JP4630936B1 - 画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラム、画像処理プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像処理装置10は、被写体を撮像した撮像画像から、被写体の像の輪郭に含まれる線分である輪郭線分を抽出した線分画像を生成する線分抽出部14と、線分抽出部14が生成した線分画像に仮想的な線分である仮想線分を少なくとも1本挿入し、挿入した仮想線分および輪郭線分の集合から4本の線分を選択し、その4本の線分をそれぞれ含む4本の直線によって囲まれる四辺形を特定する四辺形候補算出部15と、四辺形候補算出部15が特定した四辺形に基づいて撮像画像の透視変換歪みを補正する画像補正部17とを備えている。
【選択図】図1
Description
本発明の実施の一形態について図1〜図23に基づいて説明すれば、以下のとおりである。ここでは、本発明の画像処理装置をデジタルカメラで実施する形態を説明する。ただし、本発明の画像処理装置は、デジタルカメラに限定されず、内蔵する撮像装置または外部の装置から撮像画像データを取得し、その撮像画像データを処理する装置(例えば、スキャナー、プリンター、携帯電話)であれば、どのような装置であってもよい。
図2は、本実施の形態のデジタルカメラ100の機能を説明するための図である。デジタルカメラ100で白板110を斜め方向から撮像すると、撮像画像111における白板の像112は歪む。また、スケジュールボードなどの被写体が大きい場合は被写体の像一部が撮像画像に収まらない場合がある。歪んだ撮像画像をデジタルカメラ100により補正すると補正後画像113のような歪みのない白板の像114を含む画像が得られる。特に、被写体の像一部が撮像画像に収まらない場合においても歪みのない画像が得られる。
図3は、デジタルカメラ100の構成を示す図である。同図に示すように、デジタルカメラ100は、光学系1、イメージセンサ2、メモリ3、カードリーダライタ4、CPU(中央処理装置)5、操作ボタン6、モニタ(表示部)7および画像処理装置10を備えている。
図1は、画像処理装置10の構成を示すブロック図である。同図に示すように、画像処理装置10は、焦点距離入力部11、画像入力部12、輪郭抽出部(線分画像生成部)13、線分抽出部(線分画像生成部)14、四辺形候補算出部(四辺形特定部、順位付け部)15、四辺形選択部16、画像補正部17および画像出力部18を備えている。
次に画像処理装置10における処理の大まかな流れについて説明する。各処理の詳細については後述する。なお、ここでは、仮想線分を4本挿入する場合の処理について説明する。
図6は、輪郭抽出部13における処理の流れの一例を示すフローチャートである。最初に、輪郭抽出部13は、画像入力部12から受け取った撮像画像から輝度画像を生成する(ステップS11)。輝度画像とは、撮像画像から輝度値の情報のみを抽出した画像であり、色情報を含まないモノクロ濃淡画像である。例えば、撮像画像の座標(x,y)のR(赤)、G(緑)、B(青)値(輝度値)がそれぞれr(x,y)、g(x,y)、b(x,y)であるとし、輝度画像の輝度をL値で表わすと、輝度画像の座標(x,y)の輝度値l(x,y)は下記式(1)によって表わされる。
式(1)において、c1、c2、c3は係数である。輝度画像を得るためには、例えばc1、c2、c3をすべて1/3としてR、G、B値の平均を取る。別の場合には、c1=0.299、c2=0.587、c3=0.114としてYUVフォーマットのY値を算出してもよい。
Δx=−1×l(x−1,y−1)−2×l(x−1,y)−1×l(x−1,y+1)+1×l(x+1,y−1)+2×l(x+1,y)+1×l(x+1,y+1) ・・・(2a)
Δy=−1×l(x−1,y−1)−2×l(x,y−1)−1×l(x+1,y−1)+1×l(x−1,y+1)+2×l(x,y+1)+1×l(x+1,y+1) ・・・(2b)
e(x,y)=(Δx×Δx+Δy×Δy)1/2 ・・・(2c)
ただし、ノイズを除去するためエッジの値e(x,y)が所定の閾値よりも小さい場合は、e(x,y)を0にする。
線分抽出部14は、四辺形を抽出するための前処理として、図7(a)および(b)に示すようにエッジ画像42から線分を抽出し、線分画像43を生成する。図7(a)は、輪郭抽出部13が生成したエッジ画像の一例を示す図であり、図7(b)は、図7(a)に示すエッジ画像から生成した線分画像を示す図である。線分抽出にはハフ変換を用いる。ハフ変換とはエッジ画像の座標(x,y)を極座標系の座標(ρ,θ)に変換することであり、下記式(3)によって座標(x,y)を(ρ,θ)に変換する。
式(3)を図で示すと図8(a)および(b)のようになる。図8(a)は、エッジ画像のxy座標系における点Aおよび点Bの位置を示すグラフであり、図8(b)は、xy座標系の(x,y)座標を極座標系の座標(ρ,θ)に変換したときの点Aおよび点Bに対応する曲線を示すグラフである。エッジ画像中の点A、点Bは、極座標系ではそれぞれ1本の曲線に対応し、エッジ画像中の点Aおよび点Bを通る直線は極座標系では2つの曲線の交点に対応する。ここで、ρはエッジ画像中の原点から直線への法線ベクトルの長さ、θは法線ベクトルとx軸が成す角度に相当する。ただし、θは0°≦θ<180°であり、180°以上の範囲ではρが負の値で表現される。
