JP5119251B2 - 単一スクリブルによる画像の対話型セグメンテーション - Google Patents
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Description
本願は、2006年7月25日に出願した仮出願第60/820232号の特典を主張し、その内容を参照によって本書に援用する。
本発明は、グラフィック編集に関する。
本発明の背景として関連すると考えられる従来技術の文献を以下に列挙し、それらの内容を参照によって本書に援用する。追加の文献は、上記の米国特許仮出願第号60/820232号に示されており、それらの内容を参照によって本書に援用する。本書における参考文献の認知は、それらが本書に開示する発明の特許性に何らかの点で関係しているという意味を示唆するものではない。各文献は角括弧で囲んだ数字により識別され、したがって明細書全体を通して、従来技術は角括弧で囲んだ数字により参照される。
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[11] US 2002/0048401 Graph cuts for binary segmentation of n−dimensional images from object and background seeds
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画像に対する特性の対話型割当てに関しては、多くの研究が存在する。1つの手法として、最初に画像をセグメント化し、次いで各セグメントの全画素に異なる特性を関連付けることができる。最新技術の対話型セグメンテーション手法に関する包括的な背景については、[1]を参照されたい。1つの特に関連する手法では、ユーザをしてオブジェクトの内部の画素にマーキングせしめることによって、画像/映像をセグメント化し、または画像/映像に特性を割り当てる。以下の手法は、特によく知られた方法に関する。
画像の画素のそれぞれの属性を定義する最適関数を決定するように、標的属性を現在の繰返しに対して定義する、複数の画素にわたる単一のマーク領域を含む画像の画素を処理するステップと、
最適関数に従って画像の画素にそれぞれの属性を割り当てるステップと、
前記画素の属性を表示するステップと、
を含む方法を提供する。
コンピュータ選択ツールを用いて、順次繰返し中に、複数の画素にわたる画像または映像空間時間容積のそれぞれの単一領域に対し、前記領域の画素に少なくとも1つの特性が割り当てられるように、マーキングするステップと、
マーク領域の画素の特性を前提とし、かつ前の繰返し時の計算結果を前提として、各繰返し時に画像または映像の画素のそれぞれの特性を算出するステップと、
算出された特性の少なくとも1つをハイライトするように画像を表示するステップと、
を含む方法を提供する。
順次繰返し中に複数の画素にわたる画像または映像空間時間容積のそれぞれの単一領域に対し、前記領域の画素に特性が割り当てられるように、マーキングを行なうマーキングツールと、
マーク領域の特性および追加入力制約に応答して、各繰返し時に画像または映像の画素のそれぞれの特性を算出するための計算ユニットと、
計算ユニットに結合され、画像または映像を表示するための表示ユニットと、
を備えたシステムを提供する。
ここで、本発明を実現する1つの方法を提案する。GUIモジュールは、ユーザに前の繰返しの結果を提示し、各々その特性に関連付けられた1つまたはそれ以上のスクリブルをユーザにマーキングさせる。例えば、画像セグメンテーションでは、スクリブルはセグメントインデックスに関連付けられる。さらに、いわゆる感度尺度を定義することができる。直感的に、この尺度は、特性がスクリブルから伝搬していく画素の数で測定される距離に影響する。ボトルの例では、一方の極端では、スクリブル自体のみがオレンジ色になるが、反対側の極端では、画像全体がオレンジ色になり、他の感度値の場合、ボトルの一部分が着色されるか、ボトル自体だけが着色されるか、あるいはボトルを越えて着色され、全てが感度尺度に依存する。したがって、直感的に、感度因子は「オレンジ色」が伝搬する距離を決定する。感度尺度は様々な手段により、例えばGUIのスライダを用いて決定することができる。
A.マーキングされた単数または複数のスクリブルの近傍の「塗りつぶし領域」を算出する。以下で、「塗りつぶし領域」の意味、およびそれがいかに算出されるかをさらに説明する。
B.特性割当てアルゴリズムを「塗りつぶし領域」に適用する。
有向グラフG=(V,E)を定義する。グラフVにおけるノードの集合は、3つの部分集合の和集合であるV=V1UV2UV3である。V1はスクリブルでマーキングされた画素の集合であり、V2はスクリブルでマーキングされない塗りつぶし領域内部の画素の集合であり、V3は塗りつぶし領域の境界上および塗りつぶし領域でない画素の集合である。
一般的な場合、解は[1]で同様のタスクに行なわれたように、マルチラベルオプティマイザ、例えば繰返しグラフカット([12]参照)を用いて達成することができる。解は次のコスト関数を最適化することによって見出される。
