JPH0927969A

JPH0927969A - 複数画像の中間像生成方法及び視差推定方法および装置

Info

Publication number: JPH0927969A
Application number: JP8104885A
Authority: JP
Inventors: Takeo Azuma; 健夫吾妻; Atsushi Morimura; 森村　　淳; Kenya Uomori; 謙也魚森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-05-08
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 1997-01-28
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JP3826236B2

Abstract

(57)【要約】【目的】物体輪郭線近傍での視差を推定し、１組のス
テレオ画像から２画像間の任意の視点に対応する中間像
を生成できる視差推定方法及び中間像生成方法および装
置を提供すること。【構成】左右の画像から初期視差を求める初期視差推
定部２Ｌ，２Ｒと、各画像の物体輪郭線を抽出する輪郭
抽出部４Ｌ，４Ｒと、初期視差と物体輪郭線から物体輪
郭線近傍における視差を決定し、視差推定できない領域
の視差は、周囲の視差と物体の輪郭により視差推定する
輪郭部視差推定部６Ｌ，６Ｒと、画像と視差から左右の
中間像を生成する中間像生成部７Ｌ，７Ｒと、生成した
各中間像を統合する中間像統合部８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体映像表示方式
における中間像生成方法及び視差推定方法及びその装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、立体映像方式には様々なものが提
案されているが、特殊な眼鏡をかけることなく立体動画
像を複数人数で観察できる方式として、多眼式立体映像
方式が有望である。多眼式立体映像方式においては、使
用するカメラ台数および表示装置台数が多いほど、観察
者に対して自然な動視差を感じさせることができ、ま
た、多人数での観察が容易になる。しかしながら、撮像
系の規模やカメラの光軸の設定等の制約により、実用的
に用いることができるカメラ台数には限度がある。ま
た、伝送、蓄積過程においては、カメラ台数に比例して
増大する情報量を低減することが望まれる。そこで、表
示側において２眼式ステレオ画像から中間像を生成して
多眼式立体画像を表示できれば、撮像系の負担を軽減
し、伝送、蓄積時の情報量を低減することができること
になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】視点の異なる複数の画
像から、その異なる視点間の任意の視点で見えるべき中
間像を生成するためには、画像間で画素の対応を求めて
奥行きを推定する必要がある。対応を求める方法はこう
配法とブロックマッチング法に大別される。このうちこ
う配法は、大きな推定値に対して精度が低下し、また、
こう配を用いているためにノイズの影響を受けやすい。
さらに、こう配法では一般に、推定値を収束させるため
の繰り返し計算を必要とするため、実時間処理の点で不
利である。一方、ブロックマッチング法はノイズに対し
て頑健であるが、輝度こう配の大小、推定値が不連続な
領域の有無によって、適切なブロックサイズが異なり、
適切なブロックサイズが推定値の分布に依存するという
課題がある。

【０００４】金出らは、輝度こう配、ノイズ、視差分布
を考慮した評価尺度を用いて、ブロックのサイズ、位置
と視差を更新する繰り返し計算によって上記問題点の解
決を試みているが（T.Kanade,M.Okutomi : "A Stereo M
atching Algorithm with anAdaptive Window : Theory
and Experiment",Technical Report CMU-CS-90,School
of Computer Science,C.M.U., Pittburgh,PA 15213,(19
90)）、莫大な計算量を要している。

【０００５】また、画像間の対応づけにおける根本的な
問題は、奥行きが不連続に変化する視差エッジ近傍で
は、オクルージョンが生じるために対応を精度よく求め
るのは困難なことである。しかし、この視差エッジ近傍
での推定値は、生成された中間像中の物体の輪郭を決定
するため、中間像の合成時には非常に重要である。すな
わち、視差エッジ近傍で推定誤差が生じると、前景領域
の画素が背景側にはりついたり、逆に背景領域の画素が
前景にはりつき、物体の輪郭線が乱れたり、物体輪郭線
近傍の背景領域に偽輪郭が生じることになる。

【０００６】また、こう配法やブロックマッチング法に
よる２画像間の対応づけ以外の方法として、アフィン変
換による視差補償予測方式や（藤井,原島, "アフィン変
換よる多眼式三次元画像符号化",電子情報通信学会秋期
大会,D-200,(1993)）、EPI(Epipolor Plane Image)を用
いる方法（苗村,原島, "自己相関モデリングによる多眼
式画像の補間合成",電子情報通信学会秋期大会,D-267,
(1993)）があるが、数枚から数十枚の画像を用いるた
め、動画に適用する際には撮像系に大きな負担がかか
る。

【０００７】本発明は、従来のこのような立体画像表示
方式における課題を考慮し、物体輪郭線近傍での視差を
推定し、複数の画像の、例えば１組のステレオ画像から
２画像間の、任意の視点に対応する中間像を生成できる
視差推定方法及び中間像生成方法および装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、視
点の異なる２つの画像について、それぞれの画像を基準
として画素毎の対応を求めて視差を推定し、視差推定が
行えない領域において、周囲での視差と物体の輪郭をも
とに領域での視差を決定し、画像及び得られた視差から
中間像を生成するステレオ画像の中間像生成方法であ
る。

【０００９】また請求項３の本発明は、左右の視点にお
ける画像について、左右それぞれの画像を基準として視
差を推定し、画像及び得られた視差から左右それぞれの
中間像を生成し、その生成した中間像を統合する中間像
生成方法である。

【００１０】また請求項６の本発明は、視点の異なる２
画像を記憶する画像メモリと、２画像間で画素の対応を
求め初期視差を計算する初期視差推定手段と、その初期
視差を記憶する初期視差メモリと、画像から物体輪郭線
を検出する物体輪郭線検出手段と、その物体輪郭線を記
憶する輪郭メモリと、初期視差および物体輪郭線から物
体輪郭線近傍における視差を決定する輪郭部視差推定手
段と、画像と視差から中間像を生成する中間像生成手段
とを備えた中間像生成装置である。

