JPH09289638A - ３次元画像符号化復号方式 - Google Patents

３次元画像符号化復号方式

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JPH09289638A
JPH09289638A JP10153396A JP10153396A JPH09289638A JP H09289638 A JPH09289638 A JP H09289638A JP 10153396 A JP10153396 A JP 10153396A JP 10153396 A JP10153396 A JP 10153396A JP H09289638 A JPH09289638 A JP H09289638A
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    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/286—Image signal generators having separate monoscopic and stereoscopic modes

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的な情報圧縮を実現しつつ、かつ自然な
コンピュータグラフィクスとの合成を実現する３次元画
像符号化復号方式を実現する。 【解決手段】 ３次元画像符号化方式は、単眼あるいは
多眼の撮像システムで物体を撮像する手段と、前記撮像
画像を圧縮すると共に前記撮像画像の領域分割情報を圧
縮および出力する手段と、前記物体の奥行きを検出する
手段と、前記画像圧縮手段から与えられる領域分割情報
を用いて奥行き代表値を選択する手段と、前記奥行き代
表値を圧縮する手段と、コンピュータグラフィクスをプ
ログラム記述する手段と、前記プログラム記述を圧縮す
る手段と、前記画像圧縮手段と前記奥行き代表値圧縮手
段と前記プログラム記述圧縮手段から与えられる圧縮デ
ータを多重化する手段を備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３次元画像符号化復
号方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、林、福井、宮田：“リアルタイム
映像処理とＣＧを組み合わせた映像合成システム”、１
９９５年電子情報通信学会総合大会，Ｄ−４６４（Ｍａ
ｒ．１９９５）に代表されるような、実画像とコンピュ
ータグラフィクス画像を合成しようとする試みが盛んで
ある。しかし、これを通信系や蓄積系に応用する場合
に、実画像とコンピュータグラフィクスを効率的に圧縮
しつつ、自然な両者の合成を実現する方式は確立されて
いない。
【０００３】“Ｔｈｅ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔ
ｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇｅ”，Ｖｅｒｓ
ｉｏｎ １．１ Ｄｒａｆｔ（Ｄｅｃ．１９９５）に
は、通信、蓄積系への応用を前提としたコンピュータグ
ラフィクスの記述方式が述べられている。具体的には、
ｇｚｉｐと呼ばれるコンピュータデータの標準的な圧縮
方式を用いてプログラム記述を圧縮し、これを観察側で
伸長してコンピュータグラフィクス生成を行なってい
る。しかし、この方式では、３次元自然画像の効率的な
圧縮方式については全く言及していない。
【０００４】３次元自然画像の圧縮方式としては、Ｗ．
Ａ．Ｓｃｈｕｐｐ，安田：“視差補償および動き補償を
用いたステレオ動画像のデータ圧縮”，１９８８年画像
符号化シンポジウム予稿集，５−１（１９８８）に述べ
られているような、左右２枚のステレオ画像の一方、視
差ベクトル、およ視差補償予測誤差を圧縮する方式が代
表的である。しかし、この方式では、数値的に奥行きを
決定するためにはカメラパラメータの付与が必須であ
り、またコンピュータグラフィクスとの合成を考える上
では、視差補償予測誤差は全く無意味な情報となる。
【０００５】Ｊ．Ｙ．Ａ．Ｗａｎｇ ａｎｄ Ｅ．Ｈ．
Ａｄｅｌｓｏｎ：“Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ Ｍｏｖ
ｉｎｇ Ｉｍａｇｅｓ ｗｉｔｈ Ｌａｙｅｒｓ，”Ｉ
ＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓ
ｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．５，ｐｐ．６２５−６３
８（１９９４−０９）には、２次元映像信号を複数の階
層に分割した上で画像符号化を行なう方式が述べられて
いる。具体的には、画像処理手法によって入力映像信号
から色輝度マップ、速度マップ、および領域マップを抽
出し、それぞれのマップを符号化する。色輝度マップ
は、各画素の色輝度の情報から構成される。領域マップ
は、各画素が属する領域、オブジェクト、もしくは透明
度を表す情報から構成される。また、領域マップは、三
角形パッチやブロック等、代表位置を表す情報から構成
される場合もある。速度マップは、各画素の隣接フレー
ム間での動きを示す情報から構成される。通常の画像符
号化方式との相違点は、画像中の物体形状情報を表す領
域マップの付与である。しかし、この方式では、奥行き
情報の伝送については全く言及していない。
【０００６】奥行きの測定方法としては、井口、佐藤：
“３次元形状計測”、昭晃堂、ｐ．１１−１９（１９９
０）に述べられているように、受動型方式、および能動
型方式として、さまざまな方式が知られている。ただ
し、これらの手法を用いて得られる奥行き情報を、自然
画像に付与して効率的な圧縮を実現する方式に関する検
討は全く行なわれていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の３次元画像符号
