JPH0410885A - 動きベクトル検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は動きベクトル検出装置に関し、より具体的１こ
は、画像信号から動きベクトルを検出する装置に関する
。

［従来の技術］ 画像信号処理による動きベクトル検出法としては、昭和
６０年特許出願公告第４６８７８号や、Ｊ、Ｏ，Ｌｉｍ
ｂ　ａｎｄ　Ｊ、Ａ、Ｍｕｒｐｈｙ　”Ｍｅａｓｕｒｉ
ｎｇ　ｔｈｅ　５ｐｅｅｄ　ｏｆ　Ｍｏｖｉｎｇ　０ｂ
ｊｅｃｔｓ　ｆｒｏｍ　Ｔｅ１ｅｖｉｓｉｏｎ　Ｓｉｇ
ｎａｌｓ＋、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　Ｃｏｍ、、Ｃｏ
ｍ−２３，４，ｐｐ、４７４−４７８（Ａｐｒｉｌ　１
９７５）等に記載されている時空間勾配法かある。この
時空間勾配法では、以下の基本式に従って各点の動き量
を算出する。即ち、 α＝Σ、　ｄ−ｓｉｇｎ（ｇ’ｘ）／ΣＢｌ　ｇ’−β
＝ΣＢ　ｄ−ｓｌｇｎ（ｇ”ｙ）／ΣＢｌ　ｇ’ｒ但し
、α、βは各々、Ｘ方向、Ｘ方向の動き量であり、ｄは
時間的に連続する画像間の同し場所に於ける濃度差、即
ち時間勾配を示し、ｇ’−１ｇ’ｖは画像をｇで表わし
たときのＸ方向、Ｘ方向の空間勾配を示す。また、Σお
は、ブロック内の総和演算を意味し、５１ｇｎ０はｇｏ
。１ｇ゛、の符号を出力する関数である。

［発明が解決しようとする課題］ 従来例は、入力画像の空間的な濃度分布か直線的である
場合、即ち画像濃度の空間勾配か一定である場合に、そ
の検出レンジに制限を持たない。

しかし実際には、画像の空間的な濃度分布はランダムな
周期をもって変化しているので、大きな動きには適用し
にくいという欠点がある。

そこで本発明は、このような欠点を解消した動きベクト
ル検出装置を提示することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る動きベクトル検出装置は、画面間の濃度差
を求める濃度差演算手段と、所定の重みの下で、現画面
及び前画面の平均空間勾配を演算する空間勾配演算手段
と、濃度差演算手段により求めた濃度差を空間勾配の符
号で補正する補正手段と、当該補正手段の出力の、所定
ブロック内の総和を求める第１の総和手段と、当該空間
勾配演算手段による平均空間勾配の絶対値の、所定ブロ
ック内の総和を求める第２の総和手段と、当該第１の総
和手段の出力を当該第２の総和手段の出力で除算する除
算手段とからなることを特徴とする。

［作用］ 上記空間勾配演算手段において、前画面と現画面で所定
の重みの下で、平均空間勾配を求めているので、空間勾
配が時間的に変化している画像についても、より正確な
動きベクトルを検出できる。

従ってまた、大きい動きの画像にも適用できるようにな
る。

［実施例コ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図を示す。１
０は画像信号の入力端子、１２．１４は１フイ一ルド期
間（又は１フレ一ム期間）、その入力信号を記憶（即ち
、時間遅延）するレジスタ、１６．１８は画像濃度分布
の空間勾配を演算するのに必要な数画素分の走査時間だ
け、その入力信号を記憶（即ち、時間遅延）するレジス
タ、２０２２．２４は減算器、２６は入力信号（減算器
２４の出力）の符号（正、負又はゼロ）を示す信号を出
力する符号出力回路、２８は乗算器、３０は２人力に適
切な重みをつけて平均化する最適平均化回路、３２は最
適平均化回路３０の出力信号の絶対値を出力する絶対値
回路、３４．３６は指定ブロック内のデータを累積加算
する総和回路、３８は総和回路３４の出力を総和回路３
６の出力で除算する除算器、４０は水平又は垂直方向へ
の画像の動き量を示す信号の出力端子である。

第１図の動作を説明する。入力端子１０に入力した画像
信号ｇは３経路に分けられ、第１に、レジスタ１２及び
減算器２０により、時間的に連続する２つのフィールド
（又はフレーム）画面間での濃度差、即ち時間勾配ｄか
算出される。第２に、レジスタ１６及び減算器２２によ
り、現画面（フィールド又はフレーム）内の空間勾配ｇ
ｄ２か算出され、第３に、レジスタ１４による前フィー
ルド（又はフレーム）の画像信号を使って、レジスタ１
８及び減算器２４により、前画面（フィールド又はフレ
ーム）内の空間勾配ｇａ＋が算出される。

