JP6034671B2 - 情報表示装置、その制御方法およびプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、情報表示装置、その制御方法、撮影装置、およびプログラムに関し、特に、撮影の際の予測可能な未来の状況を表示する技術に関する。
カメラでの撮影時に、よりよい撮影ができるように、カメラの情報表示装置には撮影の際の露出、シャッタースピード、合焦状態、顔検出の状態等、様々な情報が表示される。特許文献1では、撮影の際に人物領域の中心と撮影画面の中心との差が小さい場合、もしくは、撮影画面内での人物領域の占有面積が小さい場合にトリミングすべき範囲を重ねて表示することが開示されている。
また、特許文献2では、撮影の際の位置情報を含む撮影情報から対応する推奨構図データを読み出し、撮影画像に重畳して表示することが開示されている。さらに、特許文献3では、被写体の位置があらかじめ定められた適正範囲と対比して構図不良であると判定されたときに、カメラを動かすべき構図修正方向を表示することが開示されている。
特開2003−338955号公報 特開2002−10114号公報 特開2003−274226号公報 特開平7−92651号公報
コンピュータビジョンのための画像の特徴点の抽出,電子情報通信学会誌 87(12),1043−1048,2004−12−01 コンピュータビジョン−視覚の幾何学−,佐藤淳,コロナ社,1999
しかしながら、特許文献1乃至特許文献3では、動きのある物体を撮影する際に良好な撮影を行うための情報を表示する技術については開示がなく、動きのある物体が将来どのような位置に来た時に撮影するのがよいかをユーザがイメージすることが困難であるという課題がある。
上記の課題に鑑み、本発明は、動きのある物体に対して良好な撮影を行う技術を提供することを目的とする。
上記の目的を達成する本発明に係る情報表示装置は、
撮像手段による撮像画像から検出される被写体の動き情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された動き情報に基づいて、前記被写体が前記撮像手段による撮像画像内における所定の位置に達するか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記所定の位置に達すると動き情報に基づいて判定された被写体に応じて、当該被写体に基づく画像が前記撮像手段による撮像画像内の前記所定の位置に重畳された重畳画像を表示画面上に表示させ、前記判定手段により被写体が前記所定の位置に達しないと動き情報に基づいて判定された場合、前記重畳画像を前記表示画面上に表示させない表示制御手段とを有することを特徴とする。
本発明によれば、動きのある物体に対して良好な撮影を行うことが可能となる。
第1実施形態に係る情報表示装置のハードウェア構成の一例を示す図。 第1実施形態に係る情報表示装置の機能ブロック図。 第1実施形態に係る情報表示装置が実施する処理の手順を示すフローチャート。 第1実施形態に係る撮影主体動きパラメータ推定処理の手順を示すフローチャート。 第1実施形態に係る表示時刻算出処理の手順を示すフローチャート。 画像入力部により取得された画像の一例を示す図。 画像出力部から出力して表示する画像の一例を示す図。 構図情報の一例を示す図。
(第1実施形態)
本実施形態では、撮影しようとしている主体が動きのある物体である時、主体が動くことで良好な撮影ができるようになる時刻を算出して、その時刻における撮影主体の状態(位置およびサイズ)を予測して表示する構成について説明する。
まず図1を参照して、第1実施形態に係る情報表示装置のハードウェア構成の一例を説明する。情報表示装置10は、CPU101と、GPU102と、映像入力部103と、映像出力部104と、操作入力部105と、距離入力部106と、メモリ107と、クロック108とを備えている。
