JP6368593B2 - 画像処理プログラム、情報処理システム、画像処理方法 - Google Patents
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ある実施の形態の画像処理プログラムは、コンピュータを、被写体からの赤外線の情報を主として含む赤外線画像と、被写体からの赤外線とは異なる波長の光の情報を主として含む非赤外線画像とを取得する画像取得手段と、非赤外線画像の特徴量に基づいて、赤外線画像を補正する補正手段として機能させる。
好ましくは、非赤外線画像は、RGB画像を含む。
あるいはさらに好ましくは、補正手段は、赤外線画像の被写体が存在する領域だけを抽出する。
好ましくは、補正手段は、2値化された非赤外線画像の各画素値を赤外線画像の各画素値に乗じる。
まず、本実施の形態の画像処理プログラムの適用例について説明する。図1は、本実施の形態の画像処理プログラムの適用例を示す模式図である。図1を参照して、本実施の形態の画像処理プログラムは、情報処理装置1において実行され、被写体を撮像して得られた画像に対して後述するような処理を実行することで、当該被写体の位置を決定する。本実施の形態においては、被写体からの赤外線の情報を主として含む赤外線画像(以下、「IR(Infrared)画像」と記す場合がある。)が取得され、その赤外線画像に対して処理が実行される。本明細書において、赤外線画像は、被写体で反射されて生じる赤外線、および被写体自体が発生する赤外線の少なくともいずれかの情報を含む。さらに、主として赤外線の情報を含むものであればよく、赤外線の情報とともに可視光線の情報を含む画像を排除するものではない。
次に、情報処理装置1の構成例について説明する。図2は、本実施の形態の情報処理装置1の構成例を示す模式図である。図2を参照して、情報処理装置1は、典型的なコンポーネントとして、ディスプレイ2と、撮像部4と、入力部6と、通信部8と、CPU(Central Processing Unit)10と、DRAM(Dynamic Random Access Memory)12と、フラッシュメモリ14とを含む。
次に、本実施の形態の画像処理プログラムにより実行される位置決定処理の概要について説明する。本実施の形態の位置決定処理は、取得された赤外線画像に含まれる被写体を示す画像(representation)の情報から、当該被写体(の注目する部分)の位置を決定する。位置を決定する対象となる被写体のする部分(現実の物体)を、以下では「オブジェクト」と称し、赤外線画像内の「オブジェクト」に対応する領域を「オブジェクト領域」と称す。
・撮像部の露光時間
・オブジェクトの表面反射率
・(撮像部4からオブジェクトまでの距離)−2
また、オブジェクト領域の大きさ(サイズ)は、撮像部4からオブジェクトまでの距離に反比例する。
次に、赤外線画像を取得する処理およびそれに用いられる機構について説明する。
図6は、本実施の形態の情報処理装置1の撮像部4のいくつかの構成例を示す模式図である。図6(a)には、IRフィルタを含むベイヤー配列の撮像素子を用いた構成例を示し、図6(b)には、赤外線画像(IR画像)および非赤外線画像(RGB画像)をそれぞれ生成する撮像素子を個別に設けた構成例を示す図である。
次に、赤外線の投光機能について説明する。赤外線画像は、主として、被写体からの赤外線の情報から生成されるが、一般的な使用環境において、被写体に入射する赤外線の量が十分でないことも多い。そのため、撮像部4の機能として、赤外線の投光機能を搭載することが好ましい。すなわち、情報処理装置1の画像取得機能としては、被写体に赤外線を照射しつつ撮像される赤外線画像を取得することが好ましい。
図8は、撮像条件を一定とした場合の撮像部4からオブジェクトまでの距離と撮像部4で検出される赤外線の明るさとの関係を示す図である。なお、距離および明るさの単位は任意単位である。上述したように、赤外線画像内のオブジェクト領域の明るさは、(撮像部4からオブジェクトまでの距離)の二乗に反比例するので、図8に示すように、オブジェクトが撮像部4から離れるに従って、撮像部4で検出される赤外線の明るさは漸減する。また、検出される明るさの単位当たりの変化に相当する距離変化は、距離が大きくなるほど大きくなる。これは、オブジェクトが撮像部4から離れるに従って、距離の算出感度(すなわち、分解能)が低下することを意味する。図8に示す特性例においては、距離が20未満である場合には、0.5程度の分解能があり、距離が20〜40である場合には、1程度の分解能があるが、距離が40以上である場合には、2.5程度の分解能しか得られない。
