JP5810314B2 - ステレオ画像処理装置およびステレオ画像処理方法 - Google Patents
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Description
[ステレオ画像処理装置100の構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係るステレオ画像処理装置100の構成を示す。図1において、ステレオ画像処理装置100は、ステレオ画像取得部101と、画像マッチング部102と、フィルタ部103と、ピーク位置検出部104とを有する。
ステレオ画像取得部101は、2つ以上の撮像系(つまり、カメラ)で撮影されたステレオ画像を取得する。ステレオ画像には、2つの異なる撮像系によって同一対象物が撮影された基準画像及び参照画像が含まれる。
画像マッチング部102は、ステレオ画像取得部101で取得された基準画像及び参照画像に基づいて画像マッチング処理を行うことにより、基準画像と参照画像との「ズレ量n」を算出する。画像マッチング部102で算出されるズレ量nの単位は、例えば、ピクセルである。一方、後述するピーク位置検出部104によって得られる、基準画像と参照画像との「視差」の単位は、例えば、サブピクセルである。すなわち、画像マッチング部102では、基準画像と参照画像とのズレが所定の検出単位で粗く検出され、その後に、ピーク位置検出部104によってズレがサブ単位で細かく検出される。
フィルタ部103は、画像マッチング部102から基準点の位置、及びズレ量n、並びに、ステレオ画像取得部101からステレオ画像を取得する。
ピーク位置検出部104は、フィルタ部103から取得されたフィルタリング結果におけるピーク位置を検出することにより、サブピクセル推定用単位基準画像とサブピクセル推定用単位参照画像とのサブピクセル単位のズレ量を算出する。ここで、ピーク位置は、フィルタリング結果が最大値となる位置である。このサブピクセル単位のズレと、ピクセル単位のズレ量nとの和が、基準画像と参照画像の正確なズレ量である。
以上の構成を有するステレオ画像処理装置100の動作について説明する。なお、以下では、画像横方向をX軸、画像縦方向をY軸として、1画素が1座標点であるものとして説明する。
ステップS1で、画像マッチング部102は、分析基準位置を決定する。分析基準位置とは、基準画像において視差を算出する対象となる1座標点であり、上述した基準点である。
ステップS2で、画像マッチング部102は、ステレオ画像取得部101から受け取る基準画像から、ステップS1で決定された分析基準位置を基準とした部分画像である、単位基準画像を切り出す。この単位基準画像の大きさの単位は、例えば、ピクセルである。
ステップS3で、画像マッチング部102は、ステップS2で決定された分析基準位置に基づいて、参照画像におけるサーチ範囲及びサーチ開始位置を決定する。ステレオカメラの視差は、カメラ間の距離である基線長およびレンズの焦点距離、ならびにステレオカメラから対象物までの距離により決定される。よって、サーチ範囲は、ステレオカメラから測距の対象物までの距離に基づいて決定すればよい。また、ステレオカメラから無限遠にある対象物は基準画像と参照画像の同じ位置に撮像されるため、参照画像におけるサーチ開始位置は基準画像における基準点と同じ座標を設定すればよい。
ステップS4で、画像マッチング部102は、ステレオ画像取得部101から受け取る参照画像から、ステップS3で決定されたサーチ開始位置を中心とした周辺の部分画像を単位参照画像として切り出す。この単位参照画像の大きさの単位は、例えば、ピクセルである。
ステップS5で、画像マッチング部102は、単位基準画像と単位参照画像とのマッチング度を算出する。このマッチング度には、例えば、輝度相違度を示すSAD値や輝度類似度が用いられる。
ステップS6で、画像マッチング部102は、サーチ範囲の終了判定処理を行う。ここでサーチ範囲が終了していないと判定される場合(ステップS6:NO)には、画像マッチング部102は、ステップS3で決定したサーチ範囲内において切り出す位置を1ピクセルずらして、ステップS4で新たな単位参照画像を切り出す。このようにして、ステップS4〜S6までの処理は、サーチ範囲が終了するまで繰り返される。
ステップS7で、画像マッチング部102は、ステップS4〜S6の処理によって得られた複数のマッチング度に基づいて、マッチング度が最大となる単位参照画像を特定する。マッチング度として輝度相違度を用いられている場合には、画像マッチング部102は、輝度相違度が極小ないし最小となる単位参照画像を特定する。