四辺形候補算出部15は、線分画像に含まれる線分から構成される複数の四辺形を、撮像画像の補正に用いる四辺形の候補として算出する。ただし、被写体の像が撮像画像に収まっていない場合を考慮して、線分画像の端に仮想線分を挿入する。図11は、仮想線分45・46・47・48を挿入した線分画像44を示す図である。同図では、線分画像44の外縁を形成する四辺に沿って4本の仮想線分が挿入されている。
条件1:上記4辺で構成される四辺形が凸型である。
条件2:上記4辺で構成される四辺形の隣り合う頂点間に直線が存在する。
条件3:上記4辺で構成される四辺形の向かい合う頂点間に直線が存在しない。
条件4:上記4辺のうち仮想線分を含む辺は2本以下である。
条件5:上記4辺のうち仮想線分を含む辺が2本の場合は、仮想線分は4辺で構成される四辺形の向かい合う2辺に対応する。
ここで、四辺形に含まれる仮想線分の長さに対して1以下の一定の割合を掛けることにより評価値を小さくすることの意義について説明する。図18は、仮想線分の評価値を小さくすることの意義を説明するための図である。
図19は、撮像画像および四辺形候補のモニタ7における表示例を示す図である。四辺形選択部16は、図19に示すように、モニタ7に撮像画像81と四辺形候補82とを表示する。デジタルカメラ100の使用者が操作ボタン6を用いて複数の四辺形候補の中から1つの四辺形候補を選択すると、四辺形選択部16は、選択された四辺形候補を撮像画像の補正に用いる補正用四辺形として画像補正部17へ出力する。
画像補正部17は、以下に説明する透視変換の原理にしたがって、被写体の縦横比を算出し、撮像画像上の歪んだ四辺形を長方形に補正する。
まず被写体の縦横比の算出方法を示す。図21は、透視変換における物体の位置関係を示す図である。図21を用いて透視変換における物体の位置関係を、レンズの中心を原点Oとして3次元のベクトル空間で示す。撮像面51は光学系1の光軸52に垂直であり、レンズ中心から撮像面51までの距離が焦点距離dとなる。撮像面51とは、デジタルカメラ100では、イメージセンサ2における撮像面を意味する。物理的な位置関係では撮像面51はレンズの中心に対して被写体53とは反対の位置に存在するが、透視変換では理解の容易さの観点から図21に示す位置関係を用いることが一般的である。
被写体53は長方形であるため、下記式(6a)および(6b)が成り立つ。
(q1−q2)・(q1−q3)=0 ・・・(6b)
式(6b)において「・」はベクトルの内積を表す。式(6a)は平行四辺形となるための条件であり、式(6b)は隣り合う辺が直交するための条件である。
式(5)と式(6a)とにより、下記式(7)が得られる。
次に歪んだ四辺形を長方形に補正する方法を示す。
t2=k1 ・・・(17)
t3=k2
t4=k1+k2−1
補正後の画像として、式(16)で求めた縦横比に従う適当な大きさの長方形を用意する。このときの補正後の画素の値と補正前の歪んだ四辺形の画素との対応関係を図22(a)および(b)に示す。図22(a)は、補正後の画像の一例を示す図であり、図22(b)は、補正前の画像に含まれる四辺形の一例を示す図である。
図23は画像補正部17における処理の流れの一例を示すフローチャートである。画像補正部17は、最初に使用者によって選択された補正用四辺形から透視変換の原理に従って焦点距離を算出できるかどうかを確認する(ステップS41)。
本発明の他の実施形態について図24〜図26に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態1と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。ここでは、四辺形候補算出部15において、四辺形候補の整形を行う実施形態について説明する。具体的には、四辺形候補算出部15は、自身が特定した四辺形候補が有する、仮想線分を含む辺が、対向する辺と平行になるように当該仮想線分を含む辺の位置(傾き)を変更する。それゆえ、本実施の形態では、四辺形候補算出部15は、四辺形整形部としての機能も有している。画像補正部17は、四辺形候補算出部15が整形した四辺形候補に基づいて撮像画像の透視変換歪みを補正する。
図26は、辺補正処理の流れの一例を示すフローチャートである。辺補正処理では最初に、四辺形候補算出部15は、四辺形を構成する4本の線分のうち仮想線分の個数が1かどうかを確認する(ステップS61)。
本発明の他の実施形態について図27〜図29に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態1・2と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について図30〜図32に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態1〜3と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図30は、本実施の形態に係る画像処理装置20の構成を示すブロック図である。同図に示すように画像処理装置20は、仮想線分を挿入する位置を判定する挿入位置判定部19を備えている点で画像処理装置10と異なっている。