【００１１】また請求項７の本発明は、視点の異なる複
数の画像について、それぞれの画像を基準として画素毎
の対応を求めて初期視差を推定し、初期視差推定が行え
ない領域での視差推定は、その領域近傍における所定の
領域の内で物体輪郭のエッジ強度に応じて、初期視差推
定で求められた視差に対する重みを変化させて複数の画
像の視差を演算する視差推定方法である。

【００１２】また請求項８の本発明は、上記請求項７の
視差推定方法により求められた視差を利用して、画像か
ら中間像を生成する複数画像の中間像生成方法である。

【００１３】また請求項１０の本発明は、観察者の位置
を検出する位置検出手段と、その検出された観察者の方
向に応じた中間像を生成する中間像生成手段と、その生
成された中間像を観察者の位置に応じた平面画像もしく
は立体画像として表示する表示手段とを備えた画像表示
装置である。

【００１４】また請求項１１の本発明は、２眼式画像を
送信する送信部と、伝送された２眼式画像を受信し、そ
の受信した２眼式画像から左右の画像を基準とした視差
情報を計算し、視差が正しく計算できない領域での視差
については周囲の視差を利用して決定し、２眼式画像と
求めた視差情報とを用いて中間像を生成し、その中間像
及び２眼式画像を併せて多眼式画像として表示する受信
部とを備えた画像伝送表示装置である。

【００１５】また請求項１２の本発明は、２眼式画像か
ら左右それぞれの画像を基準とした視差を計算し、視差
が正しく計算できない領域での視差については周囲の視
差を利用して補充し、２眼式画像及び補充後の視差を符
号化し伝送する送信部と、その伝送された符号化信号を
受信し、その受信信号から２眼式画像及び補充後の視差
を復号化し、その復号された２眼式画像及び補充後の視
差を用いて中間像を生成し、その中間像及び２眼式画像
を併せて多眼式画像として表示する受信部とを備えた画
像伝送表示装置である。

【００１６】本発明は、例えば、視点の異なる２つの画
像について、画素毎の対応を求めて視差を推定する際
に、オクルージョンなどによって視差推定が行えない領
域において、周囲での視差と物体の輪郭をもとに、視差
推定が行えない領域での視差を決定し、それぞれの画像
を基準として中間像を生成し、更にその生成された中間
像を統合することにより、画像全体で中間像を生成す
る。

【００１７】また、視差推定が行えない領域での視差を
求める場合に、物体輪郭のエッジ強度に応じて、初期視
差推定で求められた視差に対する重みを変化させて視差
を求めることができる。

【００１８】また、本発明は、観察者の位置を検出する
ことにより、その検出した観察者の位置に応じた立体画
像などを表示することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施の形態
を示す図面に基づいて説明する。

【００２０】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る中間像生成装置の構成図である。図１において、１Ｌ
は左画像用フレームメモリ、１Ｒは右画像用フレームメ
モリ、２Ｌは左画像を基準とした視差を求める初期視差
推定部、２Ｒは右画像を基準とした視差を求める初期視
差推定部、３Ｌ，３Ｒはそれぞれ左右の画像を基準とし
た視差を記憶する視差メモリ、４Ｌ，４Ｒはそれぞれ左
右の画像の輪郭を抽出する輪郭抽出部、５Ｌ，５Ｒはそ
れぞれ左右の画像の輪郭を記憶する輪郭メモリ、６Ｌ，
６Ｒはそれぞれ左右の画像の輪郭部近傍の視差を求める
輪郭部視差推定部、７Ｌ，７Ｒはそれぞれ左右の画像を
基準とした中間像を生成する中間像生成部、８は左右の
画像を基準とする中間像を統合する中間像統合部であ
る。

【００２１】以下に上記構成の動作について、図面を参
照しながら説明する。

【００２２】まず、左画像用フレームメモリ１Ｌ、右画
像用フレームメモリ１Ｒは、それぞれ左右の画像を記憶
する。

【００２３】次に、初期視差推定部２Ｌは左画像を基準
として（数１）に示すＳＳＤによる相関演算をブロック
毎に行い、ＳＳＤを最小とするｄl を視差として左右の
画像間の画素の対応を求め、ｄl を（ｘ，ｙ）における
左画像基準の初期視差として視差メモリ３Ｌに視差デ
ータを書き込む。

【００２４】

【数１】

【００２５】図２は、左画像を基準とした初期視差の模
式図である。図２において、２１は前景視差、２２は背
景視差、２３は物体輪郭線、２４はオクルージョン領域
である。ブロック毎の相関演算による初期視差では、手
前にある前景に対する視差データ２１と背景に対する視
差データ２２の境界が物体輪郭線２３とは一致せず、ま
た、前景の左側（右画像基準の初期視差の場合には前景
の右側）に対応がとれず視差が原理上正しく計算できな
いオクルージョン領域２４が存在する。

【００２６】また、初期視差推定部２Ｒは、右画像を基
準として（数２）に示すＳＳＤによる相関演算を行い、
左右の画像間の画素の対応を求め、右画像基準の初期視
差として視差メモリ３Ｒに視差データを書き込む。

【００２７】

【数２】

【００２８】一方、輪郭抽出部４Ｌ，４Ｒは、それぞれ
左右の画像のエッジ検出を行い、物体の輪郭を抽出し
て、輪郭メモリ５Ｌ，５Ｒにそれぞれ書き込む。

【００２９】次に、輪郭部視差推定部６Ｌは、左画像基
準の初期視差と左画像の物体輪郭線から、物体輪郭線近
傍での視差推定を行う。輪郭部視差推定部６Ｌは、（数
３）に示す左右の画像を基準とした初期視差の差が、一
定のしきい値以上となる領域をオクルージョン領域とみ
なし、オクルージョン領域での視差データを通常、視差
データが取り得ない値に変更する（例えば、画像の大き
さやＳＳＤ計算時の探索領域の大きさよりも絶対値の大
きな値にすればよい。具体的には、探索領域が±５０画
素の場合には５１もしくは−５１をオクルージョン識別
用のコードとする）。