ステップS8で、フィルタ部103及びピーク位置検出部104は、ステップS7で得られた対応点、並びに、ステレオ画像取得部101から受け取る基準画像及び参照画像に基づいて、サブ単位演算処理を行う。
ステップS11で、フィルタ部103は、基準画像からサブピクセル推定用単位基準画像を切り出す。
ステップS12で、フィルタ部103は、参照画像から、ステップS7で検出された対応点を中心としたサブピクセル推定用単位参照画像を切り出す。サブピクセル推定用単位参照画像の切出し処理において、サブピクセル推定用単位基準画像の場合と同じ第2の窓関数が用いられる。ただし、第2の窓関数は、対応点(xa+n、ya)を中心に設定される。これにより、サブピクセル推定用単位参照画像として、対応点(xa+n,ya)を中心に、縦軸サイズが1ピクセルであり横軸サイズが“K−J”ピクセルである画像が切り出される。図5において、g’(m)は、サブピクセル推定用単位参照画像の輝度信号列を表している。
ステップS13で、フィルタ部103は、サブピクセル推定用単位基準画像に基づいて逆位相フィルタ係数を算出する。具体的には、フィルタ部103は、サブピクセル推定用単位基準画像における各座標の輝度値を順番に並べた信号列(つまり、輝度値信号列)を逆の順番に並べ換える(つまり、反転させる)ことにより、逆位相フィルタ係数を算出する。すなわち、逆位相フィルタのタップ長は、サブピクセル推定用単位基準画像の横軸サイズ(つまり、窓関数の窓長)と等しい。
ステップS14で、フィルタ部103は、ステップS13で算出された逆位相フィルタ係数を用いてサブピクセル推定用単位参照画像をフィルタリングし、フィルタリング結果をピーク位置検出部104へ出力する。
ステップS15で、ピーク位置検出部104は、フィルタリング結果におけるピーク位置を検出する。このピーク位置に基づいて、基準画像と参照画像とのサブピクセル単位のズレ量を検出することができる。
ステップS9では、測距対象領域の終了判定処理が行われ、未だステップS1〜ステップS8までの処理が行われていない未処理領域が存在する場合には、分析基準位置をずらしてその未処理領域についてステップS1〜ステップS8までの処理を行う。
実施の形態2では、基準画像及び参照画像を間引いた後に、画像マッチング部102の処理及びフィルタ部103の処理を行う。これにより、処理量が削減される。
図9は、本発明の実施の形態2に係るステレオ画像処理装置200の構成を示す。図9において、ステレオ画像処理装置200は、データ削除部201を有する。
以上の構成を有するステレオ画像処理装置200の動作について説明する。なお、本実施の形態のステレオ画像取得部101は、カメラのレンズの焦点距離を調整することにより、高周波成分を取り除いたぼけた画像(解像度を落とした画像)を取得し、データ削除部201に受け渡すものとする。
実施の形態3では、実施の形態2における間引き処理の前段に、基準画像及び参照画像の画像データ(データ信号)を構成する低周波数成分及び高周波数成分の内、高周波数成分を抑制することにより、低周波数成分のみを抽出する処理を行う。これにより、ステレオ画像を他の用途にも応用する場合などで、レンズの焦点距離を調整することにより、ぼけた画像にすることが望ましくない場合にも精度劣化を防止して演算量を削減することができる。
図12は、本発明の実施の形態3に係るステレオ画像処理装置300の構成を示す。図12において、ステレオ画像処理装置300は、高周波成分削除部301を有する。
以上の構成を有するステレオ画像処理装置300の動作について説明する。図13は、ステレオ画像処理装置300の動作説明に供するフロー図である。
実施の形態4では、特に、基準画像及び参照画像のそれぞれが、複数のチャネル画像(例えば、R(赤)チャネル画像、G(緑)チャネル画像、B(青)チャネル画像)から構成される。そして、実施の形態4では、複数のチャネル画像の内の1つのみが抽出されるか、又は、種類が異なる複数のチャネル画像が平均化される。これにより、実施の形態2における間引きと同等の効果が得られる。
図15は、本発明の実施の形態4に係るステレオ画像処理装置400の構成を示す。図15において、ステレオ画像処理装置400はカラー画像データ削除部401を有する。
以上の構成を有するステレオ画像処理装置400の動作について説明する。図16は、ステレオ画像処理装置400の動作説明に供するフロー図である。
