法線ベクトルと奥行き距離の組合せが、目的の視差ベクトルと一次変換行列であることになる。 The combination of the normal vector and the depth distance that minimizes S is the target disparity vector and the primary transformation matrix.
このとき、ブロックマッチングの誤差が最小であったならば、D0及びL0が目的の視差ベクトルと一次変換行列であることになる。 At this time, if the error of the block matching is the minimum, D 0 and L 0 are the target disparity vector and the primary transformation matrix.
図11は、2つのカメラによる変形ブロックマッチングの説明図である。 FIG. 11 is an explanatory diagram of modified block matching by two cameras.
図11によれば、各画像について1対1の組み合わせによって、独立に変形ブロックマッチングをする。この場合、組み合わせ毎に、異なる奥行き距離と法線ベクトルとが必要となり、大きい計算量を要する。 According to FIG. 11, the deformed block matching is independently performed for each image by a one-to-one combination. In this case, a different depth distance and normal vector are required for each combination, and a large amount of calculation is required.
図12は、3つ以上のカメラによる変形ブロックマッチングの説明図である。 FIG. 12 is an explanatory diagram of modified block matching using three or more cameras.
図12によれば、1つのベースカメラのブロックに対する他のカメラのブロックとの予測誤差を算出し、その予測誤差の総和が最小となる奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する。1組の奥行き距離及び法線ベクトルによって、全ての画像の対応ブロックのマッチングをとることができる。 According to FIG. 12, the prediction error between one base camera block and another camera block is calculated, and the depth distance Z and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) is derived. With a set of depth distances and normal vectors, matching of the corresponding blocks of all images can be achieved.
図13は、本発明におけるフローチャートである。尚、図13は、図9のマッチングに基づいて説明する。 FIG. 13 is a flowchart in the present invention. FIG. 13 will be described based on the matching of FIG.
(S901)全てのカメラの位置情報を取得する。全てのカメラは、光軸を平行に且つ該光軸に垂直な同一平面上に配置されている。従って、第1のカメラに対する第2のカメラの世界座標系の第1の相対的位置(tx,ty,tz)を取得する。カメラは、移動可能なものであってもよい。カメラ自体が、例えばGPS等の測位機能を備えている場合、その位置情報を受信する。尚、カメラが固定なものであれば、その位置情報は予め登録されているものであってもよい。 (S901) The position information of all cameras is acquired. All the cameras are arranged on the same plane parallel to the optical axis and perpendicular to the optical axis. Accordingly, the first relative position (t x , t y , t z ) of the world coordinate system of the second camera with respect to the first camera is acquired. The camera may be movable. When the camera itself has a positioning function such as GPS, the position information is received. If the camera is fixed, the position information may be registered in advance.
(S902)全てのカメラの画像を取得する。ここで、第1のカメラ及び/又は第2のカメラの光軸がZ軸に平行でない場合に、第1のカメラと第2のカメラの光軸がZ軸に平行となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換する。 (S902) All the camera images are acquired. Here, when the optical axes of the first camera and / or the second camera are not parallel to the Z axis, the optical axes of the first camera and the second camera are parallel to the Z axis. Using the parameters, the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera are transformed.
(S903)第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換する。回転変換を表す行列は、以下のものである。
(S904)被写体上の任意点を決定する。
(S905)任意点を、回転変換を加えた符号化対象ピクチャに射影した第1の画像座標(x,y)と、該任意点を、回転変換を加えた参照ピクチャに射影した第2の画像座標(x',y')とを導出する。ここで、任意点の画像座標は、正規化画像座標である。
(S906)符号化対象ピクチャについて任意点を含む第1のブロックを選択する。
(S904) An arbitrary point on the subject is determined.
(S905) First image coordinates (x, y) obtained by projecting an arbitrary point to the encoding target picture to which rotation transformation has been applied, and a second image obtained by projecting the arbitrary point to a reference picture to which rotation transformation has been applied. The coordinates (x ′, y ′) are derived. Here, the image coordinates of an arbitrary point are normalized image coordinates.
(S906) A first block including an arbitrary point is selected for the current picture.
(S907)以下、S907〜S910を繰り返す。
(S908)任意点の奥行き距離Zを任意に決定する。
(S909)被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に決定する。
(S907) Hereinafter, S907 to S910 are repeated.