【００３０】

【数３】

【００３１】次に、物体輪郭線に沿って視差推定を行
う。図３は、輪郭部視差推定部６Ｌによる物体輪郭線近
傍での視差推定の説明図である。図３において、３１は
視差推定を行うための矩形領域である。輪郭部視差推定
部６Ｌは、物体輪郭線に沿って図３に示す矩形領域３１
内の視差を推定する。図４は、矩形領域内での視差推定
の説明図である。矩形領域３１は長手方向が物体輪郭線
２３に対してほぼ垂直になるように設定され（例えば、
予め４５゜きざみや３０゜きざみのものを用意してお
く）、物体輪郭線２３で２つの領域に分割される。そし
て、分割された領域内でのそれぞれの初期視差データの
分散を計算する。

【００３２】図４に示した矩形領域３１では、物体輪郭
線２３で左右に分割された領域のうち、左の領域には背
景視差２２、オクルージョン領域２４、前景視差２１が
含まれているため、ここでの初期視差の分散は大きくな
る。一方、右の領域には前景での視差のみが含まれてい
るため、領域内での初期視差の分散は小さくなる。した
がって、矩形領域３１を分割したそれぞれの領域におけ
る視差の分散に対してしきい値を設定し、視差の分散が
しきい値以上の領域、すなわち、分割した左の領域に対
しては、図４に示すように、物体輪郭線２３の左側に位
置する矩形の一辺３１ａが存在する場所の視差データを
用いて、オクルージョン領域２４内及び物体輪郭線２３
までの視差データを補充する（黒矢印に示す）。

【００３３】このようにして、オクルージョン領域２４
近傍における視差を背景視差２２（物体輪郭線及びオク
ルージョン領域近傍で遠くを示す方の視差）から決定す
る。

【００３４】以上のようにして、視差の境界と物体輪郭
線とが一致するように、つまり物体輪郭線２３までの領
域で視差を補充して視差分布を決定する。例えば図４で
は、物体輪郭線２３の近傍の視差を、物体輪郭線２３か
ら左側の近傍領域については背景視差２２により補充す
る。物体輪郭線２３から右側の近傍領域については、矩
形領域３１の分散が低いため、視差の補充はしない。

【００３５】以上のように決定された視差により、輪郭
部視差推定部６Ｌは視差メモリ３Ｌのデータを更新す
る。

【００３６】また、輪郭部視差推定部６Ｒも、輪郭部視
差推定部６Ｌと同様に右画像を基準とした視差推定を物
体輪郭線に沿って行い初期視差データを変更し、視差メ
モリ３Ｒに書き込む。

【００３７】次に、中間像生成部７Ｌ，７Ｒは、左右の
画像データを画像用フレームメモリ１Ｌ，１Ｒから、と
輪郭部視差推定部６Ｌ，６Ｒが更新した左右それぞれの
画像を基準とした視差データを視差メモリ３Ｌ，３Ｒか
ら、それぞれ読みだし、（数４）で示す座標値のシフト
を行う。

【００３８】

【数４】

【００３９】（数４）においてαの値を０＜α＜１の範
囲で変化させることにより、左右の画像の任意の中間像
を生成できる。

【００４０】次に、中間像生成の方法を以下に示す。

【００４１】図６は、本実施の形態におけるステレオ画
像の中間像生成方法を示す図である。図６において、初
期視差６３，６４は、それぞれ左右の画像６１，６２を
基準として（数１），（数２）による相関演算により推
定する。この初期視差には、オクルージョンにより視差
推定が原理上行えない領域７０，７１が存在する。

【００４２】次に、左右それぞれの画像を基準とした初
期視差６３，６４に対して、前述した物体輪郭線近傍で
の視差推定を行ない、上記視差推定が原理上行えない領
域での視差を決定する。

【００４３】そして、上記の視差推定結果６５，６６と
左右の画像６１，６２から、（数４）に示す式により、
左右の画像を画素毎に水平方向にシフトして、左右の画
像をそれぞれ基準とした中間像６７，６８を生成する。
この左右の画像を基準とした中間像では、物体輪郭線で
の視差の不連続に起因して中間像が生成されない領域
（抜け領域）７２，７３が、物体のそれぞれ反対側（左
画像基準では物体の右側、逆に右画像基準では物体の左
側）に生じる。また、抜け領域の判別は、各画素に対応
して専用のフラグを用意するか、特定のコード（例えば
８ビットの画像であれば、２５５や０）を抜け領域識別
用に割り当てることによって行う。

【００４４】そして、左右の画像をそれぞれ基準とした
中間像６７，６８を後述する方法により統合することに
よって、画像全体で抜け領域のない中間像６９を生成す
る。図１の中間像統合部８は、左右それぞれの画像を基
準として生成された中間像を統合する。図５は、左右そ
れぞれの画像を基準として生成された中間像を示す。前
述のようにして、左右それぞれの画像に対して視差デー
タにより座標値のシフトを行なうと、それぞれの中間像
には、前景と背景での視差の不連続によりシフトの量が
異なるため、中間像が生成されない領域が左右それぞれ
の画像に生じ、図５の斜線部分がこれを示している。図
中、５１は左画像を基準とした中間像で像が生成されな
い領域であり、５２は右画像を基準とした中間像で像が
生成されない領域である（左画像を基準とした中間像で
は前景物体の右、右画像を基準とした中間像では前景物
体の左に生じる）。この、中間像が生成されない領域５
１，５２は、左右の画像をそれぞれ基準とした場合に前
景対象物に対して反対側に生じるため、左右それぞれの
画像を基準として生成された中間像を統合することによ
り、画像全体で中間像を生成する。中間像統合部８は、
画像中の各座標について、左右の画像を基準とした中間
像が両方とも生成されている場合には、両方の値に基づ
く値（例えば両者の平均）を出力し、片方だけで中間像
が生成されている場合にはそのデータを出力する。