実施の形態5では、実施の形態4と同様に、基準画像及び参照画像のそれぞれが、複数のチャネル画像(例えば、R(赤)チャネル画像、G(緑)チャネル画像、B(青)チャネル画像)から構成される。実施の形態5では、カラー画素ユニットがR画素,第1のG画素,第2のG画素,B画素の4画素から構成されている場合に、R画素,第1のG画素,及びB画素から成る第1の画素グループと、第2のG画素から成る第2の画素グループとにグルーピングし、第1の画素グループ内で輝度値の線形合成を行う。
実施の形態6では、フィルタ算出処理及びフィルタリング処理の代わりに、相互相関処理を行う。
図20は、本発明の実施の形態6に係るステレオ画像処理装置600の構成を示す。図20において、ステレオ画像処理装置600は、相互相関部601を有する。
以上の構成を有するステレオ画像処理装置600の動作について説明する。図21は、相互相関処理の説明に供する図である。
(1)上記各実施の形態では、ステレオ画像取得部で取得されたステレオ画像を画像マッチング部及びフィルタ部へ直接入力したが、入力前の前処理として次の処理が行われてもよい。
101 ステレオ画像取得部
102,502 画像マッチング部
103,503 フィルタ部
104 ピーク位置検出部
201,501 データ削除部
301 高周波成分削除部
401 カラー画像データ削除部
601 相互相関部
Claims (13)
- 第1の画像及び第2の画像を含むステレオ画像を取得する取得手段と、
画像マッチング処理によって、前記第1の画像に含まれる第1の座標点と前記第2の画像に含まれる第2の座標点とを抽出し、前記第1の座標点と前記第2の座標点とは対応しており、前記第1の座標点と前記第2の座標点とに基づいて、前記第1の画像と前記第2の画像との間の第1のズレ量を算出する画像マッチング手段と、
前記第1の画像から前記第1の座標点を含む第1の部分画像を抽出し、前記第2の画像から前記第2の座標点を含む第2の部分画像を抽出し、前記第1の部分画像に含まれる各座標点の輝度値の順列を座標に対して反転させた値と、前記第2の部分画像に含まれる各座標点の輝度値とに基づいて出力信号列を生成するフィルタ手段と、
前記出力信号列において出力値が最大となるピーク位置を検出し、前記ピーク位置に基づいて、前記第1の画像と前記第2の画像との間の第2のズレ量を算出するピーク位置検出手段と、
前記第1のズレ量および前記第2のズレ量に基づいて視差値を算出する算出手段と、
を具備するステレオ画像処理装置。 - 前記第1のズレ量はピクセルレベルのズレ量であり、前記第2のズレ量はサブピクセルレベルのズレ量である、
請求項1に記載のステレオ画像処理装置。 - 前記第1の画像は、対象物を第1の撮像系を用いて撮像した画像であり、前記第2の画像は、前記対象物を第2の撮像系を用いて撮像した画像である、
請求項1に記載のステレオ画像処理装置。 - 前記第1の座標点と、前記第2の座標点との画像輝度の相違度は、前記第1の座標点と、前記第2の画像に含まれる前記第2の座標点以外の座標点との画像輝度の相違度よりも小さい、
請求項1に記載のステレオ画像処理装置。 - 前記フィルタ手段は、前記第1の部分画像に含まれる各座標点の輝度値の順列を座標に対して反転させた値と、前記第2の部分画像に含まれる各座標点の輝度値とを、前記第1の部分画像および前記第2の部分画像における相対的な座標位置ごとに積算することで前記出力信号列を生成する、
請求項1に記載のステレオ画像処理装置。 - 第1の画像及び第2の画像を含むステレオ画像を取得する取得手段と、
前記第1の画像の画像データを間引くことにより第1の間引き画像を形成し、前記第2の画像の画像データを間引くことにより第2の間引き画像を形成する間引き手段と、
画像マッチング処理によって、前記第1の間引き画像に含まれる第1の座標点と前記第2の間引き画像に含まれる第2の座標点とを抽出し、前記第1の座標点と前記第2の座標点とは対応しており、前記第1の座標点と前記第2の座標点とに基づいて、前記第1の画像と前記第2の画像との間の第1のズレ量を算出する画像マッチング手段と、
前記第1の間引き画像から前記第1の座標点を含む第1の部分画像を抽出し、前記第2の間引き画像から前記第2の座標点を含む第2の部分画像を抽出し、前記第1の部分画像に含まれる各座標点の輝度値の順列を座標に対して反転させた値と、前記第2の部分画像に含まれる各座標点の輝度値とに基づいて出力信号列を生成するフィルタ手段と、
前記出力信号列において出力値が最大となるピーク位置を検出し、前記ピーク位置に基づいて、前記第1の画像と前記第2の画像との間の第2のズレ量を算出するピーク位置検出手段と、
