JPS6225587A - 動きベクトル検出回路 - Google Patents

動きベクトル検出回路

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JPS6225587A
JPS6225587A JP60165071A JP16507185A JPS6225587A JP S6225587 A JPS6225587 A JP S6225587A JP 60165071 A JP60165071 A JP 60165071A JP 16507185 A JP16507185 A JP 16507185A JP S6225587 A JPS6225587 A JP S6225587A
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高梨 賢治
Tadao Fujita
藤田 忠男
Kunio Matsumoto
邦男 松本
Yutaka Tanaka
豊 田中
Toshiro Omura
大村 俊郎
Yasuichirou Kurita
泰市郎 栗田
Yoshimichi Otsuka
吉道 大塚
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台次 西澤
Yuichi Ninomiya
佑一 二宮
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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〕 この発明は、例えばテレビジョンの方式変換におけるフ
ィールド数変換処理に適用され不テレビジョン信号の動
き量を検出する動き一ベクトル検出回路に関する。
〔発明の(既要〕
この発明は、テレビジョン信号を多数の検出域に分割し
、検出域毎に代表点を定め、対応する2フィールドの代
表点と検出域内の各画素との差の絶対値を求め、この差
の絶対値を集計し、絶対値集計データの中で最小値を動
きベクトルとして検出する所謂ブロックマツチングを用
いた代表点方式の動きベクトル検出回路において、対応
する2フィールドの差を求め、この差が小さい時は、静
止領域と判定し、この静止領域内の代表点と検出域内の
各画素との差を集計しないことにより、静上領域の影響
が除去された動きベクトルの検出を可能とするようにし
たものである。
〔従来の技術〕
テレビジョン画像の動き検出の一つの方法として、テレ
ビジョン画像を多数のブロック状の検出域に分割し、前
フレームと現フレームとの間の対応する検出域同士のマ
ツチング判定を行うことにより、動きを検出するブロッ
クマツチング方式が知られている。ブロックマツチング
については、例えば信学技報(電子通信学会技術研究報
告)C383−56の(9〜14頁)にその−例が開示
されている。このブロックマツチング方式の中で、ハー
ドウェアの簡略化、処理時間の短縮化が可能な代表点方
式がある。
第10図は、ブロックマツチングを用いた代表点方式の
従来の動きベクトル検出回路の一例を示す。入力端子6
1からのディジタルビデオ信号が減算回路62及び代表
点選択回路63に供給され、選択された代表点が代表点
メモリ64に記憶される。減算回路62により、代表点
メモリ64から読み出された前フレームの代表点と入力
される現フレームの各画素とが検出域毎に減算される。
この減算回路62からのフレーム差データΔFが変換回
路65によって、絶対値フレーム差データ1ΔF1に変
換される。このデータ1ΔF(が集計回路66に供給さ
れ、lフィールドの全てのデータ1ΔF1が検出域の各
画素ごとに累算されて、フレーム差集計データΣ1ΔF
1が求められる。
最小値検出回路67は、フレーム差集計データΣ1ΔF
1の中で、最小値を検出し、この最小値を動きベクトル
として出力端子68に出力する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の動きベクトル検出回路は、動いていると判断され
る部分の面積が非常に小さい場合には、動きが検出出来
ない欠点があった。検出域を例えば水平方向に9画素、
垂直方向に7ラインとした場合、フレーム差集計データ
Σ1ΔF1は、第11図に示すように、最小値がゼロベ
クトルとなり、動いた部分は、69で示すように、少し
下がったカーブとなり、この動きを検出することができ
ない。
このことは、明確で且つ変化が激しい背景画像中の動き