化復号方式では、奥行き情報の効率的な圧縮について、
ほとんど検討が行なわれてこなかった。そこで、本発明
の目的は、効率的な情報圧縮を実現しつつ、かつ自然な
コンピュータグラフィクスとの合成を実現する３次元画
像符号化復号方式を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明である３次元
画像符号化方式は、単眼あるいは多眼の撮像システムで
物体を撮像する手段と、前記撮像画像を圧縮する手段
と、前記物体の奥行きを検出する手段と、奥行き代表値
を選択する手段と、前記奥行き代表値を圧縮する手段
と、前記画像圧縮手段と前記奥行き代表値圧縮手段から
与えられる圧縮データを多重化する手段を備えることを
特徴とする。
【０００９】第２の発明である３次元画像復号方式は、
圧縮画像情報と圧縮された奥行き代表値が多重化された
圧縮データを分離する手段と、分離された画像圧縮デー
タを伸長する手段と、分離された奥行き代表値圧縮デー
タを伸長する手段と、前記伸長された奥行き代表値から
画素単位の奥行きを決定する手段と、前記伸長された撮
像画像と前記画素単位の奥行きを用いて３次元画像デー
タを生成する手段と、観察者からの指示に従って視点を
決定する手段と、前記３次元画像データと前記視点情報
に従って画像表示を行う手段を備えることを特徴とす
る。
【００１０】第３の発明である３次元画像符号化方式
は、単眼あるいは多眼の撮像システムで物体を撮像する
手段と、前記撮像画像を圧縮する手段と、前記物体の奥
行きを検出する手段と、奥行き代表値を選択する手段
と、前記奥行き代表値を圧縮する手段と、コンピュータ
グラフィクスをプログラム記述する手段と、前記プログ
ラム記述を圧縮する手段と、前記画像圧縮手段と前記奥
行き代表値圧縮手段と前記プログラム記述圧縮手段から
与えられる圧縮データを多重化する手段を備えることを
特徴とする。
【００１１】第４の発明である３次元画像復号方式は、
圧縮画像情報と圧縮された奥行き代表値と圧縮されたプ
ログラム記述が多重化された圧縮データを分離する手段
と、分離された画像圧縮データを伸長する手段と、分離
された奥行き代表値圧縮データを伸長する手段と、前記
伸長された奥行き代表値から画素単位の奥行きを決定す
る手段と、分離されたプログラム記述の圧縮データを伸
長する手段と、前記伸長されたプログラム記述からコン
ピュータグラフィクスを生成する手段と、前記伸長され
た撮像画像と前記画素単位の奥行きと前記生成されたコ
ンピュータグラフィクスを用いて３次元画像データを生
成する手段と、観察者からの指示に従って視点を決定す
る手段と、前記３次元画像データと前記視点情報に従っ
て画像表示を行う手段を備えることを特徴とする。
【００１２】第５の発明である３次元画像符号化方式
は、単眼あるいは多眼の撮像システムで物体を撮像する
手段と、前記撮像画像を圧縮すると共に前記撮像画像の
領域分割情報を圧縮および出力する手段と、前記物体の
奥行きを検出する手段と、前記画像圧縮手段から与えら
れる領域分割情報を用いて奥行き代表値を選択する手段
と、前記奥行き代表値を圧縮する手段と、前記画像圧縮
手段と前記奥行き代表値圧縮手段から与えられる圧縮デ
ータを多重化する手段を備えることを特徴とする。
【００１３】第６の発明である３次元画像復号方式は、
圧縮画像情報と圧縮された奥行き代表値が多重化された
圧縮データを分離する手段と、分離された画像圧縮デー
タを伸長する手段と、分離された奥行き代表値圧縮デー
タを伸長する手段と、前記画像伸長手段から与えられる
領域分割情報を用いて前記伸長された奥行き代表値から
画素単位の奥行きを決定する手段と、前記伸長された撮
像画像と前記画素単位の奥行きを用いて３次元画像デー
タを生成する手段と、観察者からの指示に従って視点を
決定する手段と、前記３次元画像データと前記視点情報
に従って画像表示を行う手段を備えることを特徴とす
る。
【００１４】第７の発明である３次元画像符号化方式
は、単眼あるいは多眼の撮像システムで物体を撮像する
手段と、前記撮像画像を圧縮すると共に前記撮像画像の
領域分割情報を圧縮および出力する手段と、前記物体の
奥行きを検出する手段と、前記画像圧縮手段から与えら
れる領域分割情報を用いて奥行き代表値を選択する手段
と、前記奥行き代表値を圧縮する手段と、コンピュータ
グラフィクスをプログラム記述する手段と、前記プログ
ラム記述を圧縮する手段と、前記画像圧縮手段と前記奥
行き代表値圧縮手段と前記プログラム記述圧縮手段から
与えられる圧縮データを多重化する手段を備えることを
特徴とする。
【００１５】第８の発明である３次元画像復号方式は、
圧縮画像情報と圧縮された奥行き代表値と圧縮されたプ
ログラム記述が多重化された圧縮データを分離する手段
と、分離された画像圧縮データを伸長する手段と、分離
された奥行き代表値圧縮データを伸長する手段と、前記
画像伸長手段から与えられる領域分割情報を用いて前記
伸長された奥行き代表値から画素単位の奥行きを決定す
る手段と、分離されたプログラム記述の圧縮データを伸
長する手段と、前記伸長されたプログラム記述からコン
ピュータグラフィクスを生成する手段と、前記伸長され
た撮像画像と前記画素単位の奥行きと前記生成されたコ
ンピュータグラフィクスを用いて３次元画像データを生
成する手段と、観察者からの指示に従って視点を決定す
る手段と、前記３次元画像データと前記視点情報に従っ
て画像表示を行う手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明に従って構成した実施例を
示す。
【００１７】図２０は、本発明の符号化側の機能を概念
的に示したものである。３次元空間中の物体に対し、単
眼あるいは多眼の撮像システムで２次元自然画像を獲得
し、色輝度マップ、領域マップ、速度マップ、および奥
行きマップを作成し、以上のマップを圧縮し、伝送、も
しくは蓄積を行なう。図２１もまた、本発明の符号化側