【００４５】以上のように本実施の形態によれば、視差
推定が困難な物体輪郭線近傍において、オクルージョン
領域を左右の画像を基準とした初期視差から検出し、検
出したオクルージョン領域での視差を周囲の視差データ
から決定する。また、物体輪郭線で視差が不連続（なだ
らかに変化しないよう）になるように視差推定を行うこ
とにより、生成された中間像の輪郭付近での画質を向上
させる。さらに、左右の画像を基準とする中間像を合成
することにより画像全体の画素について中間像を生成す
る。

【００４６】図７は、本発明の第２の実施の形態におけ
る中間像生成装置の構成図である。図７において、９
Ｌ，９Ｒはそれぞれ左右の画像を基準とした中間像を生
成し、同時に、中間像についての視差分布を出力する中
間像生成部、１０Ｌ，１０Ｒは中間像生成部９Ｌ，９Ｒ
が生成した中間像を修正する中間像修正部である。図
中、中間像生成部９Ｌ，９Ｒ、中間像修正部１０Ｌ，１
０Ｒ以外の構成は、本発明の第１の実施の形態と同一で
あるので図１と同一の符号を付し説明を省略し、以下に
中間像生成部９Ｌ，９Ｒおよび中間像修正部１０Ｌ，１
０Ｒの動作について説明する。

【００４７】中間像生成部９Ｌ，９Ｒは、左右の画像デ
ータを画像用フレームメモリ１Ｌ，１Ｒから、輪郭部視
差推定部６Ｌ，６Ｒが更新した左右それぞれの画像を基
準とした視差データを視差メモリ３Ｌ，３Ｒから、それ
ぞれ読みだし、（数４）で示す座標値のシフトを行い、
中間像を生成する。さらに、（数４）における画像デー
タを視差に置き換えて演算し、中間像についての視差を
計算する。

【００４８】中間像修正部１０Ｌ，１０Ｒは、中間像生
成部９Ｌ，９Ｒが生成した中間像において中間像が生成
されない領域（抜け領域）と接する背景領域側の境界近
傍の数画素を抜け領域に編入することにより、中間像統
合部８による統合後の中間像中で前景領域の物体輪郭線
近傍で偽輪郭が生じることを防ぐ。この偽輪郭は、輪郭
抽出の誤りに起因して、前景に含まれる画素が背景とし
て処理されたり、もしくは、その逆の処理がなされた場
合に生じる（特に前景の画素が背景として処理された場
合に視覚的に目立ちやすい）。

【００４９】図８は、中間像修正部１０Ｌ，１０Ｒによ
る中間像の修正を説明する図である。図８において、８
１，８２は左右の画像を基準とした中間像、７２，７３
は中間像生成部９Ｌ，９Ｒにより中間像が生成されなか
った抜け領域、８３，８４は中間像修正部１０Ｌ，１０
Ｒにより抜け領域に編入される修正領域、８５は修正領
域を抜け領域として中間像８１，８２を統合し、偽輪郭
が生じないように処理した中間像である。

【００５０】図９は、修正領域の設定方法を示す図であ
り、中間像生成部９Ｌ，９Ｒによって計算された中間像
についての視差を示す。図９において、９１は前景視
差、９２は背景視差、９３は抜け領域、９４は修正領域
である。修正領域９４は、抜け領域９３と接する背景視
差９２中の水平方向の幅を１〜３画素程度の領域として
設定する（これは、輪郭の抽出位置の精度が上記１〜３
画素の範囲に入っていると仮定することと同じであ
る）。背景視差９２と前景視差９１の識別は、図９中
Ａ，Ｂで示すように、抜け領域９３を水平方向に走査
し、抜け領域９３と左右で隣接する２つの視差領域のう
ち視差の絶対値の小さい（すなわち奥に位置する）側を
背景視差として行う。

【００５１】上述のように視差地図上に設定した修正領
域より、これに対応する（視差地図上の修正領域と同一
の座標値の）中間像中の領域を抜け領域に編入した後、
左右の画像を基準として生成した中間像を統合すること
で、統合後の中間像において前景の物体輪郭線近傍で偽
輪郭が生じることを防ぐことができる。

【００５２】以上のように本実施の形態によれば、輪郭
抽出結果に基づいて推定された視差をもとに中間像を生
成する際に、中間像中に偽輪郭が生じることを防ぐこと
ができる。

【００５３】次に、画像輪郭部の視差推定の方法につい
て上記実施の形態と異なる第３の実施の形態の方法を以
下に示す。上記の実施の形態では画像輪郭抽出部におい
て、輪郭のあるなしを２値で判定し、輪郭部と判定され
た部分での小領域の視差の分散をもとに視差の修正を行
った。ここでは、輪郭部をエッジの強度で判断し、エッ
ジ強度に応じて視差の修正の仕方を変化させる。図１２
に視差修正の構成（方法）を示す。図１２において、１
２１〜１２４は各方向成分を持つ空間フィルタ手段であ
り以下に示すエッジ強度を算出する。１２５は算出され
たエッジ強度の統合手段であり、１２６は輪郭部視差推
定手段であり、３は視差を記録するための視差メモリ手
段であり、これは上記実施の形態のものと同様である。