検出に関しても同様に生じる。明確な変化を有する背景
画像のフレーム差集計データは、ゼロベクトルに最小値
を存するものとなり、第11図に示すのと同様に、最小
値がゼロベクトルとなるフレーム差集計データの分布の
カーブが得られる。
従って、この発明の目的は、明確で且つ変化が激しい背
景画像中の動いているものの動きベクトル或いは小さな
物体の動きを検出することができるように、静止領域の
影響が除去された動きベクトル検出回路を提供すること
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は、同一フィールド内の複数の画素によって形
成される2次元の検出域と、検出域ごとの代表点が定め
られ、対応する2フィールドの一方のフィールドの代表
点とその他方のフィールドの検出域内の各画素との差が
算出され、差の絶対値が集計された絶対値集計データの
中で、最小値を検出し、この最小値を動きベクトルとし
て検出する動きベクトル検出回路において、 一方のフィールドの代表点と他方のフィールドの検出域
内の各画素との差を発生する手段と、集計を行う手段と
の間に挿入されたゲート手段と、一方のフィールドと他
方のフィールドとの対応する画素の差を求め、この差が
小さい時にゲート手段をオフにする制御信号を発生する
手段とを備えたことを特徴とする動きベクトル検出回路
である。
〔作用〕
対応する2フィールドの一方のフィールドと他方のフィ
ールドとの対応する画素の差を求め、この差が小さい時
には、この絶対値フレーム差データ1ΔF1は、静止領
域の画素によって発生したものと判定する。この静止領
域と判定されたちのに関する絶対値フレーム差データl
ΔF1は、集計の対象とされずに捨てられる。従って、
変化が激しい背景等によって、フレーム差集計データΣ
1ΔF1の最小値がゼロベクトルに落ち込むことが防止
され、高精度且つ高感度に動きベクトルを検出すること
が可能となる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例について説明する。
この説明は、下記の順序に従ってなされる。
a、動きベクトル検出回路 す、方式変換装置の全体の構成 C,フィールド数変換回路 d、変形例 a、動きベクトル検出回路 第1図において、■で示す入力端子にディジタルビデオ
信号が供給される。このディジタルビデオ信号が減算回
路2及び代表点選択回路3に供給される。代表点選択回
路3により選択された代表点データが代表点メモリ4に
記憶される。代表点メモリ4から読み出された代表点デ
ータが減算回路2に供給され、減算回路2からフレーム
差データΔFが得られる。
第2図に示すように、例えばX方向(水平方向)に9画
素、y方向(垂直方向)に7ラインの動きベクトルの検
出域が設定され、■フィールドの画面全体が多数の検出
域に分割される。検出域は、隣接する他の検出域と一部
が重なり合うように設定しても良い。この検出域の中心
(×印で示す)を原点として、(x、  y)座標が定
められる。この原点が代表点とされる。動きベクトルは
、検出域内で1画素車位で求められる。減算回路2は、
代表点メモリ4から読み出された前フレームの代・原点
とこの代表点の検出域に含まれる現フレームの全画素(
総計63個の画素)の各々との差分(フレーム差データ
)ΔFを形成する。
減算回路2からのフレーム差データΔFが変換回路5に
供給され、絶対値フレーム差データ1ΔF1に変換され
る。このデータ1ΔF1がゲート回路6を介して集計回
路10に供給される。
ゲート回路6は、静止領域と判定された画素については
、フレーム差データΔFの値と無関係に一定の大きさ例
えば64(量子化レベル)の値を集計回路10に供給す
る。静止領域かどうかの判定を行うために、フレームメ
モリ7と減算回路8とスレッショルド回路9とが設けら
れている。
フレームメモリ7には、入力ディジタルビデオ信号が供
給され、減算回路8により、前フレームと現フレームの
対応する画素データの減算がなされる。静止領域内の画
素は、減算回路8の出力がゼロとなる。実際には、ノイ
ズ等の影響により、完全にゼロとならないので、ゼロに
近い小さな値がスレッショルド回路9の基準レベルとさ
れる。
この基準レベルの値は、調整可能とされていることが望
ましい。スレッショルド回路9は、減算回路8の出力と
基準レベルとを比較し、減算回路8の出力が基準レベル
より大きい場合、即ち動領域の画素と判定される場合、
°H”(ハイレベル)の判定信号を発生し、逆に、減算
