JPH07222143A - 画像間の大域変位の検出方法 - Google Patents
画像間の大域変位の検出方法Info
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- JPH07222143A JPH07222143A JP6313153A JP31315394A JPH07222143A JP H07222143 A JPH07222143 A JP H07222143A JP 6313153 A JP6313153 A JP 6313153A JP 31315394 A JP31315394 A JP 31315394A JP H07222143 A JPH07222143 A JP H07222143A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 位相相関法を拡張し、１画素の０．５より著
しく良好な精度を持つ変位ベクトルを発生できる比較的
簡単な方法を提供する。 【構成】 画像フレーム記憶装置１０、位相相関装置１
２、一対の基準フレーム記憶装置１４、１６、そして空
間補間装置１８からなる。基準フレーム記憶装置１４、
１６は、それぞれ、フーリエ係数と、基準フレームから
得たサブブロック値を記憶する。
しく良好な精度を持つ変位ベクトルを発生できる比較的
簡単な方法を提供する。 【構成】 画像フレーム記憶装置１０、位相相関装置１
２、一対の基準フレーム記憶装置１４、１６、そして空
間補間装置１８からなる。基準フレーム記憶装置１４、
１６は、それぞれ、フーリエ係数と、基準フレームから
得たサブブロック値を記憶する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、画像間の大域変位（ｇ
ｌｏｂａｌ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）の検出に関し、
とくに、時間的あるいは空間的に関連している画像間の
大域変位の検出をサブピクセル（ｓｕｂｐｉｘｅｌ）レ
ベルの精度でディジタル処理する方法に関する。
ｌｏｂａｌ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）の検出に関し、
とくに、時間的あるいは空間的に関連している画像間の
大域変位の検出をサブピクセル（ｓｕｂｐｉｘｅｌ）レ
ベルの精度でディジタル処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】画像は、たとえば、時間と共に変化する
シーケンスの一部又は全部で構成されるか、あるいは１
つの画像の色分解で構成される。本発明による方法の代
表的な応用は、動画フィルムから生成した画像の、時間
と共に変化するシーケンスの空間的な動揺を、高精度で
自動検出及び補正することと、異なる時間に撮った同一
の被写体の一対の画像の自動アラインメントと、そして
１つの画像の色分解の自動レジストレーション（ｒｅｇ
ｉｓｔｒａｔｉｏｎ）とを含む。
シーケンスの一部又は全部で構成されるか、あるいは１
つの画像の色分解で構成される。本発明による方法の代
表的な応用は、動画フィルムから生成した画像の、時間
と共に変化するシーケンスの空間的な動揺を、高精度で
自動検出及び補正することと、異なる時間に撮った同一
の被写体の一対の画像の自動アラインメントと、そして
１つの画像の色分解の自動レジストレーション（ｒｅｇ
ｉｓｔｒａｔｉｏｎ）とを含む。
【０００３】空間的変位を測定するアルゴリズムには、
二つクラスがある。第一のクラスは、非画像情報、たと
えば、スプロケット穴又はフレームの縁の位置の使用あ
るいは起点マークの使用に関し、第二のクラスは、画像
の情報の内容の使用によって決まる。第二のクラスは、
動き予測アルゴリズムと呼ぶことができる。本発明は、
この第二のクラスに関するものである。
二つクラスがある。第一のクラスは、非画像情報、たと
えば、スプロケット穴又はフレームの縁の位置の使用あ
るいは起点マークの使用に関し、第二のクラスは、画像
の情報の内容の使用によって決まる。第二のクラスは、
動き予測アルゴリズムと呼ぶことができる。本発明は、
この第二のクラスに関するものである。
【０００４】動き予測アルゴリズムは、この特定の応用
において、融通性が高いという利点を持つ。動き予測ア
ルゴリズムは、ソース又はヒストリー（ｈｉｓｔｏｒ
ｙ）から独立して設定した画像に対して、実現すること
ができる。
において、融通性が高いという利点を持つ。動き予測ア
ルゴリズムは、ソース又はヒストリー（ｈｉｓｔｏｒ
ｙ）から独立して設定した画像に対して、実現すること
ができる。
【０００５】動き予測アルゴリズムは、一般的に次の３
種類に分けることができる： （１）ブロック照合アルゴリズム ブロック照合アルゴリズムは、次の文献に説明がある：
ＩＥＥＥ専門家会議による“Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅ
ｎｓａｔｅｄ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”の
ダイジェスト、１９８７／８６に含まれる“Ａ Ｈａｒ
ｄｗａｒｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ
ｆｏｒ ａ Ｖｉｄｅｏｃｏｎｆｅｒｅｎｃｉｎｇ Ｃ
ｏｄｅｃ”、Ｉ Ｐａｒｋｅ ａｎｄ Ｄ Ｇ Ｍｏｒ
ｒｉｓｏｎ及び“Ｍｏｔｉｏｎ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ
ｄ Ｆｉｅｌｄ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆ
ｏｒ ＨＤＴＶ Ｄｉｓｐｌａｙ”、Ｇ Ｍ Ｘ Ｆｅ
ｒｎａｎｄｏ、そして“Ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎ
ｔ ｏｆ ａｎ ＨＤＴＶｔｏ ＰＡＬ Ｓｔａｎｄａ