【００５４】以上のように構成された輪郭部の視差推定
方法（及び手段）について以下にその動作及び原理を述
べる。

【００５５】まず、エッジ強度の算出方法であるが、図
１１に示すように各画素に対して空間的な重みを付け、
２次元の方向性を持ったＨＰＦ（ハイパスフィルタ）や
ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）を構成する。図１１の
（ａ）（ｄ）は垂直方向の連続するエッジを検出するも
のであり、（ｂ）（ｃ）（ｅ）は斜め方向のエッジを検
出するものである。水平及び反対方向の斜めエッジの検
出は、図１１の係数の配置の方向を９０度回転させれば
よい。またエッジの方向は４５度刻みに限る必要はな
く、３０度刻みなどでもよいのは当然である。エッジ強
度の算出法を式で示すと（数５）になる。

【００５６】

【数５】Ed(x,y) = Σij Wt(i,j)*P(x+i,y+j) / Σij
｜Wt(i,j)｜ここでＥｄはエッジの強度、Ｗｔは図１１に１例として
示したフィルタの重み、Ｐは画素の規格化された信号レ
ベル、i,j は図１１に示すフィルタ係数の存在する領域
である。

【００５７】統合手段１２５は、このようにして求めら
れたエッジ強度を統合し、その強度のレベルの絶対値の
最大値とその最大値を出したエッジの方向を輪郭部視差
推定手段１２６に送る。輪郭部視差推定手段１２６で
は、一定の領域に対し、入力された初期視差を統合し視
差を再推定する。統合の方法を（数６）に示す。

【００５８】

【数６】Dsn(x,y) = Σij { Ds(x+i.y+j) / ( 1 + maxc
[ Ed(x+i,y+j)] ) } * Σij 1/( 1 + maxc[ Ed(x+i,y+j)] ) ここでＤｓは初期視差であり、Ｄｓｎは再推定された視
差であり、ｍａｘｃはエッジの方向に対して法線方向に
中心（i=±1,j=±1）からの最大値をとる演算子でi=0,
j=0 の中心では０の値をとるものとする。初期視差Ｄｓ
が求めたれていない領域は演算範囲（i,j）から除外す
る。ここでの（i,j）は図１３に示す再推定に使用する
演算範囲である。図１３において、１３１は再推定に使
用する演算範囲であり、１３２は再推定を行う演算範囲
の中心であり、１３４、１３５、１３６は画像のエッジ
強度の強い部分すなわちエッジであり、１３７はエッジ
に対する法線方向を示し再推定の演算の方向を示す。図
１３（ａ）から（ｃ）に再推定に使用する演算範囲に対
する代表的なエッジの位置を示し、このときの再推定時
の重みとなる 1/( 1 + maxc[ Ed(x+i,y+j)] ) の値を
（ｄ）から（ｆ）にエッジ強度とともに示す（i,j を１
次元として表示）。この再推定を定性的に述べると再推
定の中心部では１の重みとし、その他の部分ではエッジ
がない限り重み１で加算され、エッジがある場合（エッ
ジ強度に対応して）重みを低下させる。またエッジをま
たいで再推定の演算範囲が延びるとき、エッジ強度の最
大のときの重みを維持するようにしている。

【００５９】このようにエッジ強度に応じて、エッジの
周囲の再推定を行うことにより、第１の実施の形態より
なめらかで且つエッジをまたいで再推定の影響が及ばな
いようにしている（エッジ強度に応じて影響の度合いが
変化し、強度が大きいとき影響はへり、強度が小さいと
き影響は増える）。

【００６０】以上のように、本実施の形態では、エッジ
強度に応じた画像の輪郭部の視差推定方法を行うことに
より、再推定された視差がよりなめらかで、且つ輝度又
は色エッジの情報によりエッジを境界として影響度合い
を自動的に調整することを可能とし、画像の輪郭部での
視差推定値の変化をなまることなく推定することを可能
とする。またこのようにして求めた視差を用い、画像間
の中間視点から見た画像を上記第１、又は第２の実施の
形態のように合成することにより、複数画像の中間視点
画像が、よりなめらかで且つ画像のエッジ部分で画像が
なまることなく合成することが可能となる。

【００６１】本実施の形態では、視差の再推定の方法
を、重み付きの平均としその重みを画像のエッジの強度
で変化させ、上記のような画像のエッジ強度に応じた視
差の再推定を行った。画像のエッジ強度に応じた視差の
推定方法としては、このほかに視差の変化量に重みを掛
けたエネルギーＥを（数７）のように定義し、重みＷを
画像のエッジ強度に応じて小さくし、画像のエッジ強度
が大きいところで視差が変化しても定義されたエネルギ
ーが大きくならないようにし、定義されたエネルギーを
最小にするようにして画像エッジ部の視差の再推定をお
こなっても上記の再推定とほぼ似たような結果を得るこ
とが可能である。

【００６２】

【数７】E(f(x,y,u,u_x,u_y))= ∫W(x,y)((∂u/∂x)² +
(∂u/∂y)²)dxdy ここで u は視差を示す。

【００６３】次に、中間像を生成する際の画素の書き込
み方法について以下に示す。視差推定時に基準とした画
像中の座標値(x,y) と、（数４）に示す中間像の生成に
より、生成された画像中の座標値(s,t) の関係は、（数
８）のようになる。

【００６４】

【数８】

【００６５】図１４は、（数８）の座標変換により基準
画像中の画素の座標値が、中間像中の画素間に変換され
ることを示す。すなわち、図１４中、○は画素の座標を
示し、△は基準画像中の画素●が変換された画素間の座
標を示し、□は変換によって中間像中の画素●に変換さ
れる基準画像中の座標を示す。基準画像のもつ空間解像
度を劣化させずに中間像を生成するためには、□の座標
における画素値を●の画素に書く必要がある。その方法
について以下に説明する。