の機能を概念的に示したものである。３次元空間中の物
体に対し、単眼あるいは多眼の撮像システムで２次元自
然画像を獲得し、色輝度マップ、領域マップ、速度マッ
プを作成し、また撮像手段とは異なる奥行き検出手段を
用いて奥行きマップを作成し、以上のマップを圧縮し、
伝送、もしくは蓄積を行なう。図２２は、本発明の復号
側の機能を概念的に示したものである。伸長された色輝
度マップ、領域マップ、速度マップ、および奥行きマッ
プを用いて３次元空間を復元し、３次元画像の表示系を
通じて観察者は視点移動をしながら物体を観察する。
【００１８】図１は、本発明の第一の実施例を示してい
る。撮像手段１０は、観察物体を撮像する。画像圧縮手
段１１は、撮像手段１０から与えられる画像信号を圧縮
する。具体的には、撮像画像から色輝度マップ、領域マ
ップ、速度マップを作成し、それぞれのマップを圧縮す
る。もしくは、通常の画像符号化方式と同様に、色輝度
マップと速度マップを作成し、それぞれのマップを圧縮
する。奥行き検出手段１２は、観察物体の奥行きを検出
し、撮像画像に対応する画素単位の奥行きマップを作成
する。この場合、撮像手段１０から与えられる入力画像
信号を用いる場合もある。奥行き代表値選択手段１３
は、奥行き検出手段１２によって得られた奥行きマップ
の間引きを行なう。具体的には、予め定めたパターンに
従ってサンプリングを行なう、等である。奥行き代表値
圧縮手段１４は、奥行き代表値選択手段１３によって与
えられる奥行き代表値の圧縮を行なう。具体的には、奥
行き代表値の集合を１枚の画像とみなして、通常の画像
符号化方式を適用する、等である。多重化手段１５は、
画像圧縮手段１１、奥行き代表値圧縮手段１４によって
与えられる圧縮データを多重化し、圧縮ストリームとし
て伝送、もしくは蓄積を行なう。
【００１９】以下、構成の若干複雑な、画像圧縮手段１
１、奥行き検出手段１２、奥行き代表値選択手段１３に
ついて、より詳細な説明を行なう。
【００２０】図９は、画像圧縮手段１１の一構成例を示
している。色輝度圧縮手段１１０は、入力画像信号の色
輝度情報の圧縮を行なう。速度圧縮手段１１１は、入力
画像信号の動き情報の圧縮を行なう。これらに対して、
動画像信号の国際標準方式として知られている、Ｈ．２
６１、Ｈ．２６３、ＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ２等に準拠し
た方式を用いることが可能である。これは、奥行き代表
値圧縮手段１４についても同様である。図１０は、能動
型奥行き測定に基づく、奥行き検出手段１２の一構成例
を示している。能動型奥行き測定手段１００は、レンジ
ファインダ等に代表される能動的奥行き測定方式によっ
て、対象物体の奥行き測定を行なう。物体に向かう矢印
は、レーダ光、スリット光等の参照光を示している。ま
た、物体から入力される矢印は、その反射光等を示して
いる。制御手段１０１は、能動的奥行き測定方式の参照
光源、その受信光源の物理的な位置制御、等を司る。奥
行き補正手段１０２は、撮像手段１０によって得られる
撮像画像の画素に一対一に対応するように、能動型奥行
き測定手段１００の解像度に応じて、線形内挿、もしく
は間引き等の手法によって、得られる奥行き情報の補正
を行ない、奥行き代表値選択手段１３への出力とする。
図１１は、受動型奥行き測定に基づく、奥行き検出手段
１２の一構成例を示している。撮像手段１０３は、例え
ば水平的に撮像手段１００とは異なる位置から、物体の
撮像を行なう。視差検出手段１０４は、撮像手段１００
によって得られた画像、および撮像手段１０３によって
得られた画像間で、視差の検出を行なう。カメラパラメ
ータ測定手段１０５は、撮像手段１００、および撮像手
段１０３におけるカメラ間の距離、それぞれの撮像手段
の焦点距離、等のカメラパラメータを測定する。奥行き
計算手段１０６は、視差検出手段１０４から与えられる
画素単位の視差データ、およびカメラパラメータ測定手
段１０５から与えられるカメラパラメータを用いて奥行
きデータを計算し、奥行き代表値選択手段１３への出力
とする。図１２は、奥行き代表値選択手段１３の一構成
例を示している。奥行きサンプリング手段１２０は、制
御手段１２１から与えられるサンプリングパターンに従
って、奥行きデータのサンプリングを行なう。制御手段
１２１は、予め規定されたサンプリングパターンを奥行
きサンプリング手段１２０に供給する。具体的なサンプ
リングパターンとしては、図２５（ａ）に示した単純サ
ンプリング方式、図２５（ｂ）に示したブロック単位の
サンプリング方式等が考えられる。
【００２１】図２は、本発明の第二の実施例を示してい
る。多重分離手段１８は、圧縮ストリームの多重分離を
行ない、撮像画像の圧縮データ、奥行き代表値の圧縮デ
ータを分離する。画像伸長手段１９は、多重分離手段１
８から与えられる撮像画像の圧縮データの圧縮データを
伸長する。奥行き代表値伸長手段２０は、多重分離手段
１８から与えられる奥行き代表値の圧縮データを伸長す
る。奥行き決定手段２１は、奥行き代表値伸長手段２０
から与えられる奥行き代表値を用いて、奥行き値を間引
かれた画素に対する奥行き値の計算を行なう。具体的に
は、隣接画素の奥行き代表値からの内挿演算、等を行な
う。３次元画像データ生成手段２２は、画像伸長手段１
９から与えられる復号画像、奥行き決定手段２１から与
えられる画素単位の奥行き値を用いて、３次元画像デー
タの生成を行なう。視点決定手段２３は、観察者からの
指示に従って、３次元画像データ生成手段２４から与え
られる３次元画像データに対する観察者の視点を決定す
る。具体的な観察者の指示形態としては、マウス等のポ
インティングデバイス、キーボードのキー、ゲーム用の
ジョイスティック、等の利用が考えられる。画像表示手
段２４は、視点決定手段２３から与えられる観察者の視
点に従って、３次元画像データ生成手段２２から与えら
れる３次元画像データに幾何変換を施し、表示媒体を通
じて観察者に呈示する。