ｒｄｓ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ”、Ｔ Ｏｈｍｕｒａ、Ｉ
ＢＣ８６議事録、ページ２２１〜２２４。
種類に分けることができる： （１）ブロック照合アルゴリズム ブロック照合アルゴリズムは、次の文献に説明がある：
ＩＥＥＥ専門家会議による“Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅ
ｎｓａｔｅｄ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”の
ダイジェスト、１９８７／８６に含まれる“Ａ Ｈａｒ
ｄｗａｒｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ
ｆｏｒ ａ Ｖｉｄｅｏｃｏｎｆｅｒｅｎｃｉｎｇ Ｃ
ｏｄｅｃ”、Ｉ Ｐａｒｋｅ ａｎｄ Ｄ Ｇ Ｍｏｒ
ｒｉｓｏｎ及び“Ｍｏｔｉｏｎ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ
ｄ Ｆｉｅｌｄ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆ
ｏｒ ＨＤＴＶ Ｄｉｓｐｌａｙ”、Ｇ Ｍ Ｘ Ｆｅ
ｒｎａｎｄｏ、そして“Ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎ
ｔ ｏｆ ａｎ ＨＤＴＶｔｏ ＰＡＬ Ｓｔａｎｄａ
ｒｄｓ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ”、Ｔ Ｏｈｍｕｒａ、Ｉ
ＢＣ８６議事録、ページ２２１〜２２４。
【０００６】ブロック照合アルゴリズムでは、照合は、
最大相互相関又は最小平均２乗誤差に基づき、空間領域
で実現する。この方法は、階層的探索技法の応用するこ
とによりいかに効率的にハードウェアで実現したかで、
その有用性が決まる。
最大相互相関又は最小平均２乗誤差に基づき、空間領域
で実現する。この方法は、階層的探索技法の応用するこ
とによりいかに効率的にハードウェアで実現したかで、
その有用性が決まる。
【０００７】（２）空間時間的制約又は勾配照合アルゴ
リズム このアルゴリズムは、“Ｍｏｔｉｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔ
ｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｒａｍｅ−ｒａｔｅ Ｃｏｎｖｅｒ
ｓｉｏｎ”、Ｅ Ａ Ｋｒａｕｓｅ、ＭＩＴｐｈＤ論
文、ＡＴＲＰＴ−７０（１９８７）に記述がある。
リズム このアルゴリズムは、“Ｍｏｔｉｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔ
ｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｒａｍｅ−ｒａｔｅ Ｃｏｎｖｅｒ
ｓｉｏｎ”、Ｅ Ａ Ｋｒａｕｓｅ、ＭＩＴｐｈＤ論
文、ＡＴＲＰＴ−７０（１９８７）に記述がある。
【０００８】上記論文で使用している方法は、動きは一
定の輝度のパスに沿って発生するという仮定に基づいて
いる。したがって、輝度Ｌを空間位置（ｘ，ｙ）と時間
ｔの関数とすると、次式が成立する：
定の輝度のパスに沿って発生するという仮定に基づいて
いる。したがって、輝度Ｌを空間位置（ｘ，ｙ）と時間
ｔの関数とすると、次式が成立する：
【数１】 上式を展開し、高次の項を無視すると、次式が与えられ
る：
る：
【数２】 ｄｘ／ｄｔ及びｄｙ／ｄｔに対する推定値は、制約条件
を画像の流れの円滑性に対して空間的及び時間的に課す
ことにより、得ることができる。一般的に、輝度信号の
空間的勾配及び時間的勾配は、それぞれ、局所空間高域
フィルタリングからの出力と、対応画素値のフレーム間
の差とに基づいて、近似される。この方法については、
“Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｍ
ａｌｌＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｔｅｌｅｖ
ｉｓｉｏｎ Ｉｍａｇｅｓ”、Ｃ Ｃａｆｆｏｒｉｏ
等、ＩＥＥＥ情報理論会報、ＩＴ−２２、５、５７３−
５７９（１９７６）に説明がある。
を画像の流れの円滑性に対して空間的及び時間的に課す
ことにより、得ることができる。一般的に、輝度信号の
空間的勾配及び時間的勾配は、それぞれ、局所空間高域
フィルタリングからの出力と、対応画素値のフレーム間
の差とに基づいて、近似される。この方法については、
“Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｍ
ａｌｌＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｔｅｌｅｖ
ｉｓｉｏｎ Ｉｍａｇｅｓ”、Ｃ Ｃａｆｆｏｒｉｏ
等、ＩＥＥＥ情報理論会報、ＩＴ−２２、５、５７３−
５７９（１９７６）に説明がある。
【０００９】（３）位相相関アルゴリズム このアルゴリズムについては、“ＴＶ Ｐｉｃｔｕｒｅ
Ｍｏｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ”、Ｇ Ａ
Ｔｈｏｍａｓ、ＷＯ−Ａ−８７／０５７６９及び“Ｃｉ
ｎｅ Ｕｎｓｔｅａｄｉｎｅｓｓ ｉｎ Ｖｉｄｅｏ
ＳｉｇｎａｌＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ”、Ｋ Ｌ Ｍｉｎ
ａｋｏｖｉｃ、ＧＢ−Ａ−２ １８７９１３に説明があ
る。
Ｍｏｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ”、Ｇ Ａ
Ｔｈｏｍａｓ、ＷＯ−Ａ−８７／０５７６９及び“Ｃｉ
ｎｅ Ｕｎｓｔｅａｄｉｎｅｓｓ ｉｎ Ｖｉｄｅｏ
ＳｉｇｎａｌＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ”、Ｋ Ｌ Ｍｉｎ