前記第1のズレ量および前記第2のズレ量に基づいて視差値を算出する算出手段と、
を具備するステレオ画像処理装置。 - 前記第1の画像は、対象物を第1の撮像系を用いて撮像した画像であり、前記第2の画像は、前記対象物を第2の撮像系を用いて撮像した画像である、
請求項6に記載のステレオ画像処理装置。 - 前記第1の座標点と、前記第2の座標点との画像輝度の相違度は、前記第1の座標点と、前記第2の間引き画像に含まれる前記第2の座標点以外の座標点との画像輝度の相違度よりも小さい、
請求項6に記載のステレオ画像処理装置。 - 前記間引き手段の前段に設けられ、前記間引き手段に入力される前記第1の画像及び前記第2の画像の信号を構成する低周波数側成分及び高周波数側成分の内、前記高周波数側成分を抑制することにより、前記低周波数側成分のみを抽出し、前記高周波数側成分が除かれた、前記第1の画像及び前記第2の画像を前記間引き手段へ出力する抽出手段、
をさらに具備する請求項6に記載のステレオ画像処理装置。 - 前記第1の画像及び前記第2の画像のそれぞれは、複数のチャネル画像から構成され、
前記間引き手段は、前記第1の画像及び前記第2の画像から、前記複数のチャネル画像の内で1つのチャネル画像のみを抽出することにより、前記第1の間引き画像及び前記第2の間引き画像を形成する、
請求項6に記載のステレオ画像処理装置。 - 前記第1の画像及び前記第2の画像のそれぞれは、複数のチャネル画像から構成され、
前記間引き手段は、前記複数のチャネル画像を合成して1つの合成チャネル画像を形成することにより、前記第1の間引き画像及び前記第2の間引き画像を形成する、
請求項6に記載のステレオ画像処理装置。 - 前記第1の画像及び前記第2の画像のそれぞれは、複数のカラー画素ユニットから構成され、
各カラー画素ユニットは、赤画素、第1の緑画素、第2の緑画素、青画素の4画素から構成され、
前記赤画素、前記第1の緑画素、及び前記青画素は第1の画素グループを構成し、前記第2の緑画素は第2の画素グループを構成し、
前記間引き手段は、前記第1の画像の前記第1の画素グループ内で第1のチャネル合成画像を形成することにより、前記第1のチャネル合成画像と前記第2の画素グループの前記第1の画像とから成る前記第1の間引き画像を形成し、前記第2の画像の前記第1の画素グループ内で第2のチャネル合成画像を形成することにより、前記第2のチャネル合成画像と前記第2のグループの前記第2の画像とから成る前記第2の間引き画像を形成し、
前記画像マッチング手段は、前記第1のチャネル合成画像及び前記第2のチャネル合成画像に基づいて、前記ピクセル単位のズレ量を算出し、
前記フィルタ手段は、前記第1のチャネル合成画像及び前記第2の画素グループの前記第1の画像から、第1の逆位相フィルタ係数及び第2の逆位相フィルタ係数を算出し、
前記第2のチャネル合成画像を前記第1の逆位相フィルタ係数を用いてフィルタリングし、前記第2のグループの前記第2の画像を前記第2の逆位相フィルタ係数を用いてフィルタリングすることにより得られた第1のフィルタリング結果及び第2のフィルタリング結果を足し合わせることによって得られたフィルタリング結果を前記ピーク位置検出手段へ出力する、
請求項6に記載のステレオ画像処理装置。 - 取得手段は、第1の画像及び第2の画像を含むステレオ画像を取得し、
画像マッチング手段は、画像マッチング処理によって、前記第1の画像に含まれる第1の座標点と前記第2の画像に含まれる第2の座標点とを抽出し、前記第1の座標点と前記第2の座標点とは対応しており、前記第1の座標点と前記第2の座標点とに基づいて、前記第1の画像と前記第2の画像との間の第1のズレ量を算出し、
フィルタ手段は、前記第1の画像から前記第1の座標点を含む第1の部分画像を抽出し、前記第2の画像から前記第2の座標点を含む第2の部分画像を抽出し、前記第1の部分画像に含まれる各座標点の輝度値の順列を座標に対して反転させた値と、前記第2の部分画像に含まれる各座標点の輝度値とに基づいて出力信号列を生成し、
ピーク位置検出手段は、前記出力信号列において出力値が最大となるピーク位置を検出し、前記ピーク位置に基づいて、前記第1の画像と前記第2の画像との間の第2のズレ量を算出し、
算出手段は、前記第1のズレ量および前記第2のズレ量に基づいて視差値を算出する、
ステレオ画像処理方法。
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