(S908) The depth distance Z of an arbitrary point is arbitrarily determined.
(S909) unit normal vector at any point of the surface of the object (n x, n y, n z) arbitrarily determined.
(S910)ここで、回転変換の結果、新たな奥行き距離ZR及び新たな単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)と、任意の視点の新たな相対的位置(tRx,tRy,0)及び新たな画像座標(xR',yR')が得られたとする。そうすると、視差ベクトルは、以下のものとなる。
第1のブロックを、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR',yR')に基づく一次変換行列で変形させて、参照ピクチャのブロックにマッチングさせる。 The first block is moved with a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R , and the first image coordinates (x R , y R ) are used as the origin, Second relative position (t Rx , t Ry , 0), depth distance Z R , unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and second image coordinates (x R ′, y R ′) Is transformed with a primary transformation matrix based on the above and matched with a block of a reference picture.
(S911)奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、S906〜S909を繰り返す。そして、移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックに最も類似する第2の画像の第2のブロックを探索する。結果的に、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する。 (S911) depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) while arbitrarily changed, repeated S906~S909. Then, the second block of the second image that is most similar to the first block of the first image that has been moved and deformed is searched for. As a result, the depth distance Z and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) are derived.
(S912)移動させ且つ変形させた符号化対象ピクチャの第1のブロックと最も類似する参照ピクチャの第2のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する。予測誤差の符号化方式は、MPEGに規定された一般的なものである。
(S913)奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を、符号化データに付加する。
(S912) Deriving and encoding a prediction error between the moved and transformed first block of the current picture to be encoded and the second block of the reference picture that is most similar. The encoding method of the prediction error is a general one defined in MPEG.
(S913) depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) and adding it to the encoded data.
(S914)符号化対象ピクチャの第1のブロック以外の部分について被写体上の任意点を更に決定し、S904〜S913を繰り返す。 (S914) An arbitrary point on the subject is further determined for a portion other than the first block of the picture to be encoded, and S904 to S913 are repeated.
図14は、本発明における多視点画像圧縮符号化装置の機能構成図である。 FIG. 14 is a functional configuration diagram of the multi-viewpoint image compression coding apparatus according to the present invention.
図14によれば、多視点画像圧縮符号化装置2は、位置情報取得部21と、画像取得部22と、カメラ座標系座標変換部203と、任意点選択部204と、正規化画像座標導出部205と、ブロック選択部206と、ブロックマッチング部207と、パラメータ決定部208と、マッチング制御部209と、ブロック制御部210と、予測誤差符号化部211と、パラメータ付加部212とを有する。これら機能部は、コンピュータによって実行されるプログラムによっても実現できる。
According to FIG. 14, the multi-viewpoint image
位置情報取得部21は、全てのカメラの位置情報を取得する。前述した図13のS901と同様の機能を有する。 The position information acquisition unit 21 acquires position information of all cameras. It has the same function as S901 in FIG.
画像取得部22は、全てのカメラから同期した画像を取得する。前述した図13のS902と同様の機能を有する。 The image acquisition unit 22 acquires synchronized images from all cameras. It has the same function as S902 in FIG. 13 described above.