ａｋｏｖｉｃ、ＧＢ−Ａ−２ １８７９１３に説明があ
る。
【００１０】位相相関法は、空間領域のｘ−ｙ変位はフ
ーリエ領域の移相に対応するという原理に基づいてい
る。各々の周波数における移相は、次式で求めることが
できる：
ーリエ領域の移相に対応するという原理に基づいてい
る。各々の周波数における移相は、次式で求めることが
できる：
【数３】 ここで、ＦとＧは、入力シーケンスにおける近傍フレー
ムからの位置あるいは同一画像の色分解からの位置に対
応する、ブロックｆ，ｇの二次元フーリエ変換である。
ΔΦ（ｕ，ｖ）を逆変換すると、ｘ−ｙ変位に対応する
位置にスパイク（より厳密には、フーリエ領域の有効窓
に由来するｓｉｎｃ関数）を持つ相関面が発生する。こ
の場合、スパイクの高さは、上記変位だけ移動したブロ
ック内の画素数に対応する。
ムからの位置あるいは同一画像の色分解からの位置に対
応する、ブロックｆ，ｇの二次元フーリエ変換である。
ΔΦ（ｕ，ｖ）を逆変換すると、ｘ−ｙ変位に対応する
位置にスパイク（より厳密には、フーリエ領域の有効窓
に由来するｓｉｎｃ関数）を持つ相関面が発生する。こ
の場合、スパイクの高さは、上記変位だけ移動したブロ
ック内の画素数に対応する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなブロック
照合アルゴリズムを使用する方法は、変位の信頼性の高
い測定、あるいはサブピクセルレベルの精度の変位には
不適切である。
照合アルゴリズムを使用する方法は、変位の信頼性の高
い測定、あるいはサブピクセルレベルの精度の変位には
不適切である。
【００１２】空間時間的制約又は勾配アルゴリズムで使
用する方法は、たとえば１画素分しか変位しないときの
ような、変位が小さい場合にだけ、サブピクセルレベル
の精度のベクトルを発生するのに適している。この方法
は、その原理ゆえに、運動ベクトルを、大域的（ブロッ
ク単位）にではなく、局所的（画素単位）に発生させる
のに適している。したがって、光学的な流れを仮定した
動き予測技法は、大域変位の検出には不適切である。
用する方法は、たとえば１画素分しか変位しないときの
ような、変位が小さい場合にだけ、サブピクセルレベル
の精度のベクトルを発生するのに適している。この方法
は、その原理ゆえに、運動ベクトルを、大域的（ブロッ
ク単位）にではなく、局所的（画素単位）に発生させる
のに適している。したがって、光学的な流れを仮定した
動き予測技法は、大域変位の検出には不適切である。
【００１３】位相相関法は、フレームから独立した雑音
（この雑音は、相関面全体に拡散する）と、情景内の独
立した動き（この動きは、大域変位に対応するスパイク
に対して悪影響を与えることなく分離できる相関面にお
ける低振幅独立スパイクとして、一般的に現われる）が
存在する場合に、極めて効果を発揮する。
（この雑音は、相関面全体に拡散する）と、情景内の独
立した動き（この動きは、大域変位に対応するスパイク
に対して悪影響を与えることなく分離できる相関面にお
ける低振幅独立スパイクとして、一般的に現われる）が
存在する場合に、極めて効果を発揮する。
【００１４】したがって、原理的には、位相相関法は、
各々のフレームにつき１個の大域ベクトルが必要な変位
を予測する方法としては、最適であるように見える。
各々のフレームにつき１個の大域ベクトルが必要な変位
を予測する方法としては、最適であるように見える。
【００１５】しかし、位相相関法では、入力データの標
本化周波数で標本化する相関面が発生するので、その最
も簡単な形においては、画素レベルの精度のベクトルが
発生する。相関面に対して二次元補間を行って、連続相
関面を再構成してからピークの位置を予測すること、あ
るいは、１つの工程で、同等の連続面におけるピークの
対応位置を予測することが可能である。
本化周波数で標本化する相関面が発生するので、その最
も簡単な形においては、画素レベルの精度のベクトルが
発生する。相関面に対して二次元補間を行って、連続相
関面を再構成してからピークの位置を予測すること、あ
るいは、１つの工程で、同等の連続面におけるピークの
対応位置を予測することが可能である。
【００１６】しかし、この方法では、エッジ効果とスペ
クトル漏れのために、再構成した面にエラーが混入する
可能性がある。
クトル漏れのために、再構成した面にエラーが混入する
可能性がある。
【００１７】前者の場合、一対の画像から、対応する画
素位置にあるブロックを選択する。一対の画像間の大域
変位の結果として、対応するブロックには、画像の、わ
ずかに異なる複数の部分からの情報が含まれる。
素位置にあるブロックを選択する。一対の画像間の大域
変位の結果として、対応するブロックには、画像の、わ
ずかに異なる複数の部分からの情報が含まれる。
【００１８】後者の場合、位相相関に対して入力した信
号を標本化するので、フーリエ領域の位相差信号を、標
本化周波数の倍数を中心として、繰り返す。この繰返し
スペクトルを、カットオフ周波数を持つ窓を使用して、
入力ナイキスト周波数においてろ過してから、この窓の
逆変換を、標本化した相関面で効果的に畳み込む。ある
いは、繰返しスペクトルと、したがって、ナイキスト周
波数において発生する不連続性とを持つ位相差信号を、
逆変換すると、この不連続性によって、再構成した相関
面にエラーがもたらされる。このエラーにより、１画素
の０．５程度の精度しか持たない変位ベクトルが発生す
る。
号を標本化するので、フーリエ領域の位相差信号を、標
本化周波数の倍数を中心として、繰り返す。この繰返し
スペクトルを、カットオフ周波数を持つ窓を使用して、
入力ナイキスト周波数においてろ過してから、この窓の
逆変換を、標本化した相関面で効果的に畳み込む。ある
いは、繰返しスペクトルと、したがって、ナイキスト周
波数において発生する不連続性とを持つ位相差信号を、
逆変換すると、この不連続性によって、再構成した相関
面にエラーがもたらされる。このエラーにより、１画素
の０．５程度の精度しか持たない変位ベクトルが発生す
る。