【００６６】図１４（ａ）の●と□の差をΔｘ、図１４
（ｂ）中の△と●の差をΔｓとすると、（数８）のテイ
ラー展開より、

【００６７】

【数９】

【００６８】となる。（数８）と（数９）より、Δｘと
Δｓの関係は、（数１０）となる。

【００６９】

【数１０】

【００７０】（数１０）のΔｘの係数の絶対値がある程
度以上（例えば０．０１以上）の場合、これをΔｘにつ
いて解き、（数１１）を得る。

【００７１】

【数１１】

【００７２】逆に、（数１０）をΔｘついて解かない場
合には、中間像の画素への書き込みは行わない。

【００７３】図１９に、上述した方法により視差と視点
パラメータを用いて中間像生成を行う際のフローチャー
トを示す。図１９では、ｘ，ｙのインクリメントを１と
しているが、視差の変化に応じてインクリメントを１以
下にすることにより中間像の書き込まれない画素の発生
を防止できる。

【００７４】以上、説明した方法により、視差と基準画
像を用いて、基準画像の空間解像度を劣化させずに中間
像を生成することができる。

【００７５】なお、本発明のすべての実施の形態におい
て、左右の画像を基準とした中間像の統合方法は、双方
の中間像が共に生成されている画素において、両者の平
均を出力する方法に限る必要はなく、中間像の視点位置
のパラメータαに応じた重み付け加算を行ってもよく、
本発明に含まれる。

【００７６】図１０は、中間像の視点位置のパラメータ
αに対する重みの分布の例を示したものであり、図１０
（ａ）のような直線的に変化する重みを用いても、図１
０（ｂ）のような曲線的に変化する重みを用いてもよ
い。画素値の統合は、（数１２）による重み付け加算に
よって行う。

【００７７】

【数１２】

【００７８】なお、本発明のすべての実施の形態におい
て、画像間の相関演算としては残差平方和（ＳＳＤ）に
限る必要はなく、残差絶対値和（ＳＡＤ）を用いても同
様の効果を得ることができ、そのような実施の形態もも
ちろん本発明に含まれる。

【００７９】また、本発明の実施の形態では画像間で視
差を求める例を示したが、画像間で動きベクトルを求め
ることにより、撮影時のカメラの制約（２台のカメラの
厳密な水平位置関係、光軸の方向合わせ等）を緩めるこ
とができ、そのような実施の形態も本発明に含まれる。
すなわち、２枚の画像を撮影するときのカメラの光軸の
向きや相互の位置関係にずれがある場合においても、水
平方向の視差に加えて垂直方向の視差も求める（すなわ
ち動きベクトルを求める）ことにより、垂直方向の画像
間のずれを補正でき、撮影時のカメラの姿勢に関する制
約を緩めて中間像を生成することが可能となる。

【００８０】また同様に、同一のカメラで異なる時間に
撮影された画像に対しても、画像間で動きベクトルを求
めることにより、撮影時のカメラの姿勢に関する制約を
緩めて、時間的な中間像を生成することができ、そのよ
うな実施の形態も本発明に含まれる。

【００８１】ここで、動きベクトルを用いた場合の中間
像生成の方法について説明する。動きベクトルを用いた
際の、変換前後の座標値の関係は（数１３）となる。

【００８２】

【数１３】

【００８３】図１５は、動きベクトルを用いた中間像生
成の説明図である。図１５において○は画素の座標であ
り、△は基準画像中の画素●が変換された座標、□は中
間像中の●に変換される基準画像中の座標を示す。基準
画像中の●と□の差ベクトルを（Δｘ，Δｙ）、中間像
中の△と●の差ベクトルを（Δｓ，Δｔ）とすると、視
差を用いた中間像生成時と同様にして（数１４）を得
る。

【００８４】

【数１４】

【００８５】（数１４）の右辺の係数行列の行列式の絶
対値がある程度以上（例えば０．０１以上）の場合、逆
行列を用いて（数１５）よりΔｘ、Δｙを計算する。

【００８６】

【数１５】

【００８７】逆に、上記係数行列の行列式の絶対値が小
さい場合には、中間像の画素への書き込みは行わない。

【００８８】図２０に、上述した方法により動きベクト
ルと視点パラメータを用いて中間像生成を行う際のフロ
ーチャートを示す。図２０では、ｘ，ｙのインクリメン
トを１としているが、視差の変化に応じてインクリメン
トを１以下にすることにより中間像の書き込まれない画
素の発生を防止できる。

【００８９】以上、説明した方法により、動きベクトル
と基準画像を用いて中間像を生成することができる。

【００９０】次に、本発明による中間像生成手段を用い
た視点追従型画像表示の方法を示す第４の実施の形態に
ついて説明する。

【００９１】図１６は、観察者の視点に応じた画像表示
を行う構成の一例である。図１６において、１６１は観
察者、１６２は観察者の位置を検出するための位置検出
手段、１６３はディスプレイ、１６４は中間像生成手
段、１６５は２台のカメラからなる撮像手段、１６６は
撮像された画像データを蓄積する蓄積手段、１６７は映
像ソースを切り替える映像ソース切替手段である。以下
に各構成の動作について説明する。

【００９２】撮像手段１６５は視点の異なる１組の画像
を入力する。蓄積手段１６６は撮像手段１６５によって
得られたステレオ画像を記録、再生する。映像ソース切
替手段１６７は入力を撮像手段１６５と蓄積手段１６６
のいずれかに設定する。位置検出手段１６２は観察者の
位置を検出する。中間像生成手段１６４は、撮像手段１
６５もしくは蓄積手段１６６から得られたステレオ画像
から左右の画像を基準とした視差推定を（オクルージョ
ン領域も含めて）行い、位置検出手段１６２からの視点
情報に基づき中間像を生成する（ディスプレイ１６３が
２Ｄ表示の際には、中間像をひとつ、ステレオ表示の際
には右目用、左目用の中間像をそれぞれ生成する）。