カメラ座標系座標変換部203は、第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換する。前述した図13のS903と同様の機能を有する。
The camera coordinate system coordinate
任意点選択部204は、被写体上の任意点を決定する。任意点選択部204は、ブロック制御部210からの指示に応じて、第1の画像の第1のブロック以外の部分について被写体上の任意点を更に決定する。前述した図13のS904と同様の機能を有する。
The arbitrary
正規化画像座標導出部205は、任意点を、回転変換を加えた第1の画像に射影した第1の正規化画像座標(x,y)と、任意点を、回転変換を加えた第2の画像に射影した第2の正規化画像座標(x',y')とを導出する。前述した図13のS905と同様の機能を有する。
The normalized image coordinate deriving
ブロック選択部206は、第1の画像について任意点を含む第1のブロックを選択する。前述した図13のS906と同様の機能を有する。
The
ブロックマッチング部207は、第1のブロックを、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR',yR')に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像のブロックにマッチングさせる。前述した図13のS910と同様である。
The
尚、ブロック選択部206が、第2の画像について任意点を含む第2のブロックを選択する場合、ブロックマッチング部207は、第1の画像を、視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として一次変換行列で変形させて、第2の画像の第2のブロックにマッチングさせる。
When the
パラメータ決定部208は、任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定する。前述した図13のS908及びS909と同様である。
The
マッチング制御部209は、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、パラメータ決定手段及びブロックマッチング手段を繰り返し制御し、移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックに最も類似する第2の画像の第2のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する。前述した図13のS907及びS911と同様である。
The matching
ブロック制御部210は、任意点について、正規化画像座標算出部205と、パラメータ決定部208と、ブロックマッチング部207と、マッチング制御部209と、予測誤差符号化部211と、パラメータ付加部212とを繰り返す。最終的に、第1の画像及び第2の画像の全ての部分を圧縮符号化する。前述した図13のS904及びS914と同様である。
The
予測誤差符号化部211は、移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックと最も類似する第2の画像の第2のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する。前述した図13のS912と同様である。
The prediction
パラメータ付加部212は、導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を、符号化データに付加する。前述した図13のS913と同様である。
The
以上、詳細に説明したように、本発明の多視点画像圧縮符号化方法、装置及びプログラムによれば、複数のカメラの光軸に対して、被写体の表面が傾いている場合であっても、ブロックマッチングによって視差ベクトルを検出し、その視差ベクトルを用いて多視点画像を圧縮符号化することができる。MPEGによれば、符号化対象ピクチャの第1のブロック又は参照ピクチャ自体を、任意の奥行き距離Zと、被写体の表面の法線の任意の向きnに基づいて移動及び変形をさせながらブロックマッチングをすることにより、視差ベクトルと共に、一次変換行列も検出する。第1の画像座標を原点として一次変換行列に基づいて変形させたブロック又は画像と、他方のブロックとの予測誤差を導出することにより、予測誤差のデータ量を低減し、高い効率で多視点画像を圧縮符号化することができる。 As described above in detail, according to the multi-view image compression encoding method, apparatus, and program of the present invention, even when the surface of the subject is inclined with respect to the optical axes of a plurality of cameras, A parallax vector can be detected by block matching, and a multi-viewpoint image can be compression-encoded using the parallax vector. According to MPEG, block matching is performed while moving and deforming the first block of the picture to be encoded or the reference picture itself based on an arbitrary depth distance Z and an arbitrary direction n of the normal of the subject surface. By doing so, a primary transformation matrix is also detected with a parallax vector. By deriving the prediction error between the block or image deformed based on the primary transformation matrix with the first image coordinates as the origin and the other block, the data amount of the prediction error is reduced, and the multi-viewpoint image is highly efficient. Can be compression-encoded.
前述した本発明における種々の実施形態によれば、当業者は、本発明の技術思想及び見地の範囲における種々の変更、修正及び省略を容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。 According to the various embodiments of the present invention described above, those skilled in the art can easily make various changes, modifications and omissions within the scope of the technical idea and the viewpoint of the present invention. The above description is merely an example, and is not intended to be restrictive. The invention is limited only as defined in the following claims and the equivalents thereto.
1 カメラ
2 多視点画像圧縮符号化装置
201 位置情報取得部
202 画像取得部
203 カメラ座標系座標変換部
204 任意点選択部
205 正規化画像座標導出部
206 ブロック選択部
207 ブロックマッチング部
208 パラメータ決定部
209 マッチング制御部
210 ブロック制御部
211 予測誤差符号化部
212 パラメータ付加部
3 被写体
DESCRIPTION OF
Claims (18)
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換する第1のステップと、
被写体上の任意点を決定する第2のステップと、
前記任意点を、前記回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、前記任意点を、前記回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する第3のステップと、
第1の画像について任意点を含む第1のブロックを選択する第4のステップと、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、前記回転変換を加えた前記同一平面に対する奥行き距離ZR’と単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出する第5のステップと、
第1のブロックを、前記回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像のブロックにマッチングさせる第6のステップと、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、第5及び第6のステップを繰り返し、移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックに最も類似する第2の画像の第2のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する第7のステップと、
移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックと最も類似する第2の画像の第2のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する第8のステップと、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加する第9のステップと
を有することを特徴とする多視点画像圧縮符号化方法。 A first camera and a second camera having an optical axis parallel to the Z axis are arranged at a first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0); A multi-viewpoint image compression encoding method using a first image of a first camera and a second image of a second camera that photograph a subject,
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. A first step of applying the same rotational transformation to the camera to transform the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera;
A second step of determining an arbitrary point on the subject;
First image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point onto the first image of the first camera subjected to the rotation transformation, and a second image obtained by applying the rotation transformation to the arbitrary point. A third step of deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the second image of the camera of
A fourth step of selecting a first block including an arbitrary point for the first image;
A depth distance Z of an arbitrary point and a unit normal vector ( nx , ny , nz ) at an arbitrary point on the surface of the subject are arbitrarily determined, and the depth distance Z R with respect to the same plane subjected to the rotation transformation And a fifth step of deriving a unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ),
The first block is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotational transformation has been applied, and the first image coordinates are used as the origin and 2 relative positions (t Rx , t Ry , 0), depth distance Z R , unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and second image coordinates (x R ′, y R ′). A sixth step of transforming with a primary transformation matrix based to match a block of the second image;
The first block of the first image in which the depth distance Z and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) are arbitrarily changed, and the fifth and sixth steps are repeated, moved, and deformed. Searching for a second block of a second image most similar to, and deriving a depth distance Z and unit normal vectors ( nx , ny , nz );
An eighth step of deriving and encoding a prediction error between the moved and deformed first block of the first image and the second block of the second image that is most similar;
And a ninth step of adding the derived depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ) to the encoded data.