CPU101は、中央演算処理装置であり、メモリから読み出したプログラムを実行することにより各処理部の動作を制御する。GPU102は、グラフィックスの表示に必要な計算処理を行う半導体チップである。映像入力部103および映像出力部104は、それぞれ映像データを入力、出力する。操作入力部105は、ユーザ操作を受け付けて入力する。距離入力部106は、距離センサであり、物体に対する距離情報を取得する。メモリ107は、撮影画像を記録し、また情報表示装置10の動作を制御するためのプログラムを格納する。クロック108は、計時動作を実行する。
次に図2を参照して、第1実施形態に係る情報表示装置の機能ブロックの一例を説明する。情報表示装置10は、画像入力部201と、撮影主体動きパラメータ推定部202と、表示時刻算出部203と、描画部204と、画像出力部205と、撮影主体推定部206と、撮影部207とを備えている。
画像入力部201は、例えばCCDやCMOSセンサであり、画像・映像を入力する。撮影主体動きパラメータ推定部202は、画像入力部201から取得した映像と、撮影主体推定部206により推定された撮影主体とに基づいて、撮影主体の動き情報を算出する。
表示時刻算出部203は、撮影主体が撮影構図上の適切な位置(所定位置)に到達する予想時刻を算出する。描画部204は、撮影主体が撮影構図上適切な位置に到達する可能性がある場合に、現在時刻から最も近い時刻tkでの撮影主体を画像出力部205に表示する。画像出力部205は、画像を出力表示する。
撮影主体推定部206は、撮影しようとする主体を推定する。撮影主体とは、撮影範囲の中で撮影者が最も重要視する対象を指す。撮影主体は、操作入力部105としてのシャッターの半押し、もしくは押下の際のオートフォーカスのロック点によって推定し、操作入力部105としてのタッチパネルでのフォーカスポイント・撮影主体の指定によって推定し、あるいは、顔認識または人体認識等を行うことによって推定する。複数の撮影主体があってもよいし、複数の撮影主体の候補がある時には、ユーザが候補から撮影主体を選択したり、評価点を付けて最も高いポイントの撮影主体候補を撮影主体として選択したりしてもよい。撮影部207は、撮影を行う。
本実施形態では、画像入力部201、画像出力部205がハードウェアによる実装、描画部204がGPU(Graphic Processing Unit)とCPUのプログラムによる実装、撮影主体動きパラメータ推定部202と表示時刻算出部203がCPUのプログラムによる実装である例を示した。ただし、実装時に何れの処理を何れの処理部で行うかは任意であり、実装する際に容易に変更することができる。
以下、図3のフローチャートを参照して、第1実施形態に係る情報表示装置が実施する処理の手順を説明する。S301において、画像入力部201は、撮影対象となる映像を入力する。例えば、図6に示すような画像が入力されたものとする。
S302において、撮影主体推定部206は、S301で入力された画像および/または操作入力部105を用いて、撮影しようとする主体を推定する。撮影主体とは、撮影範囲の中で撮影者が最も重要視する対象である。撮影主体は、操作入力部105としてのシャッターの半押し、もしくは押下の際のオートフォーカスのロック点によって推定したり、操作入力部105としてのタッチパネルでのフォーカスポイント・撮影主体の指定によって推定したり、あるいは、顔認識/人体認識等を行うことによって推定する。
S303において、撮影主体動きパラメータ推定部202は、S301で入力された画像と、S302で推定された撮影主体とに基づいて、撮影主体の動き情報を算出する。ここで動き情報とは、時刻tにおける撮影主体の位置(x(t),y(t),z(t))を記述するための関数とそのパラメータを指す。特に、本実施形態では時刻tにおける物体の位置(x(t),y(t),z(t))をチェビシェフ近似により2次の多項式で近似した際の係数を算出する例について説明する。
ここで、図4のフローチャートを参照して、第1実施形態に係る撮影主体動きパラメータ推定処理(S303)の詳細を説明する。
S401において、撮影主体動きパラメータ推定部202は、物体追跡のために得られた画像中で物体を代表する点を、特徴点として抽出する。例えば、カメラから取得された画像の各画素における特徴量を計算する特徴量計算と、特徴点のうち領域内で特徴量が最大になる画素を特徴点の代表として選択する処理を行う。また特徴量計算として、非特許文献1では、特徴点抽出に用いられるHarris作用素について説明されている。なお、特徴点を抽出する方法は上記の方法に限定されず、いかなる方法を用いてもよい。