【００２２】以下、構成の若干複雑な、画像伸長手段１
９、奥行き決定手段２１、画像表示手段２４について、
より詳細な説明を行なう。
【００２３】図１３は、画像伸長手段１９の一構成例を
示している。多重分離手段１３０は、多重分離手段１８
から与えられる撮像画像の圧縮データを更に色輝度の圧
縮データと速度の圧縮データとに分離する。色輝度伸長
手段１３１は、色輝度の圧縮データの伸長を行ない、３
次元画像データ生成手段２２への出力とする。速度伸長
手段１３２は、速度の圧縮データの伸長を行ない、３次
元画像データ生成手段２２への出力とする。これらに対
して、動画像信号の国際標準方式として知られている、
Ｈ．２６１、Ｈ．２６３、ＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ２等の
方式を用いることが可能である。すなわち、色輝度伸長
手段１３１と速度伸長手段１３２は、互いにデータを交
換しつつ、圧縮データの伸長を実現する。これは、奥行
き代表値伸長手段２０についても同様である。図１４
は、奥行き決定手段２１の一構成例を示している。奥行
き補間手段１４０は、制御回路１４１から与えられる補
間情報に従って、間引きされた画素に対する奥行き値の
補間を行ない、３次元画像データ生成手段２２への出力
とする。制御手段１４１は、予め規定されたサンプリン
グパターンを考慮して、奥行き補間手段１４０で行なう
べき補間演算を決定する。図１５は、画像表示手段２４
の一構成例を示している。投影画像生成手段１５０は、
３次元画像データ生成手段２２から与えられる画像の３
次元データ、および視点決定手段２３から与えられる観
察者の視点データに基づき、観察者の視点から見た３次
元画像データの投影画像を生成し、表示手段１５１への
出力とする。表示手段１５１は、投影画像生成手段１５
０から与えられる投影画像を、予め準備された画像表示
装置（通常の２次元ディスプレイ、もしくはレンティキ
ュラ、パララックスバリア等の３次元ディスプレイ等）
を用いて観察者に提示する。
【００２４】さらに、自然画像の３次元画像データを構
成することで、コンピュータグラフィクスとの融合が容
易になる。図２３は、本発明の復号側の機能を概念的に
示したものである。伸長された色輝度マップ、領域マッ
プ、速度マップ、および奥行きマップを用いて自然画像
の３次元空間を復元し、またコンピュータグラフィクス
による３次元空間を構成し、両者を合成して仮想３次元
空間を構成し、３次元画像の表示系を通じて観察者は視
点移動をしながら物体を観察する。
【００２５】図３は、本発明の第三の実施例を示してい
る。撮像手段３０は、観察物体を撮像する。画像圧縮手
段３１は、撮像手段３０から与えられる画像信号を圧縮
する。具体的には、撮像画像から色輝度マップ、領域マ
ップ、速度マップを作成し、それぞれのマップを圧縮す
る。もしくは、通常の画像符号化方式と同様に、色輝度
マップと速度マップを作成し、それぞれのマップを圧縮
する。奥行き検出手段３２は、観察物体の奥行きを検出
し、撮像画像に対応する画素単位の奥行きマップを作成
する。奥行き代表値選択手段３３は、奥行き検出手段３
２によって得られた奥行きマップの間引きを行なう。具
体的には、予め定めたパターンに従ってサンプリングを
行なう、等である。奥行き代表値圧縮手段３４は、奥行
き代表値選択手段３３によって与えられる奥行き代表値
の圧縮を行なう。具体的には、奥行き代表値の集合を１
枚の画像とみなして、通常の画像符号化方式を適用す
る、等である。コンピュータグラフィクス記述手段３５
は、予め定めたシンタクスに従ってコンピュータグラフ
ィクスの記述を行なう。プログラム記述圧縮手段３６
は、コンピュータグラフィクス記述手段３５によって与
えられるコンピュータグラフィクスのプログラム記述の
圧縮を行なう。具体的には、コンピュータデータの圧縮
手段としてしばしば用いられるｇｚｉｐなどのツールを
用いる。多重化手段３７は、画像圧縮手段３１、奥行き
代表値圧縮手段３４、プログラム記述圧縮手段３６によ
って与えられる圧縮データを多重化し、圧縮ストリーム
として伝送、もしくは蓄積を行なう。
【００２６】撮像手段３０、画像圧縮手段３１、奥行き
検出手段３２、奥行き代表値選択手段３３、奥行き代表
値圧縮手段３４の具体的な構成は、すでに本発明の第一
の実施例に述べた通りである。
【００２７】図４は、本発明の第四の実施例を示してい
る。多重分離手段３８は、圧縮ストリームの多重分離を
行ない、撮像画像の圧縮データ、奥行き代表値の圧縮デ
ータ、コンピュータグラフィクスのプログラム記述の圧
縮データを分離する。画像伸長手段３９は、多重分離手
段３８から与えられる撮像画像の圧縮データの圧縮デー
タを伸長する。奥行き代表値伸長手段４０は、多重分離
手段３８から与えられる奥行き代表値の圧縮データを伸
長する。奥行き決定手段４１は、奥行き代表値伸長手段
４０から与えられる奥行き代表値を用いて、奥行き値を
間引かれた画素に対する奥行き値の計算を行なう。具体
的には、隣接画素の奥行き代表値からの内挿演算、等を
行なう。プログラム記述伸長手段４２は、多重分離手段
３８から与えられるコンピュータグラフィクスのプログ
ラム記述の圧縮データを伸長する。コンピュータグラフ
ィクス生成手段４３は、プログラム記述伸長手段４２か
ら与えられるコンピュータグラフィクスのプログラム記
述を用いてコンピュータグラフィクスを生成する。コン
ピュータグラフィクスデータは、一般的に３次元形状の
座標値、色輝度値等から構成される。３次元画像データ
生成手段４４は、画像伸長手段３９から与えられる復号
画像、奥行き決定手段４１から与えられる画素単位の奥
行き値、コンピュータグラフィクス生成手段４３から与
えられるコンピュータグラフィクスデータを用いて、自
然画像とコンピュータグラフィクスを合成した３次元画
像データの生成を行なう。視点決定手段４５は、観察者
からの指示に従って、３次元画像データ生成手段４４か
ら与えられる３次元画像データに対する観察者の視点を