第1の画像は符号化対象ピクチャであり、第2の画像は参照ピクチャである
ことを特徴とする請求項1に記載の多視点画像圧縮符号化方法。 The eighth step uses the MPEG (Moving Picture Experts Group) prediction error encoding method,
The multi-view image compression encoding method according to claim 1, wherein the first image is a picture to be encoded, and the second image is a reference picture.
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換する第1のステップと、
被写体上の任意点を決定する第2のステップと、
前記任意点を、前記回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、前記任意点を、前記回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する第3のステップと、
第2の画像について任意点を含む第2のブロックを選択する第4のステップと、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、前記回転変換を加えた前記同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出する第5のステップと、
第1の画像を、前記回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像の第2のブロックにマッチングさせる第6のステップと、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、第5及び第6のステップを繰り返し、第2の画像の第2のブロックに最も類似する第1の画像の第1のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する第7のステップと、
第2の画像の第2のブロックと最も類似する第1の画像の第1のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する第8のステップと、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加する第9のステップと
を有することを特徴とする多視点画像圧縮符号化方法。 A first camera and a second camera having an optical axis parallel to the Z axis are arranged at a first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0); A multi-viewpoint image compression encoding method using a first image of a first camera and a second image of a second camera that photograph a subject,
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. A first step of applying the same rotational transformation to the camera to transform the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera;
A second step of determining an arbitrary point on the subject;
First image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point onto the first image of the first camera subjected to the rotation transformation, and a second image obtained by applying the rotation transformation to the arbitrary point. A third step of deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the second image of the camera of
A fourth step of selecting a second block containing an arbitrary point for the second image;
A depth distance Z of an arbitrary point and a unit normal vector ( nx , ny , nz ) at an arbitrary point on the surface of the subject are arbitrarily determined, and the depth distance Z R with respect to the same plane subjected to the rotation transformation And a fifth step of deriving a unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ),
The first image is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotational transformation has been applied, and the first image coordinates (x R , y R ) as the origin, second relative position (t Rx , t Ry , 0), depth distance Z R , unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and second image coordinates (x R A sixth step of transforming with a linear transformation matrix based on ', y R ') to match the second block of the second image;
Depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) while arbitrarily changed, repeating the fifth and sixth step of, first it is most similar to the second block of the second image 1 Searching for the first block of the image and deriving a depth distance Z and a unit normal vector ( nx , ny , nz );
An eighth step of derived and coding prediction error between the first block of the first image that is most similar to the second block of the second image,
And a ninth step of adding the derived depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ) to the encoded data.
第1の画像は参照ピクチャであり、第2の画像は符号化対象ピクチャである
ことを特徴とする請求項3に記載の多視点画像圧縮符号化方法。 The eighth step uses the MPEG (Moving Picture Experts Group) prediction error encoding method,
The multi-view image compression encoding method according to claim 3, wherein the first image is a reference picture, and the second image is an encoding target picture.