【００１９】この精度を向上させるために、いくつかの
方法が提案されている。たとえば、上記の位相相関アル
ゴリズムを使用して、フーリエ領域に０を詰めてから逆
変換を行い、空間領域におけるｓｉｎｃ関数による補間
を実行する方法がある。しかし、この方法では、好まし
くないリンギング雑音が発生する。このリンギング雑音
は、ウインドウ技法（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ ｔｅｃｈｎ
ｉｑｕｅｓ）によって減少させることができるが、この
方法では、計算が全体的に複雑なものになってしまう。
方法が提案されている。たとえば、上記の位相相関アル
ゴリズムを使用して、フーリエ領域に０を詰めてから逆
変換を行い、空間領域におけるｓｉｎｃ関数による補間
を実行する方法がある。しかし、この方法では、好まし
くないリンギング雑音が発生する。このリンギング雑音
は、ウインドウ技法（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ ｔｅｃｈｎ
ｉｑｕｅｓ）によって減少させることができるが、この
方法では、計算が全体的に複雑なものになってしまう。
【００２０】
【課題を解決するための手段および作用】したがって、
位相相関法を拡張し、１画素の０．５より著しく良好な
精度を持つ変位ベクトルを発生できる比較的簡単な方法
を提供するのが本発明の目的である。この方法によれ
ば、たとえば、ＵＳ−Ａ−５ ２４３ ４３３に開示さ
れている方法を使用することにより、画像を、大域変位
ベクトルに従って、空間補間により、サブピクセルレベ
ルの精度でアラインメントし直すことができる。
位相相関法を拡張し、１画素の０．５より著しく良好な
精度を持つ変位ベクトルを発生できる比較的簡単な方法
を提供するのが本発明の目的である。この方法によれ
ば、たとえば、ＵＳ−Ａ−５ ２４３ ４３３に開示さ
れている方法を使用することにより、画像を、大域変位
ベクトルに従って、空間補間により、サブピクセルレベ
ルの精度でアラインメントし直すことができる。
【００２１】本発明によれば、２つの画像間での大域変
位を検出する方法が提供され、この方法は次の工程から
なる： ａ）２つの画像間の変位を示す位相相関法を使用して、
少なとも１個の変位ベクトルを画素レベルの精度で発生
する工程； ｂ）上記２つの画像間の大域変位を、最も高い精度で表
わす１個のベクトルを選択する工程； ｃ）空間領域内に、選択したベクトルを中心として、一
致する項（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｔｅｒｍｓ）の集合を生
成する工程；そして、 ｄ）上記の一致する項（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｔｅｒｍ
ｓ）を補間して、サブピクセルレベルの精度の検出を行
なう工程。
位を検出する方法が提供され、この方法は次の工程から
なる： ａ）２つの画像間の変位を示す位相相関法を使用して、
少なとも１個の変位ベクトルを画素レベルの精度で発生
する工程； ｂ）上記２つの画像間の大域変位を、最も高い精度で表
わす１個のベクトルを選択する工程； ｃ）空間領域内に、選択したベクトルを中心として、一
致する項（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｔｅｒｍｓ）の集合を生
成する工程；そして、 ｄ）上記の一致する項（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｔｅｒｍ
ｓ）を補間して、サブピクセルレベルの精度の検出を行
なう工程。
【００２２】本発明は、大域変位ベクトルを、サブピク
セルレベルの精度で発生するための、２段階のバーニア
（ｖｅｒｎｉｅｒ）方法からなる。この方法では、まず
第一段階で、画素レベルの精度を持つベクトルを発生
し、第二段階で、そのベクトルのわずかな修正を行な
う。
セルレベルの精度で発生するための、２段階のバーニア
（ｖｅｒｎｉｅｒ）方法からなる。この方法では、まず
第一段階で、画素レベルの精度を持つベクトルを発生
し、第二段階で、そのベクトルのわずかな修正を行な
う。
【００２３】具体的には、第一段階では、一対の画像内
の、適当な大きさの多数の対応サブブロックに対して、
位相相関法を実行する。生成した相関面から、ベクトル
の集合を求める。このベクトルの集合は、あらかじめ指
定した値より高いピークに対応するすべてのベクトル、
あるいは他の適当な方法に従って選択したベクトルから
なる。このベクトルの集合から、一対のフレーム間の大
域変位を、画素レベルの精度で最も高精度に表わす１個
のベクトルを選択する。
の、適当な大きさの多数の対応サブブロックに対して、
位相相関法を実行する。生成した相関面から、ベクトル
の集合を求める。このベクトルの集合は、あらかじめ指
定した値より高いピークに対応するすべてのベクトル、
あるいは他の適当な方法に従って選択したベクトルから
なる。このベクトルの集合から、一対のフレーム間の大
域変位を、画素レベルの精度で最も高精度に表わす１個
のベクトルを選択する。
【００２４】第二段階では、相互相関法あるいは平均２
乗誤差法により、一致する項（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｔｅ
ｒｍｓ）の集合を、大域ベクトルを中心として空間領域
内に生成する。一般的に、一致の尺度は、５つの位置だ
けから得られる。つまり、大域ベクトルの存在する位置
に、水平方法及び垂直方法の１画素をプラス又はマイナ
スした位置である。たとえば、制約された相互相関面を
補間すると、大域ベクトルのわずかな修正を行なうこと
ができる。
乗誤差法により、一致する項（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｔｅ
ｒｍｓ）の集合を、大域ベクトルを中心として空間領域
内に生成する。一般的に、一致の尺度は、５つの位置だ