S402において、撮影主体動きパラメータ推定部202は、処理中の画像の特徴点と、直前に取得された画像の特徴点との対応付けを行い、特徴点を追跡する処理を行う。例えば、直前フレームの各特徴点の対応点を、選択された正方領域と隣接する正方領域の中から、特徴量の最も近い特徴点を探索する方法により行うことができる。また、全領域から特徴量の最も近い特徴点を探索してもよい。なお、特徴点を追跡する方法は上記の方法に限定されず、いかなる方法を用いてもよい。
これら特徴点抽出処理と特徴点追跡処理は、マーカーを使えない環境下における物体追跡処理として一般的なものである。
S403において、撮影主体動きパラメータ推定部202は、特徴点の座標を算出する。より具体的には、S402の特徴点追跡処理によって得られた二次元のxy座標から三次元座標を算出する。例えば、平行ステレオカメラで撮影された二枚の画像に対して、まずS402の特徴点追跡処理と同様に、二枚の画像間の対応点を調べる。次に対応が取れた点(XL,YL),(XR,YR)に対して、非特許文献2のように、以下の式(1)に示す計算を行うことで三次元座標での(x,y,z)の座標値を算出する。但し、fはカメラの焦点距離、Bはステレオカメラ同士のレンズ中心の座標の差分を表している(2つのステレオカメラはx方向のみ座標差がある位置に固定しているものとする)。
また、X座標、Y座標は画像入力部201へ入力された画像から求め、Z座標は距離入力部106の距離センサを用いて取得する方法も適用可能である。画像入力部201により入力されたX座標、Y座標が(XI,YI)、距離入力部106から得られたZ座標がZIの時、三次元座標は以下の式(2)に示す計算を行うことにより三次元座標での(x,y,z)の座標値を算出することもできる。但し、fはカメラの焦点距離である。
なお、本実施形態では、S403の特徴点座標算出処理でxyz座標を算出してから後の処理を行っているが、撮影対象によってはxy座標のまま後の処理を行っても十分であるケースもある。xy座標のまま処理を行う方法は本実施形態の説明から容易に実施可能であるのでここでは説明しない。他にも、カメラモデルを推定してステレオカメラで撮影された画像から三次元座標を復元する各種方法が使用できる。
S404において、撮影主体動きパラメータ推定部202は、S403で算出された撮影主体の三次元座標と、クロック108から取得したその時の時刻とに基づいて、撮影主体の動きパラメータを算出する(動き推定処理)。動きパラメータとは、時刻tにおける物体の位置(x(t),y(t),z(t))を記述するための関数とそのパラメータを指す。特に、本実施形態では、時刻tにおける物体の位置(x(t),y(t),z(t))をチェビシェフ近似により2次の多項式で近似した際の係数mx2,mx1,mx0,my2,my1,my0,mz2,mz1,mz0を動きパラメータとして算出・推定することを例として説明する。
まず撮影主体動きパラメータ推定部202は、得られた撮影主体の三次元座標(xm(t),ym(t),zm(t))から二次式での係数を算出する。但し、tはクロック108から得たその時の時刻である。ここでは、説明を簡単にするため、過去n回の時刻ti(i=−(n−1)..0,但しi=0は現時刻)における撮影主体の位置(xm(ti),ym(ti),zm(ti))が得られたとして、これらの情報を用いて式(3)に示す式の各項の係数mx2,mx1,mx0,my2,my1,my0,mz2,mz1,mz0を動きパラメータとして、チェビシェフ近似によって求める。
以上で図4のフローチャートの各処理が終了する。
次に、図3のフローチャートに戻り、S304において、CPU101は、構図情報を順に検索するためにイタレーション変数iを0に初期化する処理を行う。