その繰り返しの中で、第2のステップは、以前に第4のステップによって選択されたブロック以外の部分について前記被写体上の任意点を更に決定し、
最終的に、第1の画像及び第2の画像の全ての部分を圧縮符号化する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の多視点画像圧縮符号化方法。 While repeating the second to ninth steps ,
In the iteration, the second step further determines arbitrary points on the subject for parts other than the block previously selected by the fourth step ,
The multi-viewpoint image compression coding method according to any one of claims 1 to 4, wherein all the portions of the first image and the second image are finally compression-coded.
前記回転変換の結果、新たな奥行き距離ZR及び新たな単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)と、任意の視点の新たな相対的位置(tRx,tRy,0)及び新たな画像座標(xR’,yR’)が得られたとし、
第6のステップについて、視差ベクトルは、以下のものであり、
As a result of the rotation transformation, a new depth distance Z R and a new unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ), a new relative position (t Rx , t Ry , 0) of an arbitrary viewpoint, and Suppose that new image coordinates (x R ', y R ') are obtained,
For the sixth step, the disparity vector is:
第1のカメラと第2のカメラの光軸がZ軸に平行となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換するステップを有する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の多視点画像圧縮符号化方法。 When the optical axis of the first camera and / or the second camera is not parallel to the Z axis,
The camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera are converted using camera internal parameters so that the optical axes of the first camera and the second camera are parallel to the Z axis. The multi-view image compression encoding method according to claim 1, further comprising a step of:
第7のステップにおいて、1つのベースカメラのブロックに対する他のカメラのブロックとの予測誤差を算出し、該予測誤差の総和が最小となる奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の多視点画像圧縮符号化方法。 Even when three or more cameras are arranged, the depth distance Z and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) are constant,
In a seventh step, a prediction error between one base camera block and another camera block is calculated, and a depth distance Z and a unit normal vector (n x , n y , nz ) is derived, The multi-view image compression encoding method according to any one of claims 1 to 7.
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換するカメラ座標系座標変換手段と、
被写体上の任意点を決定する任意点選択手段と、
前記任意点を、前記回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、該任意点を、前記回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する画像座標算出手段と、
第1の画像について任意点を含む第1のブロックを選択するブロック選択手段と、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、前記回転変換を加えた前記同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出するパラメータ決定手段と、
第1のブロックを、前記回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像のブロックにマッチングさせるブロックマッチング手段と、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、パラメータ決定手段及びブロックマッチング手段を繰り返し制御し、移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックに最も類似する第2の画像の第2のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出するマッチング制御手段と、
移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックと最も類似する第2の画像の第2のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する予測誤差符号化手段と、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加するパラメータ付加手段と
を有することを特徴とする多視点画像圧縮符号化装置。 A first camera and a second camera having an optical axis parallel to the Z axis are arranged at a first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0); A multi-viewpoint image compression encoding apparatus using a first image of a first camera and a second image of a second camera that photograph a subject,
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. Camera coordinate system coordinate conversion means for converting the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera by applying the same rotational transformation to the camera;
Arbitrary point selection means for determining an arbitrary point on the subject;
First image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point onto the first image of the first camera subjected to the rotation transformation, and a second image obtained by applying the rotation transformation to the arbitrary point. Image coordinate calculation means for deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the second image of the camera of
Block selection means for selecting a first block including an arbitrary point for the first image;
A depth distance Z of an arbitrary point and a unit normal vector ( nx , ny , nz ) at an arbitrary point on the surface of the subject are arbitrarily determined, and the depth distance Z R with respect to the same plane subjected to the rotation transformation And parameter determining means for deriving unit normal vectors (n Rx , n Ry , n Rz ),
The first block is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotational transformation is applied, and the first image coordinates are used as the origin and 2 relative positions (t Rx , t Ry , 0), depth distance Z R , unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and second image coordinates (x R ′, y R ′). A block matching means for deforming with a primary transformation matrix based on and matching with a block of the second image;
While arbitrarily changing the depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ), the parameter determination means and the block matching means are repeatedly controlled to move and deform the first of the first image Matching control means for searching for a second block of the second image most similar to the block and deriving a depth distance Z and a unit normal vector ( nx , ny , nz );
Prediction error encoding means for deriving and encoding a prediction error between the moved and deformed first block of the first image and the second block of the second image most similar to the first block;
A multi-viewpoint image compression coding apparatus comprising: parameter addition means for adding the derived depth distance Z and unit normal vector ( nx , ny , nz ) to encoded data.