けから得られる。つまり、大域ベクトルの存在する位置
に、水平方法及び垂直方法の１画素をプラス又はマイナ
スした位置である。たとえば、制約された相互相関面を
補間すると、大域ベクトルのわずかな修正を行なうこと
ができる。
【００２５】本発明による方法の利点は、従来技術と異
なり、位相相関法と空間領域一致法に特有の長所を取り
入れたことと、比較的簡単にハードウェアで実現できる
ことである。
なり、位相相関法と空間領域一致法に特有の長所を取り
入れたことと、比較的簡単にハードウェアで実現できる
ことである。
【００２６】上述したように、位相相関法は、相関面の
持つスパイク性のために、雑音と、情景内の独立した動
きとに対して極めて強い。したがって、ベクトルを、高
い信頼性で生成することができるが、その精度は画素レ
ベルの精度でしかない。
持つスパイク性のために、雑音と、情景内の独立した動
きとに対して極めて強い。したがって、ベクトルを、高
い信頼性で生成することができるが、その精度は画素レ
ベルの精度でしかない。
【００２７】反対に、相互相関法のような空間領域一致
法では、滑らかで、かつ雑音に対して実質的に位相相関
法ほど強くない相関面を生成する。したがって、この技
法は、精度はより高いが、信頼性がより低いベクトルの
生成に使用する。
法では、滑らかで、かつ雑音に対して実質的に位相相関
法ほど強くない相関面を生成する。したがって、この技
法は、精度はより高いが、信頼性がより低いベクトルの
生成に使用する。
【００２８】上記の２つの方法を組み合わせ、位相相関
法で生成したベクトルを使用して、空間相互相関面の目
的の領域を指し示せば、信頼性が高く、かつサブピクセ
ルレベルの精度のベクトルを生成することができる。
法で生成したベクトルを使用して、空間相互相関面の目
的の領域を指し示せば、信頼性が高く、かつサブピクセ
ルレベルの精度のベクトルを生成することができる。
【００２９】
【実施例】上述したように、本発明は、画像細部の動き
にではなく、フレーム間の動きに起因する、一対の画像
フレーム間の変位あるいは移動を判定するのに使用する
ことができる。
にではなく、フレーム間の動きに起因する、一対の画像
フレーム間の変位あるいは移動を判定するのに使用する
ことができる。
【００３０】さらに、測定する変位は、１つの画像の色
分解から取り出すことができ、そうして得た変位を使用
して、フレームを再構成してフルカラーの最終画像を生
成するときに、色画像の正確なアラインメントを行なう
ことができる。
分解から取り出すことができ、そうして得た変位を使用
して、フレームを再構成してフルカラーの最終画像を生
成するときに、色画像の正確なアラインメントを行なう
ことができる。
【００３１】順序通りに連続する一対のフレームの各々
対する、あるいは色変化に起因する一対の分離に対す
る、本発明の好適な一実施例の詳細を以下に示す。
対する、あるいは色変化に起因する一対の分離に対す
る、本発明の好適な一実施例の詳細を以下に示す。
【００３２】（１）ブロックを一対のフレームの対応位
置に格納する。このブロックは、各々のが６４×６４画
素のからなる５個（４隅プラス中心）又は９個（４隅、
中心の縁及び中心）のブロックである。
置に格納する。このブロックは、各々のが６４×６４画
素のからなる５個（４隅プラス中心）又は９個（４隅、
中心の縁及び中心）のブロックである。
【００３３】（２）次式で与えられる、各々の対応する
一対のブロックに対して、二次元位相相関を実行し、つ
いで逆変換を行って、各々の一対のブロックの相関面を
求める：
一対のブロックに対して、二次元位相相関を実行し、つ
いで逆変換を行って、各々の一対のブロックの相関面を
求める：
【数４】 上記の操作により、２つの画像間の相関が得られる一連
のピークが求められる。
のピークが求められる。
【００３４】（３）各々の相関面を、有意ピークとして
予測される最大値（一般的に、約０．１〜０．２）に対
応する値において、しきい値処理を行なう。すると、一
般的に、有意のベクトルが、１つの変位位置においてだ
け得られる。最後に、探索技法を使用して、最大値を持
つ残りのピーク（それが存在する場合）の位置を見つけ
る。入力信号がほとんど無いか、あるいはブロックの大
部分が独立した動きのブロックにおいては、残りのピー
クは存在しない可能性がある。
予測される最大値（一般的に、約０．１〜０．２）に対
応する値において、しきい値処理を行なう。すると、一
般的に、有意のベクトルが、１つの変位位置においてだ
け得られる。最後に、探索技法を使用して、最大値を持
つ残りのピーク（それが存在する場合）の位置を見つけ
る。入力信号がほとんど無いか、あるいはブロックの大
部分が独立した動きのブロックにおいては、残りのピー
クは存在しない可能性がある。
【００３５】（４）上記の操作の結果として得られたベ
クトル集合から、最頻値（ｍｏｄａｌ ｖａｌｕｅ）
（つまり最も頻繁に発生する変位ベクトル）を取り出
す。これが、画素レベルの精度を持つ大域運動ベクトル
である。
クトル集合から、最頻値（ｍｏｄａｌ ｖａｌｕｅ）
（つまり最も頻繁に発生する変位ベクトル）を取り出
す。これが、画素レベルの精度を持つ大域運動ベクトル
である。
【００３６】（５）サブピクセルレベルの精度を得るに
は、最大振幅を持つ上記の最頻ベクトル（ｍｏｄａｌ
ｖｅｃｔｏｒ）を生成した画像領域全体（ただし、境界
を除く）あるいは６４×６４ブロック（ただし、境界を
除く）に対して、制約付きの相互相関を実行する。３×
３の分離相関は、次式に従って、位相相関段階からのベ
クトル（水平及び垂直成分ｘ，ｙを持つ）をその中心と
する：
は、最大振幅を持つ上記の最頻ベクトル（ｍｏｄａｌ
ｖｅｃｔｏｒ）を生成した画像領域全体（ただし、境界
を除く）あるいは６４×６４ブロック（ただし、境界を
除く）に対して、制約付きの相互相関を実行する。３×
３の分離相関は、次式に従って、位相相関段階からのベ
クトル（水平及び垂直成分ｘ，ｙを持つ）をその中心と
する：
【数５】 （ｋ、ｌ）＝（−１、０）；（０、−１）；（０、