回路8の出力が基準レベルより小さい場合、即ち静止領
域の画素と判定される場合は、 °L°(ローレベル)
の判定信号を発生する。ゲート回路6は、判定信号が。
H゛の時に、変換回路5からの絶対値フレーム差データ
lΔF1を通過させ、判定信号がL”の時に、一定の値
のデータを集計回路10に与える。 ・集計回路10は
、検出域と対応するメモリを持ち、ゲート回路6の出力
データを累算するディジタル積分回路である。1フィー
ルドのデータに関して、集計回路10のメモリには、こ
の1フ、イールドの全ての絶対値フレーム差データ1Δ
F1が検出域の各画素ごとに累算された結果即ち、フレ
ーム差集計データΣ1ΔF1のテーブルが格納される。
集計回路10に接続された最小値検出回路11は、上述
のフレーム差集計データのテーブル中の最小値を動きベ
クトルとして検出する。この検出された動きベクトルが
出力端子12に得られる。
この最小値検出回路11は、例えば代表点の周囲からス
タートして、その周囲の最小値を検出し、次に検出され
た最小値の周囲で再び最小値を検出する逐次検出の構成
とされている。また、予め代表点を基点とする距離に応
じてフレーム差データΔFに重み付けを行っても良い。
更に、1画面を4等分し、各領域ごとに動きベクトルを
検出し、この各領域の動きベクトルを1画面の動きベク
トルに変換しても良い。
最小値検出回路11には、カウンタ13の出力が供給さ
れる。カウンタ13は、スレッショルド回路9からの°
H’ の判定信号(静止領域と判定されたときの出力)
を計数する。このカウンタ13の計数値が信顛性を示す
信号として最小値検出回路11に供給される。即ち静止
領域に含まれると判定される画素数が占める割合がかな
り多いとき、例えば3/4とか7/8のデiりが静止領
域と判定された結果、少ないデータから検出された動き
ベクトルは、信頬性が低いと判定され、例えばこの信軌
性の低い動きベクトルに代えてゼロベクトルが出力され
る。
上述のこの発明が適用された動きベクトル検出回路に依
れば、変化が大きい鮮明な動かない背景の中で動き物体
があるような画像の場合でも、フレーム差集計データΣ
1ΔF1が第3図に示すように、動き物体の動き(例え
ば右方向に3画素)と対応して最小値となり、背景のた
めに、代表点位置で最小値となることを防止できる。し
たがって、動きベクトルを高精度且つ高感度に検出する
ことができる。
b、方式変換装置の全体の構成 この発明は、(1125ライン/60フィールド)の高
品位テレビジョン方式所謂HD方式を(625ライン1
50フィールド)のPAL方式に変換する場合のフィー
ルド数変換に適用することができる。第4図は、この(
HD−PAL)方式変換装置の全体の構成を示す。
第4図において、21で示す入力端子に高品位テレビジ
ョン信号中の輝度信号が供給され、この輝度信号がロー
パスフィルタ22を介してA/Dコンバータ23に供給
される。A/Dコンバータ23からのディジタル輝度信
号が前処理回路24に供給される。この前処理回路24
は、ライン数の変換及びノンインターレス化の処理を行
う。
ライン数は、1125本から625本に例えばディジタ
ル周波数変換の技術を用いて変換される。
また、高品位テレビジョン信号の1フィールドの映像か
らライン数が共に625本の第1フィールドの映像及び
第2フィールドの映像が同時に形成される。この第1フ
ィールドの映像及び第2フィールドの映像は、0.5ラ
インオフセツトしたものである。従って、前処理回路2
4からは、(625ライン/60フレーム)の第1フィ
ールドのみからなるディジタルビデオ信号と、(625
ライン/60フレーム)の第2フィールドのみからなる
ディジタルビデオ信号とが得られる。動きベクトルの検
出は、第1フィールドのビデオ信号を用いて行われ、フ
ィールド数の変換処理は、第1フィールド及び第2フィ
ールドの各々について別個に処理される。前処理回路2
4において、上述のノンインターレス化を行うことによ
り、動きベクトルの検出を1760秒毎に行うことによ
り検出精度を向上でき、補間信号の形成が容易となる。
25がこの発明を適用できる動きベクトル検出回路を示
し、この動きベクトル検出回路25に第1フィールドの
ディジタルビデオ信号が供給される。また、第1フィー
ルドに関するフィールド数変換回路31と第2フィール
ドに関するフィールド数変換回路32とが設けられてお
り、検出された動きベクトルがこれらのフィールド数変
換回路31及び32に供給される。
動きベクトル検出回路25は、検出域ごとに前フィール