S305において、表示時刻算出部203は、撮影主体が撮影構図上重要な、適切な位置に到達する予想時刻を算出する。ここで、図5のフローチャートを参照して、第1実施形態に係る表示時刻算出処理(S305)の詳細を説明する。
S501において、表示時刻算出部203は、図8に示す構図情報からi番目の構図を選択する。図8の例では、構図#0〜#3の4つが登録されている。図8に示すように、構図情報は撮影時における撮影主体の中心座標(x,y)、撮影時の画像サイズを(SIZEX,SIZEY)、許容できる距離をrとしたときの不等式で表される。この不等式を満たしている時、撮影主体が撮影構図上適切な位置にあると判定される。
構図#0は中央一点構図(日の丸構図)であり、不等式は(x−SIZEX/2)+(y−SIZEY/2)<rである。構図#1は3分割構図であり、不等式は(x−SIZEX*1/3)+(y−SIZEY*1/3)<r、または(x−SIZEX*2/3)+(y−SIZEY*1/3)<r、または(x−SIZEX*1/3)+(y−SIZEY*2/3)<r、または(x−SIZEX*2/3)+(y−SIZEY*2/3)<rである。構図#2は3分割構図であり、不等式は(y−SIZEX/2)<rである。構図#3は垂直線構図であり、不等式は(x−SIZEX/2)<rである。
構図情報では、撮影された状態での2次元座標で判定を行うため、時刻tにおける撮影主体の位置を、以下の式(4)により撮影された状態での2次元座標に変換する。但し、fはレンズの焦点距離、mx、myはそれぞれx方向、y方向の撮像素子の単位距離あたりの画素数である。
S502において、表示時刻算出部203は、撮影主体の動きパラメータとi番目の構図の不等式とから、撮影主体が撮影構図上適切な位置に到達する可能性があるか否かを判定し、撮影構図上適切な位置に到達する可能性がある場合にはその時刻を算出する。具体的には、不等式が満たされる未来の時刻があるならば、撮影構図上適切な位置に到達する可能性があると判定する。またその時刻の中で現在時刻から最も近い時刻をtkとする。
S503において、表示時刻算出部203は、撮影主体が撮影構図上適切な位置に到達する時刻が過去の時刻、もしくは一定時間以上未来の時刻であるときは表示を行わないように制御する(時刻チェック)。すなわち、現在の時刻から一定以上未来の時刻である場合は撮影される可能性が低いと判断する。例えば簡単に0秒以下、10分以上を表示しないように制御してもよい。
S504において、表示時刻算出部203は、撮影主体が撮影構図上適切な位置に到達する時刻において、撮影主体の大きさが撮影構図上大きすぎたり小さすぎたりするときは表示を行わないように制御する(主体大きさチェック)。すなわち、到達予想時刻における撮影主体のサイズが第1のサイズ以上または当該第1のサイズよりも小さい第2のサイズ以下である場合には、撮影主体を描画しないように制御する。例えば撮影主体の長辺が撮像時の短辺の1/4以下となる場合は小さ過ぎであると判定し、撮像時の短辺の7/8以上となる場合は大き過ぎであると判定して表示を行わないように制御してもよい。
S505において、表示時刻算出部203は、表示する/表示しないという判定が頻繁に変わることで表示が煩わしくならないように制御する(パラメータロックチェック)。具体的には、例えば撮影主体が撮影構図上適切な位置に到達する可能性があって「表示する」という判定がなされた回数が一定回数以下(あるいは一定時間以下)である場合は表示を行わないように制御する。以上で図5のフローチャートの各処理が終了する。
次に、図3のフローチャートに戻り、S306において、描画部204は、撮影主体が撮影構図上適切な位置に到達する可能性があって表示すると判定された場合、時刻tkにおける撮影主体を映像出力部104から出力して表示を行う。表示の際には、画像入力部101が撮影した撮影主体を切り抜き、時刻tkにおける撮影主体の座標に、その時刻における大きさでα合成(アルファブレンディング)を行い、映像出力部104から出力して表示する。
また、撮影主体が撮影構図上適切な位置に到達する時刻と現時刻との時間差を明示するように描画してもよい。例えば、時刻tkが近い未来の時刻であるときは強調して表示を行い、時刻tkが遠い未来となるにしたがって表示を強調しないように制御してもよい。