０）；（０、１）、（１、０）ここで、ｆ、ｇは、空間
領域の６４×６４ブロックである。ベクトル成分ｘ，ｙ
に対するサブピクセル調整値δｘ，δｙは、次式に従い
二次補間で求める：
０）；（０、１）、（１、０）ここで、ｆ、ｇは、空間
領域の６４×６４ブロックである。ベクトル成分ｘ，ｙ
に対するサブピクセル調整値δｘ，δｙは、次式に従い
二次補間で求める：
【数６】 上記計算の結果として、連続するフレーム間のサブピク
セルレベルの変位に対応する、これらのフレームの一対
の各々に対して、１個のベクトル（ｘ＋δｘ、ｙ＋δ
ｙ）が得られる。
セルレベルの変位に対応する、これらのフレームの一対
の各々に対して、１個のベクトル（ｘ＋δｘ、ｙ＋δ
ｙ）が得られる。
【００３７】一連の画像に対して変位ベクトルを計算す
るとき、位相相関に対する計算は、各々の一対の二番目
のフレームから、この二番目のフレームが後続の一対の
フレームの一番目のフレームになるとき使用する、フー
リエ係数を記憶することにより、減らすことができる。
あるいは、フーリエ係数を、一連のフレーム内の基準と
なるフレームに対して記憶することにより、計算を減ら
すことができる。
るとき、位相相関に対する計算は、各々の一対の二番目
のフレームから、この二番目のフレームが後続の一対の
フレームの一番目のフレームになるとき使用する、フー
リエ係数を記憶することにより、減らすことができる。
あるいは、フーリエ係数を、一連のフレーム内の基準と
なるフレームに対して記憶することにより、計算を減ら
すことができる。
【００３８】図１は、大域変位の修正を行なうために使
用する装置全体のブロック図である。この装置は、画像
フレーム記憶装置１０、位相相関装置１２、一対の基準
フレーム記憶装置１４、１６、そして空間補間装置１８
からなる。
用する装置全体のブロック図である。この装置は、画像
フレーム記憶装置１０、位相相関装置１２、一対の基準
フレーム記憶装置１４、１６、そして空間補間装置１８
からなる。
【００３９】基準フレーム記憶装置１４、１６は、それ
ぞれ、フーリエ係数と、基準フレームから得たサブブロ
ック値を記憶する。この基準フレームは、一連のフレー
ムの最初のフレームでもよい。基準フレームに後続する
フレームが修正されて、最初のフレームとのアラインメ
ントがとられる。
ぞれ、フーリエ係数と、基準フレームから得たサブブロ
ック値を記憶する。この基準フレームは、一連のフレー
ムの最初のフレームでもよい。基準フレームに後続する
フレームが修正されて、最初のフレームとのアラインメ
ントがとられる。
【００４０】空間補間装置１８は、前述のＵＳ−Ａ−５
２４３ ４３３に開示されている原理で動作し、必要
な修正を行なう。
２４３ ４３３に開示されている原理で動作し、必要
な修正を行なう。
【００４１】フーリエ係数とサブブロック値が基準フレ
ーム記憶装置１４、１６に記憶されると、大域変位修正
の対象となる入力画像が、画像フレーム記憶装置１０に
入力される。記憶された入力画像は、次に位相相関装置
１２へ供給される。フーリエ係数とサブブロック値が基
準フレーム記憶装置１４、１６から位相相関装置１２へ
入力され、基準フレームと入力フレームとの間の相関が
行なわれる。位相相関装置１２で相関が行なわれると、
出力大域変位ベクトルが得られる。このベクトルによ
り、空間補間装置１８内の入力画像フレームに対する修
正が行われ、入力画像フレームと基準フレームとの間の
変位が補償される。
ーム記憶装置１４、１６に記憶されると、大域変位修正
の対象となる入力画像が、画像フレーム記憶装置１０に
入力される。記憶された入力画像は、次に位相相関装置
１２へ供給される。フーリエ係数とサブブロック値が基
準フレーム記憶装置１４、１６から位相相関装置１２へ
入力され、基準フレームと入力フレームとの間の相関が
行なわれる。位相相関装置１２で相関が行なわれると、
出力大域変位ベクトルが得られる。このベクトルによ
り、空間補間装置１８内の入力画像フレームに対する修
正が行われ、入力画像フレームと基準フレームとの間の
変位が補償される。
【００４２】位相相関装置１２は、ＶＭＥバスカード
と、所望の相関機能を実行するようにプログラミングし
たＦＦＴ／ＤＳＰチップを含むことができる。
と、所望の相関機能を実行するようにプログラミングし
たＦＦＴ／ＤＳＰチップを含むことができる。
【００４３】図２は、上記方法の工程を、より詳細に示
したブロックである。図１と同一の装置には同一の参照
番号が付けてある。
したブロックである。図１と同一の装置には同一の参照
番号が付けてある。
【００４４】大域変位修正動作が開始されると、後続の
全フレームのアラインメントをとるための基準フレーム
が選択される。最初のフレーム、つまり基準フレーム
は、画像フレーム記憶装置１０へ入力され、次に、図２
の破線で囲んだ位相相関装置１２へ供給される。基準フ
レームに対して行なわれる最初の工程は、図２の（Ａ）
で示す、サブブロック値の選択である。選択されたサブ
ブロック値は、基準フレーム記憶装置１６に記憶され
（一点鎖線の矢印で示す）、同時に、（Ｂ）で示す、フ
ーリエ係数を決定する工程に送られる。決定されたフー
リエ係数は、基準フレーム記憶装置１４（一点鎖線の矢
印で示す）に記憶される。これで、大域変位を検出して
大域変位ベクトルを空間補間装置１８へ送る準備が整っ
たことになる。
全フレームのアラインメントをとるための基準フレーム
が選択される。最初のフレーム、つまり基準フレーム
は、画像フレーム記憶装置１０へ入力され、次に、図２
の破線で囲んだ位相相関装置１２へ供給される。基準フ
レームに対して行なわれる最初の工程は、図２の（Ａ）
で示す、サブブロック値の選択である。選択されたサブ
ブロック値は、基準フレーム記憶装置１６に記憶され
（一点鎖線の矢印で示す）、同時に、（Ｂ）で示す、フ
ーリエ係数を決定する工程に送られる。決定されたフー
リエ係数は、基準フレーム記憶装置１４（一点鎖線の矢
印で示す）に記憶される。これで、大域変位を検出して
大域変位ベクトルを空間補間装置１８へ送る準備が整っ
たことになる。