ここでkは、実験的に例えば1/255に設定するこのできるスケーリングパラメータである。
現在の繰返しで単一スクリブルがマーキングされる場合、またはマーキングされた全てのスクリブルが同一特性を有する場合、2つのラベルを持つコスト関数を定義することができる。そのようなコスト関数は、下で示すように、最小カット最大フロー[6]を用いて最小化することができる。最小カット最適化では、2つのノードS、Tを追加し、最適化はグラフの頂点を、Sに接続された組およびTに接続された組の2組に分割する。基本的概念は、Sに接続されていることが明らかになる頂点には、スクリブルのラベルが割り当てられる一方、残りの頂点は前の繰返しからのそれらの割当てが維持される(または該方法が最初の繰返し内にある場合、新しい値が割り当てられる)というものである。簡潔にするために、V3を2組に分割する。V3Aは前の繰返しの結果で単数または複数のスクリブルに関連付けられた特性を有するV3内の頂点の集合であり、V3B=V3\V3Aである。
[4、5]でカラー化およびマッティングタスクに適用されるような連続的事例について1つの実現を提示する。これらの文献は、1組の1次方程式を解くことによって、連続関数に対してコスト関数を最小化する最適化技術を使用している。マッティングおよびカラー化以外の用途は、最小化されるコスト関数を単に変更することによって、この手法で実現することができることに留意されたい。段階Bの我々の実現は、1つの工夫を除くと、上記文献と同一である。上記文献では、全ての強い制約が、ユーザによってマーキングされるスクリブルによって定義される。我々の実現では、ユーザによってマーキングされたスクリブルを1組の制約として使用し、V3の各画素に対して追加の制約を生成する。換言すると、我々の解は簡約化(reduction)によって達成することができる。[4]、[5]の方法を実現し、前の繰返しのラベル付けによりV3の各画素にスクリブルを追加する。この方式は、[11]に記載されているバイナリ画像セグメンテーションのような離散した2ラベルのタスクを、連続的画像マッティングに一般化するのに有用である。
A.画像を3つの領域、すなわち1)スクリブル、2)拡張スクリブルから原スクリブルを差し引いた部分、3)画像の残部に分割する、「スクリブル拡張」のためのアルゴリズムを適用する。
B.2つのセグメント間の上記領域2)内の最も顕著な境界を見出すアルゴリズムを適用する。これは数学的に、不明領域内の画素へのセグメント値の割当てを探索し、この割当てが最も顕著な境界を誘発するようにすることと同等である。
画像に特性を再割当てするための別の組のツールを提案する。本発明で提示するような対話型特性割当てアプリケーションで作業をしていると仮定しよう。提案するツールは、ユーザが領域にマーキングし、したがってこの領域のみの特性割当てを再計算するように要求することを可能にする。我々が複数のツールと呼んでいるのは、これらのツールが幾つかの態様を変化させることができるためである。
(i)このツールで使用されるアルゴリズムは、アプリケーションの前の繰返しで使用されたアルゴリズムと異なるかもしれず、異ならないかもしれない。
(ii)この領域を再計算するときに、マーク領域の境界は考慮されるかもしれず、されないかもしれない。
(iii)ツールは、例えばユーザにスクリブルをマーク領域内に引かせることによって、さらに制約を追加するオプションを含むかもしれず、含まないかもしれない。
本発明のこの態様は、2D画像または画像の一部を、画像+深度マップとして表わされる3Dモデルに変換するための完全な作業の流れを含む。提示する基本的な作業の流れは、初期3Dモデルと、ユーザが所望の透視図から3Dモデルを見ることを可能にする標準3D GUIとを、ユーザに提供する。次いで、豊富なツールの集合を用いて、ユーザは、画像に深度値を割り当てることによって、3Dモデルを形成することができる。
平面深度ツール
このツールは、ユーザが画像テクスチャの特定領域に平面幾何学を割り当てることを可能にする。ユーザが3Dモデルの任意の位置に配置することのできる2つの制御点がユーザに提供される。3D GUIにおける現在のビューイングパースペクティブを前提として、該方法は、各制御点のビューイング光線を現在の3Dモデルと交差させる。この交差は、各制御点に対し、テクスチャ座標(X,Y)および深度マップ値Zを定義する。
次のように定義する。
点(X,Y)が与えられるとその深度Zは、次の関数(または同様のもの):
によって、または単に、次式:
によって決定することができる。
Claims (21)
- 画像に属性を割り当てるための、コンピュータ実現方法であって、
セグメント化されていない画像を表示するステップと、
セグメント化されていない画像の領域の複数の画素を、領域に対して少なくとも1つの標的属性を現在の繰返しに対して定義する単一のマーク領域として、複数の画素を覆う単一のスクリブルによってユーザがマーキングするステップと、
領域の画素の少なくとも1つのそれぞれの属性を定義する最適関数を、標的属性に従って決定するステップと、
最適関数に従って領域の画素に少なくとも1つのそれぞれの属性を割り当てるステップと、