【００９３】以上のように本実施の形態によれば、２枚
の画像を撮像・伝送し、受信側で視差を推定し、観察者
の位置を検出することにより、少ない伝送情報量で観察
者の視点に応じた臨場感のある画像表示が可能となる。

【００９４】なお、本実施の形態では位置検出の結果に
応じた表示の例について説明したが、複数の中間像を同
時に生成し表示することにより、多人数で同時に各人の
視点に応じた画像を観察することができ、本発明に含ま
れる。

【００９５】また、本実施の形態では受信側で視差推定
を行う例について説明したが、視差推定は送信側で行っ
てもよく、そのような第５の実施の形態について以下に
説明する。

【００９６】図１７は、送信側で視差推定（もしくは動
き推定）を行うシステムの送信ブロックの一例である。
図１７において、１７０は左画像を基準とした視差ＶL
を推定する視差推定手段、１７１は右画像を基準とした
視差ＶR を推定する視差推定手段、１７２ａ〜ｄは符号
化器、１７３ａ，ｂは復号化器、１７４は左画像Ｌと左
画像を基準とした視差ＶL から右画像Ｒを予測する予測
手段、１７５は左画像を基準とした視差ＶLから右画像
を基準とした視差ＶRを予測する予測手段、１７６ａ，
ｂは穴埋め手段である。以下に上記構成の動作について
説明する。

【００９７】まず、左画像Ｌは符号化器１７２ａによっ
て符号化される。また、視差推定手段１７０、１７１に
よって左右の画像をそれぞれ基準とした視差ＶL，ＶRが
推定される。オクルージョン等により視差が正しく推定
されない領域については、穴埋め手段１７６ａ，１７６
ｂによって視差が決定される。次に、左画像を基準とし
た穴埋め後の視差は符号化器１７２ｂにより符号化され
る。符号化された左画像を基準とした穴埋め後の視差は
復号化器１７３ａにより復号化され、予測器１７４によ
る右画像Ｒの予測と、予測器１７５による穴埋め後の右
画像を基準とした視差の予測に用いられる。

【００９８】予測器１７５による右画像を基準とした視
差ＶR の予測は、左画像を基準とした視差を用いて、
（数１６）として計算する。

【００９９】

【数１６】

【０１００】右画像は予測器１７４による予測との残差
をとり、符号化器１７２ｄによって符号化される。穴埋
め後の右画像を基準とした視差ＶR は、予測器１７５に
よる予測との残差をとり、符号化器１７２ｄにより符号
化される。

【０１０１】図１８は、送信側で視差推定を行うシステ
ムの受信ブロックの一例である。図１８において、１８
１ａ〜ｄは復号化器、１７４は右画像Ｒの予測器、１７
５は右画像を基準とした視差の予測器である。符号化さ
れた左画像Ｌ、左画像基準の視差ＶL、右画像基準の視
差ＶRの予測誤差、右画像Ｒの予測誤差はそれぞれ復号
化器１８１ａ〜１８１ｄにより復号化される。右画像は
予測器１７４による予測と復号化された右画像の予測誤
差を加算して復元される。右画像基準の視差は予測器１
７５による予測と復号化された予測誤差を加算して復元
される。

【０１０２】上記の構成により、送信側で視差推定と穴
埋め処理を行うことにより、受信側での演算量を低減す
ることができ、受信側の装置規模を縮小することができ
る。

【０１０３】以上述べたところから明らかなように、本
発明によれば、視差推定が困難な物体輪郭線近傍におい
て、オクルージョン領域を左右の画像を基準とした初期
視差から検出し、検出したオクルージョン領域での視差
を周囲の視差データから決定して、物体輪郭線で視差が
不連続になるように視差推定を行うことにより、生成さ
れた中間像の輪郭付近での画質を向上させることができ
る。

【０１０４】また、左右の画像を基準とする中間像を統
合することにより画像全体の画素について中間像を生成
することができる。したがって、１組のステレオ画像か
ら２画像間の任意の視点に対応する中間像を生成するこ
とができる。

【０１０５】また、左右の画像を基準として生成した中
間像中の抜け領域と接する背景側の数画素を統合に用い
ないことにより、統合後の中間像中に偽輪郭が生じるこ
とを防ぐことができる。

【０１０６】さらに、動きベクトルを求めることによ
り、撮像時のカメラの姿勢に要求される制約を緩和する
ことができる。

【０１０７】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、物体輪郭線近傍での視差を推定し、複数の画像
の、例えば１組のステレオ画像から２画像間の、任意の
視点に対応する中間像を生成できるという長所を有す
る。

【０１０８】また本発明は、観察者の位置を検出する位
置検出手段を備える場合は、観察者の位置に応じた画像
を表示することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における中間像生成
装置の構成図である。

【図２】同第１の実施の形態における左画像を基準とし
た初期視差の説明図である。

【図３】同第１の実施の形態における物体輪郭線近傍で
の視差推定の説明図である。

【図４】同第１の実施の形態における物体輪郭線近傍で
の視差推定の詳細な説明図である。

【図５】同第１の実施の形態における中間像中で像が生
成されない領域の説明図である。

【図６】同第１の実施の形態における左右それぞれの画
像を基準として生成された中間像を統合する説明図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施の形態における中間像生成
装置の構成図である。