第1の画像は符号化対象ピクチャであり、第2の画像は参照ピクチャである
ことを特徴とする請求項9に記載の多視点画像圧縮符号化装置。 The prediction error encoding means uses a prediction error encoding method of MPEG (Moving Picture Experts Group),
The multi-viewpoint image compression encoding apparatus according to claim 9, wherein the first image is a picture to be encoded, and the second image is a reference picture.
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換するカメラ座標系座標変換手段と、
被写体上の任意点を決定する任意点選択手段と、
前記任意点を、前記回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、前記任意点を、前記回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する画像座標算出手段と、
第2の画像について任意点を含む第2のブロックを選択するブロック選択手段と、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、前記回転変換を加えた前記同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出するパラメータ決定手段と、
第1の画像を、前記回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像の第2のブロックにマッチングさせるブロックマッチング手段と、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、パラメータ決定手段及びブロックマッチング手段を繰り返し制御し、第2の画像の第2のブロックに最も類似する第1の画像の第1のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出するマッチング制御手段と、
第2の画像の第2のブロックと最も類似する第1の画像の第1のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する予測誤差符号化手段と、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加するパラメータ付加手段と
を有することを特徴とする多視点画像圧縮符号化装置。 A first camera and a second camera having an optical axis parallel to the Z axis are arranged at a first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0); A multi-viewpoint image compression encoding apparatus using a first image of a first camera and a second image of a second camera that photograph a subject,
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. Camera coordinate system coordinate conversion means for converting the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera by applying the same rotational transformation to the camera;
Arbitrary point selection means for determining an arbitrary point on the subject;
First image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point onto the first image of the first camera subjected to the rotation transformation, and a second image obtained by applying the rotation transformation to the arbitrary point. Image coordinate calculation means for deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the second image of the camera of
Block selecting means for selecting a second block including an arbitrary point for the second image;
A depth distance Z of an arbitrary point and a unit normal vector ( nx , ny , nz ) at an arbitrary point on the surface of the subject are arbitrarily determined, and the depth distance Z R with respect to the same plane subjected to the rotation transformation And parameter determining means for deriving unit normal vectors (n Rx , n Ry , n Rz ),
The first image is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotational transformation has been applied, and the first image coordinates (x R , y R ) as the origin, second relative position (t Rx , t Ry , 0), depth distance Z R , unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and second image coordinates (x R Block matching means for transforming with a primary transformation matrix based on ', y R ') to match the second block of the second image;
Depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) while changing the optionally repeatedly control parameter determining means and the block matching means, most similar to the second block of the second image and matching control means for deriving a first block of the first image and search, depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) and,
And prediction error encoding means for deriving and and encodes the prediction error between the first block of the first image that is most similar to the second block of the second image,
A multi-viewpoint image compression coding apparatus comprising: parameter addition means for adding the derived depth distance Z and unit normal vector ( nx , ny , nz ) to encoded data.
第1の画像は参照ピクチャであり、第2の画像は符号化対象ピクチャである
ことを特徴とする請求項11に記載の多視点画像圧縮符号化装置。 The prediction error encoding means uses the MPEG (Moving Picture Experts Group) prediction error encoding method,
12. The multi-viewpoint image compression coding apparatus according to claim 11, wherein the first image is a reference picture, and the second image is an encoding target picture.
その繰り返しの中で、前記任意点選択手段は、以前に前記ブロック選択手段によって選択されたブロック以外の部分について前記被写体上の任意点を更に決定し、
最終的に、第1の画像及び第2の画像の全ての部分を圧縮符号化する
ことを特徴とする請求項9から12のいずれか1項に記載の多視点画像圧縮符号化装置。 And the arbitrary point selecting means, and the previous SL image coordinate calculation unit, and said block selecting means, and parameter determining means, a block matching unit, and a matching control unit, and the prediction error encoding unit, the processing of a parameter adding means further it has a block control means for repeating,
In the repetition, the arbitrary point selecting means further determines an arbitrary point on the subject for a part other than the block previously selected by the block selecting means ,
The multi-viewpoint image compression coding apparatus according to any one of claims 9 to 12, wherein all the portions of the first image and the second image are finally compression-coded.