次に、挿入位置判定部19における挿入位置判定処理の詳細について説明する。図31は挿入位置判定部19における処理の流れの一例を示すフローチャートである。図32(a)および(b)は、挿入位置判定部19における挿入位置判定処理を説明するための図である。
本発明の他の実施形態について図33に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
図33は、本実施の形態にかかるコンピュータ200の構成を示す図である。
本実施の形態にかかるコンピュータ200の処理の流れは、実施の形態1の画像処理装置10における処理の流れ(図5参照)とほぼ同様である。以下、各処理の詳細において、実施の形態1と異なる部分について説明する。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
13 輪郭抽出部(線分画像生成部)
14 線分抽出部(線分画像生成部)
15 四辺形候補算出部(四辺形特定部、四辺形整形部、順位付け部)
17 画像補正部
19 挿入位置判定部(判定部)
20 画像処理装置
41 撮像画像
44 線分画像
45・46・47・48・49 仮想線分
53 被写体
55 四辺形
100 デジタルカメラ(画像処理装置)
110 白板(被写体)
111 撮像画像
113 補正後画像
200 コンピュータ(画像処理装置)
Claims (11)
- 被写体を撮像した撮像画像から、上記被写体の像の輪郭に含まれる線分である輪郭線分を抽出した線分画像を生成する線分画像生成部と、
上記線分画像生成部が生成した線分画像に仮想的な線分である仮想線分を少なくとも1本挿入し、挿入した仮想線分および上記輪郭線分の集合から4本の線分を選択し、その4本の線分をそれぞれ含む4本の直線によって囲まれる四辺形を特定する四辺形特定部と、
上記四辺形特定部が特定した四辺形に基づいて上記撮像画像の透視変換歪みを補正する画像補正部とを備えることを特徴とする画像処理装置。 - 上記四辺形特定部は、上記線分画像の外縁を形成する四辺のうちの少なくとも一辺に沿ってまたは当該一辺に重なるように上記仮想線分を挿入することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 上記四辺形特定部は、上記線分画像の外縁を形成する四辺のそれぞれに対して上記仮想線分を挿入することを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。
- 上記仮想線分の挿入位置を示す挿入位置情報を使用者から受け付ける挿入位置情報取得部をさらに備え、
上記四辺形特定部は、上記挿入位置情報取得部が取得した挿入位置情報が示す挿入位置に上記仮想線分を挿入することを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。 - 上記撮像画像における上記被写体の像が、当該撮像画像の外縁を形成する四辺のいずれと接しているかを判定する判定部をさらに備え、
上記四辺形特定部は、上記判定部が判定した辺に沿って、または当該辺に重なるように上記仮想線分を挿入することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記四辺形特定部が特定した四辺形が有する、上記仮想線分を含む辺が、対向する辺と平行になるように当該仮想線分を含む辺の位置を変更する四辺形整形部をさらに備え、
上記画像補正部は、上記四辺形整形部が整形した四辺形に基づいて上記撮像画像の透視変換歪みを補正することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 上記四辺形特定部が上記四辺形を複数特定した場合に、各四辺形に含まれる輪郭線分および仮想線分の長さを基準として、特定された複数の四辺形を順位付ける順位付け部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 上記四辺形特定部は、上記輪郭線分および上記仮想線分の長さと正の相関のある値を上記四辺形の評価値として用い、
上記仮想線分の単位長さに対する評価値は、上記輪郭線分の上記単位長さに対する評価値よりも小さいことを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。 - 画像処理装置における画像処理方法であって、
被写体を撮像した撮像画像から、上記被写体の像の輪郭に含まれる線分である輪郭線分を抽出した線分画像を生成する線分画像生成工程と、
上記線分画像生成工程において生成した線分画像に仮想的な線分である仮想線分を少なくとも1本挿入し、挿入した仮想線分および上記輪郭線分の集合から4本の線分を選択し、その4本の線分をそれぞれ含む4本の直線によって囲まれる四辺形を特定する四辺形特定工程と、
上記四辺形特定工程において特定した四辺形に基づいて上記撮像画像の透視変換歪みを補正する画像補正工程とを含むことを特徴とする画像処理方法。 - 請求項9に記載の上記各工程をコンピュータに実行させるための画像処理プログラム。
- 請求項10に記載の画像処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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