【図８】同第２の実施の形態における中間像統合方法の
説明図である。

【図９】同第２の実施の形態における修正領域を示す図
である。

【図１０】統合時に用いる重みの特性の一例を示す図で
ある。

【図１１】フィルターの重み係数の１例を示す図であ
る。

【図１２】本発明の第３の実施の形態における輪郭部視
差推定方法を示す図である。

【図１３】同第３の実施の形態における輪郭部視差推定
の演算領域を示す図である。

【図１４】中間像の書き込み方法の一例を示す図であ
る。

【図１５】中間像の書き込み方法の一例を示す図であ
る。

【図１６】本発明の第４の実施の形態における視点に応
じた画像を表示するシステムを示す図である。

【図１７】本発明の第５の実施の形態の送信側で視差推
定を行うシステムの送信部の構成の一例を示す図であ
る。

【図１８】送信側で視差推定を行うシステムの受信部の
構成の一例を示す図である。

【図１９】視差を用いた中間像生成方法を示すフローチ
ャートである。

【図２０】動きベクトルを用いた中間像生成方法を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１Ｌ左画像用フレームメモリ１Ｒ右画像用フレームメモリ２Ｌ、２Ｒ初期視差推定部３Ｌ、３Ｒ視差メモリ４Ｌ、４Ｒ輪郭抽出部５Ｌ、５Ｒ輪郭メモリ６Ｌ、６Ｒ輪郭部視差推定部７Ｌ、７Ｒ中間像生成部８中間像統合部９Ｌ、９Ｒ中間像生成部１０Ｌ、１０Ｒ中間像修正部２４オクルージョン領域１６２位置検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】視点の異なる２つの画像について、それ
ぞれの画像を基準として画素毎の対応を求めて視差を推
定し、視差推定が行えない領域において、周囲での視差
と物体の輪郭をもとに前記領域での視差を決定し、前記
画像及び前記得られた視差から中間像を生成することを
特徴とするステレオ画像の中間像生成方法。
【請求項２】視差推定が行えない前記領域での視差の
決定は、その領域近傍における所定の領域を前記物体の
輪郭により分割して出来る２つの領域のそれぞれの視差
のうち、遠くを示す方の視差を用いることを特徴とする
請求項１記載の中間像生成方法。
【請求項３】左右の視点における画像について、左右
それぞれの画像を基準として視差を推定し、前記画像及
び前記得られた視差から左右それぞれの中間像を生成
し、その生成した中間像を統合することを特徴とする中
間像生成方法。
【請求項４】中間像の統合は、前記生成した中間像に
おいてデータのない領域と隣接する画素のデータのう
ち、背景側の所定の画素数のデータを用いないことによ
り、統合された中間像における偽輪郭の発生をなくする
ことを特徴とする請求項３記載の中間像生成方法。
【請求項５】中間像の統合は、視点の方向に応じて、
前記生成した中間像に重み付けをすることにより行うこ
とを特徴とする請求項３、又は４記載の中間像生成方
法。
【請求項６】視点の異なる２画像を記憶する画像メモ
リと、前記２画像間で画素の対応を求め初期視差を計算
する初期視差推定手段と、その初期視差を記憶する初期
視差メモリと、画像から物体輪郭線を検出する物体輪郭
線検出手段と、その物体輪郭線を記憶する輪郭メモリ
と、前記初期視差および前記物体輪郭線から物体輪郭線
近傍における視差を決定する輪郭部視差推定手段と、前
記画像と前記視差から中間像を生成する中間像生成手段
とを備えたことを特徴とする中間像生成装置。
【請求項７】視点の異なる複数の画像について、それ
ぞれの画像を基準として画素毎の対応を求めて初期視差
を推定し、前記初期視差推定が行えない領域での視差推
定は、その領域近傍における所定の領域の内で物体輪郭
のエッジ強度に応じて、前記初期視差推定で求められた
視差に対する重みを変化させて前記複数の画像の視差を
演算することを特徴とする視差推定方法。
【請求項８】請求項７の前記視差推定方法により求め
られた視差を利用して、前記画像から中間像を生成する
ことを特徴とする複数画像の中間像生成方法。
【請求項９】中間像の生成は、視差推定時に基準とし
た画像の各画素の座標値を視差と視点方向の係数により
シフトさせ、シフト後の画素間隔以下の値を含む座標値
に最も近い画素の座標値に対応するシフト前の座標値
を、視差分布の変化量と前記シフト後の座標値とその最
近傍画素の座標値との位置関係をもとに決定し、前記シ
フト前の座標値における画素値を周囲の画素の値から補
間し、前記画素値を前記シフト後の座標値の近傍画素に
書き込み、同一画素への書き込みは視差が大きい方のデ
ータを優先して書き込むことを特徴とする請求項１、又
は８記載の中間像生成方法。
【請求項１０】観察者の位置を検出する位置検出手段
と、その検出された観察者の方向に応じた中間像を生成
する中間像生成手段と、その生成された中間像を前記観
察者の位置に応じた平面画像もしくは立体画像として表
示する表示手段とを備えたことを特徴とする画像表示装
置。
【請求項１１】２眼式画像を伝送する送信部と、その
伝送された２眼式画像を受信し、その受信した２眼式画
像から左右の画像を基準とした視差情報を計算し、視差
が正しく計算できない領域での視差については周囲の視
差を利用して決定し、前記２眼式画像と前記求めた視差
情報とを用いて中間像を生成し、その中間像及び前記２
眼式画像を併せて多眼式画像として表示する受信部とを
備えたことを特徴とする画像伝送表示装置。
【請求項１２】２眼式画像から左右それぞれの画像を
基準とした視差を計算し、視差が正しく計算できない領
域での視差については周囲の視差を利用して補充し、前
記２眼式画像及び前記補充後の視差を符号化し伝送する
送信部と、その伝送された符号化信号を受信し、その受
信信号から前記２眼式画像及び前記補充後の視差を復号
化し、その復号された２眼式画像及び補充後の視差を用
いて中間像を生成し、その中間像及び前記２眼式画像を
併せて多眼式画像として表示する受信部とを備えたこと
を特徴とする画像伝送表示装置。