前記回転変換の結果、新たな奥行き距離ZR及び新たな単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)と、任意の視点の新たな相対的位置(tRx,tRy,0)及び新たな画像座標(xR’,yR’)が得られたとし、
前記ブロックマッチング手段は、前記視差ベクトルを以下のものとし、
As a result of the rotation transformation, a new depth distance Z R and a new unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ), a new relative position (t Rx , t Ry , 0) of an arbitrary viewpoint, and Suppose that new image coordinates (x R ', y R ') are obtained,
The block matching means sets the disparity vector as follows:
第1のカメラと第2のカメラの光軸がZ軸に平行となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換する
ことを特徴とする請求項9から14のいずれか1項に記載の多視点画像圧縮符号化装置。 When the optical axis of the first camera and / or the second camera is not parallel to the Z axis,
The camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera are converted using camera internal parameters so that the optical axes of the first camera and the second camera are parallel to the Z axis. The multi-view image compression encoding apparatus according to claim 9, wherein the multi-view image compression encoding apparatus is used.
第7のステップにおいて、1つのベースカメラのブロックに対する他のカメラのブロックとの予測誤差を算出し、該予測誤差の総和が最小となる奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出する
ことを特徴とする請求項9から15のいずれか1項に記載の多視点画像圧縮符号化装置。 Even when three or more cameras are arranged, the depth distance Z and the unit normal vector ( nx , ny , nz ) are constant,
In a seventh step, a prediction error between one base camera block and another camera block is calculated, and a depth distance Z and a unit normal vector (n x , n y , The multi-view image compression encoding apparatus according to claim 9, wherein n z ) is derived.
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換するカメラ座標系座標変換手段と、
被写体上の任意点を決定する任意点選択手段と、
前記任意点を、前記回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、前記任意点を、前記回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する画像座標算出手段と、
第1の画像について任意点を含む第1のブロックを選択するブロック選択手段と、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、前記回転変換を加えた前記同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出するパラメータ決定手段と、
第1のブロックを、前記回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像のブロックにマッチングさせるブロックマッチング手段と、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、パラメータ決定手段及びブロックマッチング手段を繰り返し制御し、移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックに最も類似する第2の画像の第2のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出するマッチング制御手段と、
移動させ且つ変形させた第1の画像の第1のブロックと最も類似する第2の画像の第2のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する予測誤差符号化手段と、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加するパラメータ付加手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする多視点画像圧縮符号化プログラム。 A first camera and a second camera having an optical axis parallel to the Z axis are arranged at a first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0); A multi-viewpoint image compression encoding program for causing a computer to function to compress and encode a multi-viewpoint image using the first image of the first camera and the second image of the second camera that photographed the subject. There,
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. Camera coordinate system coordinate conversion means for converting the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera by applying the same rotational transformation to the camera;
Arbitrary point selection means for determining an arbitrary point on the subject;
First image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point onto the first image of the first camera subjected to the rotation transformation, and a second image obtained by applying the rotation transformation to the arbitrary point. Image coordinate calculation means for deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the second image of the camera of
Block selection means for selecting a first block including an arbitrary point for the first image;
A depth distance Z of an arbitrary point and a unit normal vector ( nx , ny , nz ) at an arbitrary point on the surface of the subject are arbitrarily determined, and the depth distance Z R with respect to the same plane subjected to the rotation transformation And parameter determining means for deriving unit normal vectors (n Rx , n Ry , n Rz ),
The first block is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotational transformation is applied, and the first image coordinates are used as the origin and 2 relative positions (t Rx , t Ry , 0), depth distance Z R , unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and second image coordinates (x R ′, y R ′). A block matching means for deforming with a primary transformation matrix based on and matching with a block of the second image;
While arbitrarily changing the depth distance Z and the unit normal vector (n x , n y , n z ), the parameter determination means and the block matching means are repeatedly controlled to move and deform the first of the first image Matching control means for searching for a second block of the second image most similar to the block and deriving a depth distance Z and a unit normal vector ( nx , ny , nz );
Prediction error encoding means for deriving and encoding a prediction error between the moved and deformed first block of the first image and the second block of the second image most similar to the first block;
A multi-viewpoint image compression coding program that causes a computer to function as parameter addition means for adding the derived depth distance Z and unit normal vector (n x , n y , n z ) to encoded data.