最適平均化回路３０は前画面及び現画面の空間勾配ｇ　
１１１１　　ｇ　ａ２に対し、最適の重み付けをして平
均化する。例えば、ｇｉｎ：　ｇａｚ＝３　＋　１であ
れば、最適平均化回路３０は、 ｇ　ｄ、＝　（３／４）　ｇ　ａ１＋　（１／４）　ｇ
　ｍ＊　　　　　　（１）で表わされる平均値ｇａｓを
出力する。絶対値回路３２は最適平均化回路３０の出力
の絶対値をとり、総和回路３６に供給する。総和回路３
６は、所定数の画素からなるブロック内で、絶対値回路
３６の出力の総和をとり、その総和を除算器３８の分母
入力に印加する。

符号出力回路２６は空間勾配ｇ＜＋か正のときには、＋
１、ゼロのときには０１負のときには−１を出力し、乗
算器２８は時間勾配ｄ（減算器２０の出力）に符号出力
回路２６の出力を乗算する。

そして、総和回路３４はブロック毎に乗算器２８の出力
の総和を計算する。総和回路３４の出力は除算器３８の
分子入力に印加される。除算器３８は総和回路３４の出
力を総和回路３６の出力で除算する。除算器３８による
除算結果は、各ブロックでの空間勾配方向の動き量を示
しており、出力端子４０からは、各ブロック毎の水平又
は垂直方向の動き量を得ることができる。

次に、第２図乃至第５図を参照して、最適平均化回路３
０における重みの決定方法及びその効果を説明する。簡
単なのため、画像の濃度分布を１次元の正弦波と仮定し
、その波形図を第２図に示す。第２図において、縦軸は
画像の濃度値を、横軸は画面中の位置を示す。Ａは正弦
波の振幅、Ｂはバイアス、Ｔは周期であり、ｇ、は移動
前の画像、ｇ、はαだけ移動した後の画像である。第２
図の図示した正弦波に時空間勾配法を適用すると、以下
のようになる。時間勾配をｄ（ｘ）、ｇ、のＸ方向の偏
微分（空間勾配）をｇａ、（ｘ）とすると、ｄ（ｘ）＝
ｇ＋　　ｇｓ ＝Ａ　（ｓｉｎωｘ−ｓｉｎω（ｘ−ａ）　）　　（２
）ｇｇ＋（ｘ）＝　Ａ　　ωｃｏｓω　ｘ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）となる。但
し、ω＝２π／Ｔである。

これにより、推測される移動量ｅ（α）は、前出の基本
式から、 ｅ（α）＝ΣＢｄ（ｘ）・ｓｉｇｎ（ｇ＜＋）／Σａ　
ｌ　ｇｄ＋　１　　（４）で与えられる。Σ、は、総和
回路３４．３６によるブロック内の総和を表わしている
。ブロックの大きさをパターンの周期Ｔと等しくしたと
きの移動量ｅ（α）を推定すると、 ｅ（α）＝　（２π／Ｔ）　ｓｉｎωα＝（２π／Ｔ）
ｓｉｎ（２πα／Ｔ）　　（５）となる。これを、横軸
を画素単位の画面の動き量α、縦軸を画素単位の推定結
果として図示したのが、第３図である。

同様に、２つのフィールド（又はフレーム）画像の勾配
を単純平均したときの推定結果は、ｅ（α）＝　（Ｔ／
π）　ｔａｎ　（ｒ　α／Ｔ）　　　（６）となる。こ
れを、第４図に図示した。画像を正弦波と仮定した場合
、移動量かＴ／２のときに平均勾配がゼロになるのでα
＝Ｔ／２のところで発散しているが、このようなことは
実際には起こりえない。一般には、単純に基準となる前
フィールド（又はフレーム）画像の空間勾配だけを利用
するよりも、現フィールド（又はフレーム）画像の空間
勾配との平均を行なうことにより、若干の特性改善を図
れる。

次に、空間勾配を平均するという考え方を更に拡張して
、適当な重みを付けて平均化することを考える。通常、
基準となる前フィールド（又はフレーム）画像の空間勾
配と、現フィールド（又はフレーム）の空間勾配の参照
割合をｎ；１とすると、そのときの推定結果は次式で表
わされる。

但し、ω＝２π／Ｔ 式（７）は、ｎ＝＋（３）のとき式（５）に、ｎ＝１の
とき式（６）に等しい。ｎ＝２．３．４としたときの推
定結果を第５図に図示した。第３図及び第４図と比較す
ると、特にｎ＝３で顕著であるか、飛躍的に検出レンジ
か延びていることが分かる。