【００４５】修正すべき入力画像フレームを、画像フレ
ーム記憶装置１０へ入力する。次に、基準フレームと同
じく、入力画像フレームは、位相相関装置１２へ入力さ
れる。この装置では、（Ａ）で示す工程において、サブ
ブロックが選択され、（Ｂ）で示す工程において、選択
されたサブブロックがフーリエ変換され、そして（Ｃ）
で示す工程において、基準フレーム記憶装置１４から送
られてきたフーリエ係数を使用して、サブブロックの対
に対して位相相関が行なわれる。この位相相関により、
ピークが入力画像フレーム及び基準フレーム間の相関に
対応した、相関面が得られる。次に、工程（Ｄ）におい
て、この相関面に対してしきい値が適用され、前述した
ように、ピークが決定される。工程（Ｄ）で決定された
ピークに基づいて、工程（Ｅ）において、最頻ベクトル
（ｍｏｄａｌ ｖｅｃｔｏｒ）が決定され、そして最頻
ベクトルを生成したブロックのアドレスが生成される。
決定された最頻ベクトルｘ，ｙは、工程（Ｆ）へ送られ
る。
ーム記憶装置１０へ入力する。次に、基準フレームと同
じく、入力画像フレームは、位相相関装置１２へ入力さ
れる。この装置では、（Ａ）で示す工程において、サブ
ブロックが選択され、（Ｂ）で示す工程において、選択
されたサブブロックがフーリエ変換され、そして（Ｃ）
で示す工程において、基準フレーム記憶装置１４から送
られてきたフーリエ係数を使用して、サブブロックの対
に対して位相相関が行なわれる。この位相相関により、
ピークが入力画像フレーム及び基準フレーム間の相関に
対応した、相関面が得られる。次に、工程（Ｄ）におい
て、この相関面に対してしきい値が適用され、前述した
ように、ピークが決定される。工程（Ｄ）で決定された
ピークに基づいて、工程（Ｅ）において、最頻ベクトル
（ｍｏｄａｌ ｖｅｃｔｏｒ）が決定され、そして最頻
ベクトルを生成したブロックのアドレスが生成される。
決定された最頻ベクトルｘ，ｙは、工程（Ｆ）へ送られ
る。
【００４６】最頻ベクトルを生成したブロックアドレス
に関する情報が、工程（Ｅ）から工程（Ａ）へ送り返さ
れ、そこでサブブロック値が選択される。選択されたサ
ブブロックは工程（Ｇ）へ送られる。工程（Ｇ）におい
て、最頻ベクトルを生成したブロックアドレスに対応す
るサブブロックと、基準フレーム記憶装置から送られて
きたサブブロック値との相互相関が実行される。次に、
工程（Ｈ）において、相互相関面の補間が行われ、そし
て、前述したように、工程（Ｉ）において、わずかな修
正δｘ，δｙが行なわれる。
に関する情報が、工程（Ｅ）から工程（Ａ）へ送り返さ
れ、そこでサブブロック値が選択される。選択されたサ
ブブロックは工程（Ｇ）へ送られる。工程（Ｇ）におい
て、最頻ベクトルを生成したブロックアドレスに対応す
るサブブロックと、基準フレーム記憶装置から送られて
きたサブブロック値との相互相関が実行される。次に、
工程（Ｈ）において、相互相関面の補間が行われ、そし
て、前述したように、工程（Ｉ）において、わずかな修
正δｘ，δｙが行なわれる。
【００４７】次に、工程（Ｆ）及び（Ｉ）の結果が、工
程（Ｊ）において加算され、変位ベクトルが生成され
る。生成された変位ベクトルは、画像フレーム記憶装置
１０の入力画像と共に、空間補間装置１８へ送られ、そ
こで入力画像の修正が行なわれる。
程（Ｊ）において加算され、変位ベクトルが生成され
る。生成された変位ベクトルは、画像フレーム記憶装置
１０の入力画像と共に、空間補間装置１８へ送られ、そ
こで入力画像の修正が行なわれる。
【００４８】
【発明の効果】位相相関法と空間領域一致法を組み合わ
せるようにしたので、信頼性が高くかつサブピクセルレ
ベルの精度のベクトルを生成することができる。
せるようにしたので、信頼性が高くかつサブピクセルレ
ベルの精度のベクトルを生成することができる。
【図１】本発明による方法を実施するための装置のブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】本発明による方法の様々な工程を示すブロック
図である。
図である。
１０ 画像フレーム記憶装置、１２ 位相相関装置、１
４ 基準フレーム記憶装置、１６ 基準フレーム記憶装
置、１８ 空間補間装置。
４ 基準フレーム記憶装置、１６ 基準フレーム記憶装
置、１８ 空間補間装置。
Claims (5)
- 【請求項１】 ２つの画像間の大域変位を検出する方法
であって、 （ａ）前記２つの画像間の変位を画素レベルの精度で示
す位相相関法を使用して、少なくとも１個の変位ベクト
ルを生成する工程と、 （ｂ）前記２つの画像間の大域変位を最も高精度に表わ
す１個のベクトルを選択する工程と、 （ｃ）空間領域内に、前記の選択したベクトルを中心と
して、一致する項の集合を生成する工程と、 （ｄ）前記の一致する項を補間して、サブピクセルレベ
ルの精度で検出を行なう工程とからなることを特徴とす
る方法。 - 【請求項２】 前記工程（ｂ）が、少なくとも１個の変
位ベクトルに対してしきい値を適用して１個又は１個以
上の適切なベクトルを指示する工程を含むことを特徴と
する請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記工程（ｂ）が、少なとも１個の生成
された変位ベクトルから最頻値を選択する工程を含むこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記工程（ｃ）を、相互相関法によって
実行することを特徴とする請求項１から３のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項５】 前記工程（ｃ）を、平均２乗誤差法を使
用して実行することを特徴とする請求項１から３のいず
れかに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB939325914A GB9325914D0 (en) | 1993-12-18 | 1993-12-18 | Detection of global translations between images |