前記少なくとも1つのそれぞれの属性に従ってセグメント化されていない画像をセグメント化するステップと、
を含む方法。 - マーク領域によって影響される領域の大きさを決定するために、感度尺度を入力するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- マーク領域の画素が前記標的属性を持つことを余儀なくするステップをさらに含む、請求項1〜2のいずれかに記載の方法。
- セグメント化されていない画像の画素に追加入力制約を適用するステップをさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 追加入力制約は、セグメント化されていない画像の画素に対する属性の所与の割当てである、請求項4に記載の方法。
- 所与の割当ては、前の繰返しの結果である、請求項5に記載の方法。
- 所与の割当ては、境界制約として使用される、請求項5または6に記載の方法。
- 画像または映像空間時間容積の映像シーケンスに特性を割り当てるための方法であって、
映像空間時間容積の映像シーケンスのセグメント化されていないフレームを表示するステップと、
セグメント化されていないフレームの領域のそれぞれの単一領域の画素に少なくとも1つの特性が割り当てられるように、前記単一領域を、複数の画素を覆う単一のスクリブルによってマーキングするために、ユーザが順次繰返し中にコンピュータ選択ツールを用いてマーキングするステップと、
マーク領域の画素の特性を前提とし、かつ前の繰返し時の計算結果を前提として、各繰返し時に映像シーケンスの画素のそれぞれの特性を算出するステップと、
算出された特性の少なくとも1つをハイライトするように映像シーケンスを表示するステップと、
を含む方法。 - 特性を算出するステップは、マーク領域に対して割り当てられた特性および前の繰返しにおいて算出された非マーク領域の画素の特性の一部を維持する、請求項8に記載の方法。
- 算出された特性が、映像シーケンスのフレームを複数の領域にセグメント化するために使用され、各々の割り当てられた特性がそれぞれ、複数のセグメントのうちの1つに対する各フレーム画素の分類であるか、または複数のセグメントのうちの1つに対する各映像フレームでの各フレーム画素の分類である、請求項9に記載の方法。
- 算出された特性が、画像または映像をマッティングするために使用され、各画素について割り当てられた特性が、複数のレイヤの各々にそれが属する部分である、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- 算出された特性が、画像または映像シーケンスに色を増やすために、画像または映像シーケンスの色を変えるために、または赤目効果を映像および画像から除去するために使用される、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- プログラムがコンピュータで実行されるときに請求項1〜12のいずれかに記載の方法を実行するためのコンピュータプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム。
- コンピュータ可読媒体で具体化される、請求項13に記載のコンピュータプログラム。
- 特性を画像または映像シーケンスに割り当てるためのシステム(30)であって、
ユーザが、複数の画素にわたる映像空間時間容積のセグメント化されていない映像シーケンスまたはセグメント化されていない画像の領域のそれぞれの単一領域の画素に特性が割り当てられるように、前記単一領域を単一のスクリブルによって順次繰返し中にマーキングすることを可能にするマーキングツール(33)と、
マーク領域の特性および追加入力制約に応答して、各繰返し時にセグメント化されていない画像またはセグメント化されていない映像の画素のそれぞれの特性を算出し、それぞれの特性に従ってセグメント化されていない映像シーケンスのセグメント化されていないフレームまたはセグメント化されていない画像をセグメント化するための計算ユニット(31)と、
計算ユニットに結合され、セグメント化されていない画像または映像シーケンスを表示するための表示ユニット(36)と、
を備えたシステム。 - 追加入力制約は、画像の画素に対する属性の所与の割当てである、請求項15に記載のシステム。
- 所与の割当ては、前の繰返しの結果である、請求項16に記載のシステム。
- 所与の割当ては、境界制約として使用される、請求項16に記載のシステム。
- 前記追加入力は、外部コンピュータプログラムからの出力として派生する、請求項15に記載のシステム。
- 計算ユニットは、マーク領域に対して割り当てられた特性が維持され、かつ前の繰返しにおいて算出された非マーク領域の画素の特性の一部を維持するように、前記特性を計算するように適応される、請求項15に記載のシステム。
- 計算ユニットに結合され、特性が前記領域に対して作成されたマーキングから伝搬する距離の感度を調整するための感度セレクタ(35)をさらに備える、請求項15〜20のいずれかに記載のシステム。
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