第1のカメラ及び第2のカメラの光軸が第1のカメラと第2のカメラを通る同一平面に対して垂直となるように、カメラ内部パラメータを用いて、第1のカメラ及び第2のカメラに同一の回転変換を加えて、第1のカメラのカメラ座標系座標及び第2のカメラのカメラ座標系座標を変換するカメラ座標系座標変換手段と、
被写体上の任意点を決定する任意点選択手段と、
前記任意点を、前記回転変換を加えた第1のカメラの第1の画像に射影した第1の画像座標(xR,yR)と、前記任意点を、前記回転変換を加えた第2のカメラの第2の画像に射影した第2の画像座標(xR’,yR’)とを導出する画像座標算出手段と、
第2の画像について任意点を含む第2のブロックを選択するブロック選択手段と、
任意点の奥行き距離Zと、被写体の表面の任意点における単位法線ベクトル(nx,ny,nz)とを任意に決定し、前記回転変換を加えた前記同一平面に対する奥行き距離ZRと単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)を導出するパラメータ決定手段と、
第1の画像を、前記回転変換を加えた第2の相対的位置(tRx,tRy,0)及び奥行き距離ZRに基づく視差ベクトルで移動させ、第1の画像座標(xR,yR)を原点として、第2の相対的位置(tRx,tRy,0)、奥行き距離ZR、単位法線ベクトル(nRx,nRy,nRz)及び第2の画像座標(xR’,yR’)に基づく一次変換行列で変形させて、第2の画像の第2のブロックにマッチングさせるブロックマッチング手段と、
奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を任意に変更しながら、パラメータ決定手段及びブロックマッチング手段を繰り返し制御し、第2の画像の第2のブロックに最も類似する第1の画像の第1のブロックを探索し、奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を導出するマッチング制御手段と、
第2の画像の第2のブロックと最も類似する第1の画像の第1のブロックとの予測誤差を導出し且つ符号化する予測誤差符号化手段と、
導出された奥行き距離Z及び単位法線ベクトル(nx,ny,nz)を符号化データに付加するパラメータ付加手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする多視点画像圧縮符号化プログラム。 A first camera and a second camera having an optical axis parallel to the Z axis are arranged at a first relative position (t x , t y , t z ) (where t z ≠ 0); A multi-viewpoint image compression encoding program for causing a computer to function to compress and encode a multi-viewpoint image using the first image of the first camera and the second image of the second camera that photographed the subject. There,
Using the camera internal parameters, the first camera and the second camera are set so that the optical axes of the first camera and the second camera are perpendicular to the same plane passing through the first camera and the second camera. Camera coordinate system coordinate conversion means for converting the camera coordinate system coordinates of the first camera and the camera coordinate system coordinates of the second camera by applying the same rotational transformation to the camera;
Arbitrary point selection means for determining an arbitrary point on the subject;
First image coordinates (x R , y R ) obtained by projecting the arbitrary point onto the first image of the first camera subjected to the rotation transformation, and a second image obtained by applying the rotation transformation to the arbitrary point. Image coordinate calculation means for deriving second image coordinates (x R ′, y R ′) projected onto the second image of the camera of
Block selecting means for selecting a second block including an arbitrary point for the second image;
A depth distance Z of an arbitrary point and a unit normal vector ( nx , ny , nz ) at an arbitrary point on the surface of the subject are arbitrarily determined, and the depth distance Z R with respect to the same plane subjected to the rotation transformation And parameter determining means for deriving unit normal vectors (n Rx , n Ry , n Rz ),
The first image is moved by a disparity vector based on the second relative position (t Rx , t Ry , 0) and the depth distance Z R to which the rotational transformation has been applied, and the first image coordinates (x R , y R ) as the origin, second relative position (t Rx , t Ry , 0), depth distance Z R , unit normal vector (n Rx , n Ry , n Rz ) and second image coordinates (x R Block matching means for transforming with a primary transformation matrix based on ', y R ') to match the second block of the second image;
Depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) while changing the optionally repeatedly control parameter determining means and the block matching means, most similar to the second block of the second image and matching control means for deriving a first block of the first image and search, depth distance Z and unit normal vector (n x, n y, n z) and,
And prediction error encoding means for deriving and and encodes the prediction error between the first block of the first image that is most similar to the second block of the second image,
A multi-viewpoint image compression coding program that causes a computer to function as parameter addition means for adding the derived depth distance Z and unit normal vector (n x , n y , n z ) to encoded data.
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