撮像部4の露光方法としては、ローリングシャッター方式およびグローバルシャッター方式のいずれを用いてもよい。ローリングシャッター方式は、順次走査であるため、消費電力が相対的に少なく、携帯型の情報処理装置に好適である。一方、グローバルシャッター方式は、露光時間が相対的に短いので、動きの激しい被写体をより適切に撮像することができる。
(e1:オブジェクト領域(被写体の領域)の特定(ステップS4,S14))
オブジェクト領域の特定方法としては、例えば、赤外線画像内の照度分布の特徴点(例えば、照度が大きく変化するエッジ点)などから外形を抽出する方法、赤外線画像に含まれる他の特徴量に基づいて領域または外形を抽出する方法、および被写体(オブジェクト)が固有に有する形状の少なくとも一部に基づいて抽出する方法などを用いることができる。
特定された手に対応するオブジェクト領域に応じて、所定領域が設定される。所定領域としては、矩形に限られることなく、特徴量を示す外形(オブジェクト領域)をそのまま用いてもよいし、オブジェクトの形状が既知である場合には、その既知の形状に相似な形状を用いてもよい。さらに、オブジェクト領域外の領域を含むように所定領域を設定してもよい。
本実施の形態の位置決定処理においては、基本的には、所定領域に含まれる画素の照度から算出される代表値に基づいて、オブジェクトの位置が決定される。この際、赤外線画像に注目するオブジェクト以外の物体が写っているような場合もあり、このような物体により生じる部分画像によって位置を誤って決定する可能性もある。そのため、以下のような条件を用いて、このような誤った位置の決定を回避する。なお、以下の条件のすべてを用いてもよいし、一部のみを用いてもよい。
一つの条件として、所定領域の明るさと所定領域の大きさとが所定の関係を満たしているか否かを判断し、所定の関係を満たしているときに、所定領域の明るさに基づいて、被写体の位置を決定するようにしてもよい。
上述のような所定領域の明るさと所定領域の大きさとの相対的な関係に着目する方法に代えて/加えて、所定領域の大きさそのものが所定の条件を満たしているか否かを判断し、所定の条件を満たしているときに、所定領域の明るさに基づいて、被写体の位置を決定するようにしてもよい。
所定領域の明るさは、撮像部4からオブジェクトまでの距離の二乗に反比例するので、ある時点で所定領域の明るさがBであると算出されると、そのときの撮像部4とオブジェクトとの間の距離Lは、以下のように示すことができる。
但し、L0は、キャリブレーションによって取得された撮像部4とオブジェクトとの間の距離であり、B0は、キャリブレーションによって取得された所定領域の明るさである。
上述したように、情報処理装置1は、演算周期毎にオブジェクトの3次元座標を算出し、これらの時系列で出力される3次元座標からオブジェクトの時間的な挙動を取得する。すなわち、情報処理装置1は、オブジェクトの位置の時間的変化を出力する。このような位置の時間的変化を用いて、ユーザの行なうジェスチャを判断したり、各種のゲーム処理などを進行することができる。
オブジェクト(被写体)を基準状態にしてキャリブレーションを行なう必要がある。基準状態は、どのような状態であってもよいが、オブジェクトが撮像部4に近すぎる場合、または撮像部4から遠すぎる場合には、位置決定の精度が低下するので、オブジェクトが動き得る範囲の中間地点でキャリブレーションすることが好ましい。そのため、このようなキャリブレーションを支援するようなユーザインターフェイスを提供するようにしてもよい。
上述の説明では、基準状態における位置を基準として、オブジェクトの相対位置を順次決定する処理例について説明した。基準状態における絶対位置(絶対距離)を取得できれば、相対位置ではなく、絶対位置を疑似的に算出できる。
上述したオブジェクトの位置を決定する処理においては、赤外線画像内のオブジェクト領域を特定し、所定領域を設定する(図5のステップS4,S6,S14,S16)。このような処理において、オブジェクトのみが写った赤外線画像を取得することが好ましい。しかしながら、オブジェクトの撮像時に当該オブジェクトの背景に赤外線を放射する物体があったような場合には、そのような物体からの赤外線がノイズとして赤外線画像内に入り込む。このような場合には、赤外線画像に何らかの補正(前処理)を行なった上で、オブジェクト領域を特定することが好ましい。