他の例では、α合成を行って表示する場合に、時刻tkが近い未来であれば不透明度を大きく、遠い未来であれば不透明度を小さくしてもよい。α合成を行う際には、主体の彩度を落とす、輪郭を太く強調する、明度を上げるなどを行い、未来の時刻における撮影主体であることが明確に撮影者に分かるようにする。
これらにより、描画された結果の一例は、例えば図7のようになる。撮影主体901は、S302の撮影主体推定処理により推定された撮影主体である。903と904と905と906は選択された撮影構図上適切な位置であるとされた箇所である。そして、撮影主体902は、撮影主体が撮影構図上適切な位置に到達した時の撮影主体である。
撮影主体を切り抜くアルゴリズムは、画像切り抜きアルゴリズムとして多数提案されているものが使用することができる。例えば特許文献4では、画像の輪郭線を抽出するアルゴリズムを複数備え、画像の特徴データ、オペレータの指示によって画像切り抜きを行う方法が提示されている。
S307において、撮影部207は、撮影主体が撮影構図上適切な位置に到達する可能性があって「表示する」との判定がなされた場合、時刻tkが現在の時刻であれば撮影処理を行う。最も簡単な例では、映像入力部103により取得した映像に対して圧縮処理を行いメモリ107に当該映像を格納する。
もしくは、撮影処理を実行する不図示の他装置に対して、撮影処理の起動を指示する旨の通知を送信する方法で撮影処理を実現してもよい。また、撮影を自動で行わずに、撮影者がシャッターボタンを押した時、操作入力部105がシャッターボタンの押下を検出して撮影を行う構成であってもよい。
S308において、CPU101は、イタレーション変数iを次の値にするためにインクリメント(+1)する。その後、ループ終了判定により、イタレーション変数iが構図情報の総数未満である場合にはS305−S308の処理を繰り返し、イタレーション変数iが構図情報の総数以上になる時にはループを抜けて処理を終了する。以上で図3のフローチャートの各処理が終了する。
以上説明したように、本実施形態では、撮影しようとしている主体が動きのある物体である時、主体が動くことでよい撮影ができるようになる時刻を算出して、その時刻における主体の状態(位置およびサイズ)を予測して表示する。これにより、撮影者はその情報を参考にして撮影することができるため、動きのある物体を撮影する際にもよりよい撮影をすることができる。
(その他の実施形態)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (14)

  1. 撮像手段による撮像画像から検出される被写体の動き情報を取得する取得手段と、
    前記取得手段により取得された動き情報に基づいて、前記被写体が前記撮像手段による撮像画像内における所定の位置に達するか否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段により前記所定の位置に達すると動き情報に基づいて判定された被写体に応じて、当該被写体に基づく画像が前記撮像手段による撮像画像内の前記所定の位置に重畳された重畳画像を表示画面上に表示させ、前記判定手段により被写体が前記所定の位置に達しないと動き情報に基づいて判定された場合、前記重畳画像を前記表示画面上に表示させない表示制御手段とを有することを特徴とする情報表示装置。
  2. 前記取得手段により取得された動き情報に基づいて前記被写体が前記所定の位置に達するタイミングを推定するタイミング推定手段と、
    前記タイミング推定手段により推定されたタイミングに前記撮像手段により撮像された画像が記録されるように制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の情報表示装置。
  3. 前記撮像手段による撮像画像から複数の被写体が検出された場合、当該複数の被写体から1以上の被写体を絞り込む絞り込み手段をさらに有し、