決定する。具体的な観察者の指示形態としては、マウス
等のポインティングデバイス、キーボードのキー、ゲー
ム用のジョイスティック、等の利用が考えられる。画像
表示手段４６は、視点決定手段４５から与えられる観察
者の視点に従って、３次元画像データ生成手段４４から
与えられる３次元画像データに幾何変換を施し、表示媒
体を通じて観察者に呈示する。
【００２８】画像伸長手段３９、奥行き代表値伸長手段
４０、奥行き決定手段４１、視点決定手段４５、画像表
示手段４６の具体的な構成は、すでに本発明の第二の実
施例に述べた通りである。３次元データ生成手段４４
は、画像伸長手段３９、および奥行き決定手段４１から
与えられる自然画像の３次元データに加えて、コンピュ
ータグラフィクス生成手段４３から与えられるコンピュ
ータグラフィクスの３次元データを統合した、画像の３
次元データを構成、保持する。
【００２９】一方、奥行き代表値選択手段において奥行
き値の単純な間引きを行なった場合、奥行き決定手段に
おいて本来奥行きが不連続な境界部においても、内挿演
算によって滑らかな奥行きが再現されてしまうことが予
想される。これはしばしば不自然な奥行き表現となり、
大きな問題となる。そこで、画像圧縮手段において得ら
れる、領域、オブジェクト情報を表すアルファマップを
利用することで、この問題の解決を図ることができる。
図２４は、その具体例を示したものである。符号化側で
は、領域マップによって規定される領域分割情報に従
い、奥行きマップから奥行き代表値をサンプリングす
る。復号側では、符号化側と同様に領域マップによって
規定される領域分割情報に従い、奥行き補間を行なう。
具体的には、領域マップによって同一の物体に属すると
規定されている領域に関しては、奥行き代表値の補間演
算によって各画素の奥行き値を決定し、異なる物体に属
すると規定されている領域間では、異なる領域に属する
奥行き代表値は用いない補間演算によって各画素の奥行
き値を決定する、等である。これによって、不自然な奥
行きの発生を防ぐことができる。
【００３０】図５は、本発明の第五の実施例を示してい
る。撮像手段５０は、観察物体を撮像する。画像圧縮手
段５１は、撮像手段５０から与えられる画像信号を圧縮
する。具体的には、撮像画像から色輝度マップ、領域マ
ップ、速度マップを作成し、それぞれのマップを圧縮す
る。奥行き検出手段５２は、観察物体の奥行きを検出
し、撮像画像に対応する画素単位の奥行きマップを作成
する。奥行き代表値選択手段５３は、画像圧縮手段５１
から与えられる領域マップを用いて、奥行き検出手段５
２によって得られた奥行きマップの間引きを行なう。具
体的には、与えられた領域マップによって指示される領
域の中心点の画素の奥行き値をサンプリングする、領域
の境界部の画素の奥行き値をサンプリングする、等であ
る。奥行き代表値圧縮手段５４は、奥行き代表値選択手
段５３によって与えられる奥行き代表値の圧縮を行な
う。具体的には、奥行き代表値の集合を１枚の画像とみ
なして、通常の画像符号化方式を適用する、等である。
多重化手段５５は、画像圧縮手段５１、奥行き代表値圧
縮手段５４によって与えられる圧縮データを多重化し、
圧縮ストリームして伝送、もしくは蓄積を行なう。
【００３１】以下、構成の若干複雑な、画像圧縮手段５
１、奥行き代表値選択手段５３について、より詳細な説
明を行なう。撮像手段５０、奥行き検出手段５２、奥行
き代表値圧縮手段５４の具体的な構成は、すでに本発明
の第一の実施例に述べた通りである。
【００３２】図１６は、画像圧縮手段５１の一構成例を
示している。領域圧縮手段１１２は、入力画像の領域分
割データの圧縮を行なう。色輝度圧縮手段１１３は、入
力画像信号の色輝度情報の圧縮を行なう。速度圧縮手段
１１４は、入力画像信号の動き情報の圧縮を行なう。こ
れらの圧縮手段は、互いにデータを交換しつつ、効率的
な圧縮を実現する。色輝度圧縮手段１１３と速度圧縮手
段１１４に対しては、動画像信号の国際標準方式として
知られている、Ｈ．２６１、Ｈ．２６３、ＭＰＥＧ１、
ＭＰＥＧ２等に準拠した方式を用いることが可能であ
る。さらに領域圧縮手段１１２を含めた場合には、現在
検討が進められている動画像信号の国際標準方式として
知られているＭＰＥＧ４に準拠した圧縮方式を適用する
ことが可能である。図１７は、奥行き代表値選択手段５
３の一構成例を示している。奥行き平均値計算手段１２
２は、制御手段１２３から与えられる領域内部の奥行き
データの平均値を計算し、領域単位の奥行きの代表値と
して奥行き代表値圧縮手段５４への出力とする。制御手
段１２３は、画像圧縮手段５１から与えられる領域分割
データに従い、奥行き平均値計算手段１２２における領
域単位の奥行き計算の制御を行なう。具体的な単位領域
としては、図２５（ｃ）に示したパッチ単位、図２５
（ｄ）に示したオブジェクト単位、図２５（ｅ）に示し
たフレーム単位、等が考えられる。
【００３３】図６は、本発明の第六の実施例を示してい
る。多重分離手段５８は、圧縮ストリームの多重分離を
行ない、撮像画像の圧縮データ、奥行き代表値の圧縮デ
ータを分離する。画像伸長手段５９は、多重分離手段５
８から与えられる撮像画像の圧縮データの圧縮データを
伸長する。奥行き代表値伸長手段６０は、多重分離手段
５８から与えられる奥行き代表値の圧縮データを伸長す
る。奥行き決定手段６１は、画像伸長手段５９から与え
られる領域マップを用いて、奥行き代表値伸長手段６０
から与えられる奥行き代表値から、奥行き値を間引かれ
た画素に対する奥行き値の計算を行なう。具体的には、
奥行き代表値の補間計算によって周辺画素の奥行き値を
算出する際に、領域マップによって同一の物体に属する
と規定されている領域に関しては、奥行き代表値の補間
演算によって各画素の奥行き値を決定し、異なる物体に
属すると規定されている領域間では、異なる領域に属す
る奥行き代表値は用いない補間演算によって各画素の奥
行きを決定する、等である。３次元画像データ生成手段