本実施の形態では、赤外線画像内のオブジェクトを表現するオブジェクト領域を特定し、オブジェクト領域に応じて所定領域を設定する。この設定された所定領域の明るさおよび大きさに基づいて、赤外線画像に含まれるオブジェクトの位置を決定するので、1つの撮像部があれば十分であり、実装コストを低減できる。また、フレーム毎に取得される赤外線画像内の所定領域の明るさおよび大きさを利用するので、距離算出に要する演算量を低減でき、より高速な処理を実現できる。
Claims (14)
- 画像処理プログラムであって、コンピュータを
被写体からの赤外線の情報を主として含む赤外線画像と、前記被写体からの赤外線とは異なる波長の光の情報を主として含む非赤外線画像とを取得する画像取得手段と、
前記非赤外線画像の特徴量に基づいて、前記赤外線画像を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された赤外線画像の情報を、補正前の赤外線画像または前記非赤外線画像に反映する反映手段として機能させる、画像処理プログラム。 - 前記非赤外線画像の特徴量は、前記赤外線画像からは得られない特徴量である、請求項1に記載の画像処理プログラム。
- 前記非赤外線画像は、RGB画像を含む、請求項1または2に記載の画像処理プログラム。
- 前記補正手段は、前記RGB画像から前記被写体の肌色領域を特定し、当該肌色領域に基づいて、前記赤外線画像を補正する、請求項3に記載の画像処理プログラム。
- 前記画像取得手段は、IRフィルタを含むベイヤー配列の撮像素子から前記赤外線画像および前記非赤外線画像を取得する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像処理プログラム。
- 前記補正手段は、赤外線画像に含まれる前記被写体を示す有効な情報を選択的に用いる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像処理プログラム。
- 前記補正手段は、赤外線画像の前記被写体が存在する領域以外を無視する、請求項6に記載の画像処理プログラム。
- 前記補正手段は、赤外線画像の前記被写体が存在する領域だけを抽出する、請求項6に記載の画像処理プログラム。
- 前記補正手段は、前記非赤外線画像に含まれる被写体の形状を特定する形状特定手段を含み、特定された形状における特徴量に基づいて、前記赤外線画像を補正する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の画像処理プログラム。
- 前記補正手段は、前記非赤外線画像を2値化することにより前記特徴量を得る、請求項1〜9のいずれか1項に記載の画像処理プログラム。
- 前記補正手段は、2値化された非赤外線画像の各画素値を前記赤外線画像の各画素値に乗じる、請求項10に記載の画像処理プログラム。
- 被写体の赤外光と、前記被写体からの赤外線とは異なる波長の光とを撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像により得られる、前記被写体からの赤外線とは異なる波長の光の情報を主として含む非赤外線画像の特徴量に基づいて、前記撮像部の撮像により得られる前記被写体からの赤外線の情報を主として含む赤外線画像を補正する処理部とを備え、
前記処理部は、当該補正された赤外線画像の情報を、補正前の赤外線画像または前記非赤外線画像に反映する、情報処理システム。 - 被写体からの赤外線の情報を主として含む赤外線画像と、前記被写体からの赤外線とは異なる波長の光の情報を主として含む非赤外線画像とを取得する画像取得手段と、
前記非赤外線画像の特徴量に基づいて、前記赤外線画像を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された赤外線画像の情報を、補正前の赤外線画像または前記非赤外線画像に反映する反映手段とを備える、情報処理システム。 - 被写体からの赤外線の情報を主として含む赤外線画像と、前記被写体からの赤外線とは異なる波長の光の情報を主として含む非赤外線画像とを取得するステップと、
前記非赤外線画像の特徴量に基づいて、前記赤外線画像を補正するステップと、
当該補正された赤外線画像の情報を、補正前の赤外線画像または前記非赤外線画像に反映するステップとを備える画像処理方法。
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