| GB9325914.1 | 1993-12-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07222143A true JPH07222143A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=10746840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6313153A Pending JPH07222143A (ja) | 1993-12-18 | 1994-12-16 | 画像間の大域変位の検出方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0659022A3 (ja) |
| JP (1) | JPH07222143A (ja) |
| GB (1) | GB9325914D0 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013520866A (ja) * | 2010-02-19 | 2013-06-06 | トムソン ライセンシング | ステレオロゴ挿入 |
| KR20200079013A (ko) * | 2018-12-24 | 2020-07-02 | 국방과학연구소 | 상관필터를 이용한 공중표적 추적방법 및 그 시스템 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1960964A1 (en) * | 2005-12-16 | 2008-08-27 | Thomson Licensing | Method, apparatus and system for color component registration |
| WO2020081018A1 (en) * | 2018-10-17 | 2020-04-23 | Aselsan Elektroni̇k Sanayi̇ Ve Ti̇caret Anoni̇m Şi̇rketi̇ | Video processing-based image stabilization method |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8604253D0 (en) * | 1986-02-20 | 1986-03-26 | British Broadcasting Corp | Video signal processing systems |
| EP0261137B1 (en) * | 1986-03-19 | 1991-10-16 | British Broadcasting Corporation | Tv picture motion measurement |
| GB2222500A (en) * | 1988-09-05 | 1990-03-07 | Philips Electronic Associated | Picture motion measurement |
| DE4007851A1 (de) * | 1989-08-24 | 1991-02-28 | Thomson Brandt Gmbh | Verfahren zur bewegungskompensation in einem bewegtbildcoder oder -decoder |
| GB2236449B (en) * | 1989-09-20 | 1994-05-11 | British Broadcasting Corp | Motion estimation |
| US5243433A (en) * | 1992-01-06 | 1993-09-07 | Eastman Kodak Company | Digital image interpolation system for zoom and pan effects |
| WO1993023816A1 (en) * | 1992-05-18 | 1993-11-25 | Silicon Engines Inc. | System and method for cross correlation with application to video motion vector estimation |
-
1993
- 1993-12-18 GB GB939325914A patent/GB9325914D0/en active Pending
-
1994
- 1994-12-14 EP EP94203626A patent/EP0659022A3/en not_active Withdrawn
- 1994-12-16 JP JP6313153A patent/JPH07222143A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013520866A (ja) * | 2010-02-19 | 2013-06-06 | トムソン ライセンシング | ステレオロゴ挿入 |
| US10560681B2 (en) | 2010-02-19 | 2020-02-11 | Interdigital Madison Patent Holdings | Stereo logo insertion |
| KR20200079013A (ko) * | 2018-12-24 | 2020-07-02 | 국방과학연구소 | 상관필터를 이용한 공중표적 추적방법 및 그 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0659022A2 (en) | 1995-06-21 |
| GB9325914D0 (en) | 1994-02-23 |
| EP0659022A3 (en) | 1995-10-11 |
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