６２は、画像伸長手段５９から与えられる復号画像、奥
行き決定手段６１から与えられる画素単位の奥行き値を
用いて、３次元画像データの生成を行なう。視点決定手
段６３は、観察者からの指示に従って、３次元画像デー
タ生成手段２４から与えられる３次元画像データに対す
る観察者の視点を決定する。具体的な観察者の指示形態
としては、マウス等のポインティングデバイス、キーボ
ードのキー、ゲーム用のジョイスティック、等の利用が
考えられる。画像表示手段６４は、視点決定手段６３か
ら与えられる観察者の視点に従って、３次元画像データ
生成手段６２から与えられる３次元画像データに幾何変
換を施し、表示媒体を通じて観察者に呈示する。
【００３４】以下、構成の若干複雑な、画像伸長手段５
９、奥行き決定手段６１について、より詳細な説明を行
なう。奥行き代表値伸長手段６０、３次元画像データ生
成手段６２、視点決定手段６３、画像表示手段６４の具
体的な構成は、すでに本発明の第二の実施例に述べた通
りである。
【００３５】図１８は、画像伸長手段５９の一構成例を
示している。多重分離手段１３３は、多重分離手段５８
から与えられる撮像画像の圧縮データを更に領域の圧縮
データ、色輝度の圧縮データ、速度の圧縮データとに分
離する。領域伸長手段１３４は、領域分割情報の圧縮デ
ータを伸長し、奥行き決定手段６１、および３次元画像
データ生成手段６２への出力とする。色輝度伸長手段１
３５は、色輝度の圧縮データの伸長を行ない、３次元画
像データ生成手段６２への出力とする。速度伸長手段１
３６は、速度の圧縮データの伸長を行ない、３次元画像
データ生成手段６２への出力とする。色輝度伸長手段１
３５と速度伸長手段１３６に対しては、動画像信号の国
際標準方式として知られている、Ｈ．２６１、Ｈ．２６
３、ＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ２等の方式を用いることが可
能である。さらに領域伸長手段１３４を含めた場合に
は、現在検討が進められている動画像信号の国際標準方
式として知られているＭＰＥＧ４等を適用することが可
能である。すなわち、領域伸長手段１３４、色輝度伸長
手段１３５、速度伸長手段１３６は、互いにデータを変
換しつつ、圧縮データの伸長を実現する。図１９は、奥
行き決定手段６１の一構成例を示している。奥行き補間
手段１４２は、制御回路１４３から与えられる補間情報
に従って、間引きされた画素に対する奥行き値の補間を
行ない、３次元画像データ生成手段６２への出力とす
る。制御手段１４２は、画像伸長手段５９から与えられ
る領域分割情報に基づいて、奥行き補間手段１４２で行
なうべき補間演算を決定する。
【００３６】図７は、本発明の第七の実施例を示してい
る。撮像手段７０は、観察物体を撮像する。画像圧縮手
段７１は、撮像手段７０から与えられる画像信号を圧縮
する。具体的には、撮像画像から色輝度マップ、領域マ
ップ、速度マップを作成し、それぞれのマップを圧縮す
る。もしくは、通常の画像符号化方式と同様に、色輝度
マップと速度マップを作成し、それぞれのマップを圧縮
する。奥行き検出手段７２は、観察物体の奥行きを検出
し、撮像画像に対応する画素単位の奥行きマップを作成
する。奥行き代表値選択手段７３は、画像圧縮手段７１
から与えられる領域マップを用いて、奥行き検出手段７
２によって得られた奥行きマップの間引きを行なう。具
体的には、与えられた領域マップによって指示される領
域の中心点の画素の奥行き値をサンプリングする、領域
の境界部の画素の奥行き値をサンプリングする、等であ
る。奥行き代表値圧縮手段７４は、奥行き代表値選択手
段７３によって与えられる奥行き代表値の圧縮を行な
う。具体的には、奥行き代表値の集合を１枚の画像とみ
なして、通常の画像符号化方式を適用する、等である。
コンピュータグラフィクス記述手段７５は、予め定めた
シンタクスに従ってコンピュータグラフィクスの記述を
行なう。プログラム記述圧縮手段７６は、コンピュータ
グラフィクス記述手段７５によって与えられるコンピュ
ータグラフィクスのプログラム記述の圧縮を行なう。具
体的には、コンピュータデータの圧縮手段としてしばし
ば用いられるｇｚｉｐなどのツールを用いる。多重化手
段７７は、画像圧縮手段７１、奥行き代表値圧縮手段７
４、プログラム記述圧縮手段７６によって与えられる圧
縮データを多重化し、圧縮ストリームとして伝送、もし
くは蓄積を行なう。
【００３７】撮像手段７０、画像圧縮手段７１、奥行き
検出手段７２、奥行き代表値選択手段７３、奥行き代表
値圧縮手段７４の具体的な構成は、すでに本発明の第五
の実施例に述べた通りである。
【００３８】図８は、本発明の第八の実施例を示してい
る。多重分離手段７８は、圧縮ストリームの多重分離を
行ない、撮像画像の圧縮データ、奥行き代表値の圧縮デ
ータ、コンピュータグラフィクスのプログラム記述の圧
縮データを分離する。画像伸長手段７９は、多重分離手
段７８から与えられる撮像画像の圧縮データの圧縮デー
タを伸長する。奥行き代表値伸長手段８０は、多重分離
手段７８から与えられる奥行き代表値の圧縮データを伸
長する。奥行き決定手段８１は、画像伸長手段７９から
与えられる領域マップを用いて、奥行き代表値伸長手段
８０から与えられる奥行き代表値から、奥行き値を間引
かれた画素に対する奥行き値の計算を行なう。具体的に
は、奥行き代表値の補間計算によって周辺画素の奥行き
値を算出する際に、領域マップによって同一の物体に属
すると規定されている領域に関しては、奥行き代表値の
補間演算によって各画素の奥行き値を決定し、異なる物
体に属すると規定されている領域間では、異なる領域に
属する奥行き代表値は用いない補間演算によって各画素
の奥行き値を決定する、等である。プログラム記述伸長
手段８２は、多重分離手段７８から与えられるコンピュ
ータグラフィクスのプログラム記述の圧縮データを伸長
する。コンピュータグラフィクス生成手段８３は、プロ
グラム記述伸長手段８２から与えられるコンピュータグ