    前記判定手段は、前記複数の被写体のうち、前記絞り込み手段により絞り込まれた1以上の被写体が前記撮像画像内の前記所定の位置に達するか否かを判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の情報表示装置。
  4. 前記絞り込み手段は、前記撮像手段のフォーカス情報、前記複数の被写体に対する顔認識処理の結果、前記複数の被写体に対する人体認識処理の結果、及び、ユーザによる指定内容のうち、少なくとも何れかに基づいて絞り込みを行うことを特徴とする請求項3に記載の情報表示装置。
  5. 撮像画像内における被写体の位置を示す構図情報を複数記憶する記憶手段を有し、
    前記判定手段は、前記記憶手段により記憶された複数の構図情報によって示される複数の位置を前記所定の位置として、前記被写体が当該所定の位置に達するか否かを判定することを特徴とする請求項1乃至4のうち、何れか1項に記載の情報表示装置。
  6. 前記判定手段により前記所定の位置に達すると判定された被写体が前記所定の位置に達するまでにかかる時間を推定する時間推定手段を有し、
    前記表示制御手段は、前記時間推定手段により推定された時間が所定時間未満の被写体に基づく画像が前記所定の位置に重畳された画像を表示させることを特徴とする請求項1乃至5のうち、何れか1項に記載の情報表示装置。
  7. 前記判定手段により前記所定の位置に達すると判定された被写体が前記所定の位置に達したときのサイズを推定するサイズ推定手段を有し、
    前記表示制御手段は、前記サイズ推定手段により推定されたサイズが所定範囲内の被写体に基づく画像が前記所定の位置に重畳された画像を表示させることを特徴とする請求項1乃至6のうち、何れか1項に記載の情報表示装置。
  8. 前記表示制御手段は、前記被写体が前記所定の位置に到達することが推定される推定時刻と現時刻との時間差をさらに表示させることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の情報表示装置。
  9. 前記情報表示装置が前記撮像手段を有することを特徴とする請求項1乃至8のうち何れか1項に記載の情報表示装置。
  10. 記タイミング推定手段は、前記判定手段により前記所定の位置に達すると判定された被写体について、前記所定の位置に達するタイミングを推定することを特徴とする請求項2に記載の情報表示装置。
  11. 情報表示装置の制御方法であって、
    撮像手段による撮像画像から検出される被写体の動き情報を取得する取得ステップと、
    前記取得ステップにより取得された動き情報に基づいて、前記被写体が前記撮像手段による撮像画像内における所定の位置に達するか否かを判定する判定ステップと、
    前記判定ステップにより前記所定の位置に達すると動き情報に基づいて判定された被写体に応じて、当該被写体に基づく画像が前記撮像手段による撮像画像内の前記所定の位置に重畳された重畳画像を表示画面上に表示させ、前記判定ステップにより被写体が前記所定の位置に達しないと動き情報に基づいて判定された場合、前記重畳画像を前記表示画面上に表示させない表示制御ステップとを有することを特徴とする制御方法。
  12. 前記取得ステップにより取得された動き情報に基づいて前記被写体が前記所定の位置に達するタイミングを推定するタイミング推定ステップと、
    前記タイミング推定ステップにより推定されたタイミングに前記撮像手段により撮像された画像が記録されるように制御する制御ステップをさらに有することを特徴とする請求項11に記載の制御方法。
  13. 前記撮像手段による撮像画像から複数の被写体が検出された場合、当該複数の被写体から1以上の被写体を絞り込む絞り込みステップをさらに有し、
    前記判定ステップは、前記複数の被写体のうち、前記絞り込みステップにより絞り込まれた1以上の被写体が前記撮像画像内の前記所定の位置に達するか否かを判定することを特徴とする請求項11又は12に記載の制御方法。
  14. コンピュータを請求項1乃至10のうち何れか1項に記載の情報表示装置の各手段として動作させるためのプログラム。
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