次に、前画面の空間勾配の現画面の空間勾配に対する参
照比重であるｎの有効範囲を説明する。

条件として、移動量α＝±Ｔ／８のときに、真値（即ち
±Ｔ／８）に対する真値と推定結果との誤差の割合が±
５％以内であるとき、参照比重ｎが有効であるためには
、 １４≦ｎ≦９ であればよい。ｎ；１４のとき及びｎ＝９のときの推定
結果を第６図に示す。

ｎ＝１のとき、即ち単純平均勾配法ではα＝±Ｔ／８の
ときの、真値に対する誤差の割合は５５％であり、ｎ＝
■のとき、即ち前画面の空間勾配のみを用いる従来法で
は１０％の誤差が発生するが、１４≦ｎ≦９の範囲内の
重み付き平均勾配を用いることにより、誤差を±５％以
下に抑制できる。

第７図を参照して、第２の実施例を説明する。

第１図の回路では、推定式の分子に相当する部分を求め
るのに、前画面の空間勾配の符号を用いたが、その代わ
りに、重み付きで空間勾配を平均化した後の値、即ち第
１図の最適平均化回路３ｏの出力の符号を用いてもよい
。こうにすれば、空間勾配の大きさだけでなく、その符
号についても、現画面を参照することになり、特性改善
を期待できる。第７図は、その変更実施例の回路構成ブ
ロック図を示す。４２は第１図の符号出力回路４２と同
じ機能の符号出力回路であり、最適平均化回路３０の出
力を入力としている点が、第１図と異なる。その他の構
成要素は第１図と同じであり、同じ符号を付しである。

２５６Ｘ　２５６Ｘ　１　（バイト）の画像を例に、従
来の時空間勾配法、重み１対１で空間勾配を単純に平均
する平均勾配法、及び第７図の実施例による重み付き平
均勾配法を比較してみた。その比較結果を第８図に示す
。第８図において、×は従来の時空間勾配法による推定
結果、○は平均勾配法による推定結果、口は本実施例に
よる推定結果である。

重みは、（前画面）＝（現画面）　＝３　：　１とした
。

他の２つの方法に比べて検出レンジが飛躍的に拡大して
いるのが分かる。

第９図は、更に別の実施例の構成ブロック図を示す。第
１図と同じ構成要素には同じ符号を付しである。４４は
１フイールド（又はフレーム）分の時間遅延を与えるレ
ジスタ、４６は最適平均化回路３０と同様の最適平均化
回路、４８は数画素走査時間分の遅延を与えるレジスタ
、５０は減算器である。最適平均化回路４６は入力端子
１０からの現画像信号及びレジスタ４４からの前画面の
画像信号を、適当な重みの下で平均化する。レジスタ４
８及び減算器５０は、最適平均化回路４６の出力から空
間勾配を演算し、減算器５０の出力は符号出力回路２６
及び絶対値回路３２に印加される。先に説明したように
、レジスタ１２及び減算器２０により濃度差ｄが求めら
れている。従って、以降は、第１図と同様に処理されて
、出力端子４０から動き量の信号が得られる。

第９図の構成では、第１図及び第７図に比べて、数画素
走査時間分の遅延を与えるレジスタが１個不要になり、
それだけハードウェア構成を簡略化できる。

［発明の効果］ 以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれ
ば、大幅な回路の増設なしに動きベクトルの検出レンジ
を拡大できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図、第２図は
周期Ｔの画像パターンの断面図、第３図は周期Ｔのパタ
ーンに時空間勾配法を適用して移動量を推定した場合の
推定結果、第４図は平均勾配法による推定結果、第５図
は第１図の実施例による推定結果、第６図は重みの有効
範囲の説明図、第７図は本発明の別の実施例の構成ブロ
ック図、第８図は従来例と第７図の実施例の推定結果の
比較図、第９図は本発明の第３の実施例の構成ブロック
図である。 １０：画像信号入力端子　１２，１４，１６，１８　４
４　４８：レジスタ　２０　２２　２４５０：減算器　
２６゜４２，４６：符号出力回路２８：乗算器　３０：
最適平均化回路　３２絶対値回路　３４，３６：総和回
路　３８：除算器　４０：出力端子 第１図 （単純平均） 第 図 ｅ（α） ｅ（α） 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 画面間の濃度差を求める濃度差演算手段と、所定の重み
   の下で、現画面及び前画面の平均空間勾配を演算する空
   間勾配演算手段と、濃度差演算手段により求めた濃度差
   を空間勾配の符号で補正する補正手段と、当該補正手段
   の出力の、所定ブロック内の総和を求める第１の総和手
   段と、当該空間勾配演算手段による平均空間勾配の絶対
   値の、所定ブロック内の総和を求める第２の総和手段と
   、当該第１の総和手段の出力を当該第２の総和手段の出
   力で除算する除算手段とからなることを特徴とする動き
   ベクトル検出装置。