ラフィクスのプログラム記述を用いてコンピュータグラ
フィクスを生成する。コンピュータグラフィクスデータ
は、一般的に３次元形状の座標値、色輝度値等から構成
される。３次元画像データ生成手段８４は、画像伸長手
段７９から与えられる復号画像、奥行き決定手段８１か
ら与えられる画素単位の奥行き値、コンピュータグラフ
ィクス生成手段８３から与えられるコンピュータグラフ
ィクスデータを用いて、自然画像とコンピュータグラフ
ィクスを合成した３次元画像データの生成を行なう。視
点決定手段８５は、観察者からの指示に従って、３次元
画像データ生成手段８４から与えられる３次元画像デー
タに対する観察者の視点を決定する。具体的な観察者の
指示形態としては、マウス等のポインティングデバイ
ス、キーボードのキー、ゲーム用のジョイスティック、
等の利用が考えられる。画像表示手段８６は、視点決定
手段８５から与えられる観察者の視点に従って、３次元
画像データ生成手段８４から与えられる３次元画像デー
タに幾何変換を施し、表示媒体を通じて観察者に呈示す
る。
【００３９】画像伸長手段７９、奥行き代表値伸長手段
８０、奥行き決定手段８１、３次元画像データ生成手段
８４、視点決定手段８５、画像表示手段８６の具体的な
構成は、すでに本発明の第六の実施例に述べた通りであ
る。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、効
率的な情報圧縮を実現しつつ、かつ自然なコンピュータ
グラフィクスとの合成を実現する３次元画像符号化復号
方式を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の３次元画像符号化方式を示すブ
ロック図である。
【図２】本発明の第１の３次元画像復号方式を示すブロ
ック図である。
【図３】本発明の第１の３次元画像符号化方式を示すブ
ロック図である。
【図４】本発明の第１の３次元画像復号方式を示すブロ
ック図である。
【図５】本発明の第１の３次元画像符号化方式を示すブ
ロック図である。
【図６】本発明の第１の３次元画像復号方式を示すブロ
ック図である。
【図７】本発明の第１の３次元画像符号化方式を示すブ
ロック図である。
【図８】本発明の第１の３次元画像復号方式を示すブロ
ック図である。
【図９】画像圧縮手段１１の構成例を示すブロック図で
ある。
【図１０】奥行き検出手段１２の第１の構成例を示すブ
ロック図である。
【図１１】奥行き検出手段１２の第２の構成例を示すブ
ロック図である。
【図１２】奥行き代表値選択手段１３の構成例を示すブ
ロック図である。
【図１３】画像伸長手段１９の構成例を示すブロック図
である。
【図１４】奥行き決定手段２１の構成例を示すブロック
図である。
【図１５】画像表示手段２４の構成例を示すブロック図
である。
【図１６】画像圧縮手段５１の構成例を示すブロック図
である。
【図１７】奥行き代表値選択手段５３の構成例を示すブ
ロック図である。
【図１８】画像伸長手段５９の構成例を示すブロック図
である。
【図１９】奥行き決定手段６１の構成例を示すブロック
図である。
【図２０】色輝度マップ、領域マップ、速度マップ、奥
行きマップの作成を示すブロック図である。
【図２１】色輝度マップ、領域マップ、速度マップ、奥
行きマップの作成を示すブロック図である。
【図２２】３次元画像データの生成を示すブロック図で
ある。
【図２３】３次元画像データの生成を示すブロック図で
ある。
【図２４】領域分割情報を利用した奥行き代表値選択手
段、および奥行き決定手段を示すブロック図である。
【図２５】奥行きサンプリング方式を示すブロック図で
ある。
【符号の説明】
１０ 撮像手段 １１ 画像圧縮手段 １２ 奥行き検出手段 １３ 奥行き代表値選択手段 １４ 奥行き代表値圧縮手段 １５ 多重化手段 １８ 多重分離手段 １９ 画像伸長手段 ２０ 奥行き代表値伸長手段 ２１ 奥行き決定手段 ２２ ３次元画像データ生成手段 ２３ 視点決定手段 ２４ 画像表示手段 ３０ 撮像手段 ３１ 画像圧縮手段 ３２ 奥行き検出手段 ３３ 奥行き代表値選択手段 ３４ 奥行き代表値圧縮手段 ３５ コンピュータグラフィクス記述手段 ３６ プログラム記述圧縮手段 ３７ 多重化手段 ３８ 多重分離手段 ３９ 画像伸長手段 ４０ 奥行き代表値伸長手段 ４１ 奥行き決定手段 ４２ プログラム記述伸長手段 ４３ コンピュータグラフィクス生成手段 ４４ ３次元画像データ生成手段 ４５ 視点決定手段 ４６ 画像表示手段 ５０ 撮像手段 ５１ 画像圧縮手段 ５２ 奥行き検出手段 ５３ 奥行き代表値選択手段 ５４ 奥行き代表値圧縮手段 ５５ 多重化手段 ５８ 多重分離手段 ５９ 画像伸長手段 ６０ 奥行き代表値伸長手段 ６１ 奥行き決定手段 ６２ ３次元画像データ生成手段 ６３ 視点決定手段 ６４ 画像表示手段 ７０ 撮像手段 ７１ 画像圧縮手段 ７２ 奥行き検出手段 ７３ 奥行き代表値選択手段 ７４ 奥行き代表値圧縮手段 ７５ コンピュータグラフィクス記述手段 ７６ プログラム記述圧縮手段 ７７ 多重化手段 ７８ 多重分離手段 ７９ 画像伸長手段 ８０ 奥行き代表値伸長手段 ８１ 奥行き決定手段 ８２ プログラム記述伸長手段 ８３ コンピュータグラフィクス生成手段 ８４ ３次元画像データ生成手段 ８５ 視点決定手段 ８６ 画像表示手段 １００ 能動型奥行き測定手段 １０１ 制御手段 １０２ 奥行き補正手段 １０３ 撮像手段 １０４ 視差検出手段 １０５ カメラパラメータ測定手段 １０６ 奥行き計算手段 １１０ 色輝度圧縮手段 １１１ 速度圧縮手段 １１２ 領域圧縮手段 １１３ 色輝度圧縮手段 １１４ 速度圧縮手段 １２０ 奥行きサンプリング手段 １２１ 制御手段 １２２ 奥行き平均値計算手段 １２３ 制御手段 １３０ 多重分離手段 １３１ 色輝度伸長手段 １３２ 速度伸長手段 １３３ 多重分離手段 １３４ 領域伸長手段 １３５ 色輝度伸長手段 １３６ 速度伸長手段 １４０ 奥行き補間手段 １４１ 制御手段 １５０ 投影画像生成手段 １５１ 表示手段

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】単眼あるいは多眼の撮像システムで物体を
    撮像する手段と、前記撮像画像を圧縮する手段と、前記
    物体の奥行きを検出する手段と、奥行き代表値を選択す
    る手段と、前記奥行き代表値を圧縮する手段と、前記画
    像圧縮手段と前記奥行き代表値圧縮手段から与えられる
    圧縮データを多重化する手段を備えることを特徴とする
    ３次元画像符号化方式。
  2. 【請求項２】圧縮画像情報と圧縮された奥行き代表値が
    多重化された圧縮データを分離する手段と、分離された
    画像圧縮データを伸長する手段と、分離された奥行き代
    表値圧縮データを伸長する手段と、前記伸長された奥行
    き代表値から画素単位の奥行きを決定する手段と、前記
    伸長された撮像画像と前記画素単位の奥行きを用いて３
    次元画像データを生成する手段と、観察者からの指示に
    従って視点を決定する手段と、前記３次元画像データと
    前記視点情報に従って画像表示を行う手段を備えること
    を特徴とする３次元画像復号方式。
  3. 【請求項３】単眼あるいは多眼の撮像システムで物体を
    撮像する手段と、前記撮像画像を圧縮する手段と、前記
    物体の奥行きを検出する手段と、奥行き代表値を選択す
    る手段と、前記奥行き代表値を圧縮する手段と、コンピ
    ュータグラフィクスをプログラム記述する手段と、前記
    プログラム記述を圧縮する手段と、前記画像圧縮手段と
    前記奥行き代表値圧縮手段と前記プログラム記述圧縮手
    段から与えられる圧縮データを多重化する手段を備える
    ことを特徴とする３次元画像符号化方式。
  4. 【請求項４】圧縮画像情報と圧縮された奥行き代表値と
    圧縮されたプログラム記述が多重化された圧縮データを
    分離する手段と、分離された画像圧縮データを伸長する
    手段と、分離された奥行き代表値圧縮データを伸長する
    手段と、前記伸長された奥行き代表値から画素単位の奥
    行きを決定する手段と、分離されたプログラム記述の圧
    縮データを伸長する手段と、前記伸長されたプログラム
    記述からコンピュータグラフィクスを生成する手段と、
    前記伸長された撮像画像と前記画素単位の奥行きと前記
    生成されたコンピュータグラフィクスを用いて３次元画
    像データを生成する手段と、観察者からの指示に従って
    視点を決定する手段と、前記３次元画像データと前記視
    点情報に従って画像表示を行う手段を備えることを特徴
    とする３次元画像復号方式。
  5. 【請求項５】単眼あるいは多眼の撮像システムで物体を
    撮像する手段と、前記撮像画像を圧縮すると共に前記撮
    像画像の領域分割情報を圧縮および出力する手段と、前
    記物体の奥行きを検出する手段と、前記画像圧縮手段か
    ら与えられる領域分割情報を用いて奥行き代表値を選択
    する手段と、前記奥行き代表値を圧縮する手段と、前記
    画像圧縮手段と前記奥行き代表値圧縮手段から与えられ
    る圧縮データを多重化する手段を備えることを特徴とす
    る３次元画像符号化方式。
  6. 【請求項６】圧縮画像情報と圧縮された奥行き代表値が
    多重化された圧縮データを分離する手段と、分離された
    画像圧縮データを伸長する手段と、分離された奥行き代
    表値圧縮データを伸長する手段と、前記画像伸長手段か
    ら与えられる領域分割情報を用いて前記伸長された奥行
    き代表値から画素単位の奥行きを決定する手段と、前記
    伸長された撮像画像と前記画素単位の奥行きを用いて３
    次元画像データを生成する手段と、観察者からの指示に
    従って視点を決定する手段と、前記３次元画像データと
    前記視点情報に従って画像表示を行う手段を備えること
    を特徴とする３次元画像復号方式。
  7. 【請求項７】単眼あるいは多眼の撮像システムで物体を
    撮像する手段と、前記撮像画像を圧縮すると共に前記撮
    像画像の領域分割情報を圧縮および出力する手段と、前
    記物体の奥行きを検出する手段と、前記画像圧縮手段か
    ら与えられる領域分割情報を用いて奥行き代表値を選択
    する手段と、前記奥行き代表値を圧縮する手段と、コン
    ピュータグラフィクスをプログラム記述する手段と、前
    記プログラム記述を圧縮する手段と、前記画像圧縮手段
    と前記奥行き代表値圧縮手段と前記プログラム記述圧縮
    手段から与えられる圧縮データを多重化する手段を備え
    ることを特徴とする３次元画像符号化方式。
  8. 【請求項８】圧縮画像情報と圧縮された奥行き代表値と
    圧縮されたプログラム記述が多重化された圧縮データを
    分離する手段と、分離された画像圧縮データを伸長する
    手段と、分離された奥行き代表値圧縮データを伸長する
    手段と、前記画像伸長手段から与えられる領域分割情報
    を用いて前記伸長された奥行き代表値から画素単位の奥
    行きを決定する手段と、分離されたプログラム記述の圧
    縮データを伸長する手段と、前記伸長されたプログラム
    記述からコンピュータグラフィクスを生成する手段と、
    前記伸長された撮像画像と前記画素単位の奥行きと前記
    生成されたコンピュータグラフィクスを用いて３次元画
    像データを生成する手段と、観察者からの指示に従って
    視点を決定する手段と、前記３次元画像データと前記視
    点情報に従って画像表示を行う手段を備えることを特徴
    とする３次元画像復号方式。
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