ドの代表点と現フィールドの画素との差(フィールド差
データ)を算出し、このフィールド差データの絶対値を
集計し、フィールド差集計データを発生し、フィールド
差集計データの最小値を検出する構成のものである。こ
の場合、前述のように、フィールド差データの中で静止
領域に含まれるものが集計されないことにより、検出感
度の向上が図られている。
また、フィールド数変換回路31からは、(625ライ
ン150フレーム)の第1フィールドのディジタルビデ
オ信号が出力され、フィールド数変換回路32からは、
(625ライン150フレーム)の第2フィールドのデ
ィジタルビデオ信号が出力される。これらのフィールド
数変換回路31及び32の出力信号がスイッチ回路41
に供給される。スイッチ回路41には、図示せずも、l
750秒毎に反転する制御信号逅供給され、スイッチ回
路41の出力には、(625ライン150フィールド)
のディジタル輝度信号が取り出される。
このディジタル輝度信号がD/Aコンバータ42に供給
される。D/Aコンバータ42の出力信号がローパスフ
ィルタ43を介されてPALカラーエンコーダ44に供
給される。輝度信号Yと同様にライン数の変換及びフィ
ールド数の変換の処理がなされた赤の色差信号R−Y及
び青の色差信号B−YがPALカラーエンコーダ44に
供給される。従って、PALカラーエンコーダ44の出
力端子45にPAL方式の複合カラーテレビジョン信号
が得られる。出力端子45には、PAL方式のカラーテ
レビジョン受像機が接続される。
C,フィールド数変換回路 フィールド数変換回路31は、フィールドメモ1J33
と動き補正回路34と直線近似回路35とスイッチ回路
36と誤処理検出回路37とメモリ38とにより構成さ
れる。フィールド数変換回路32は、フィールド数変換
回路31と同様の構成とされている。
フィールドメモリ33からの前フィールドのディジタル
ビデオ信号と入力された現フィールドのディジタルビデ
オ信号の両者が動き補正回路34゜直線近似回路35及
び誤処理検出回路37に供給される。動き補正回路34
の出力信号及び直線近似回路35の出力信号の一方がス
イッチ回路36により選択される。スイッチ回路36は
、誤処理検出回路37の検出出力によって制御され;よ
り正しい処理がなされた側の補正出力が選択される。
誤処理検出回路37には、動き補正回路34において形
成された前フィールドの映像をシフトした信号と現フィ
ールドの映像をシフトした信号との両者が供給される。
更に、スイッチ回路36の出力が供給されるメモリ38
は、時間軸伸長のためのものである。
動き補正回路34によりなされる動き補正の一例を第5
図を参照して説明する。第5図において、Fl、F2.
F3.F4.F5.F6は、連続する6枚の第1フィー
ルドの画像を示す。この画像には、左から右に(1/6
0)秒毎にAの距離移動する等速度運動を行う移動物体
が含まれている。この人は、動きベクトル検出回路25
からの動きベクトルに他ならない。この等速度運動の場
合では、画像Flから画像F6までの移動量の総和は、
5Aとなる。
かかる6枚の画像F1〜F6を5枚の画像f1〜f5に
変換する場合、(115) Aずつ移動距離を増加させ
る必要がある。従って、画像F1を(115)Aシフト
したものが画像f1とされる。同様に、画像F2.F3
.F4.F5を夫々(215) A 、 (315) 
A 、 (415) A 、 Aシフトすることによっ
て、画像f2.f3.f4.f5が形成される0画像F
5をAシフトしたものと、画像F6を全くシフトしない
ものとは、同一の絵柄となるので、その一方が取り除か
れる。画像のシフトは、メモリのアドレス制御によって
実現できる。
この動き補正は、パンニングやチルトの場合で・は、動
きベクトルが正確に検出できれば、完全なフィールド数
の変換が可能である。しかし、実際の画像では、−画面
中でも種々の動きを持つ部分があったり、静止している
部分もあり、シフトを行ったことにより不具合が生じる
部分がある。このような場合には、動き補正回路34の
出力の代わりに直線近似回路35の出力がスイッチ回路
36により選択される。
直線近似回路35は、連続する2フィールドの映像の夫
々に所定の重み係数を乗算し、乗算出力・を加算する補
間回路の構成とされている。第6図を参照して、直線近
似回路35の補正の一例について説明する。
画像F1〜F6は、(1/60)秒毎の連続する6枚の
画像である。この画像は、等速度運動の動き物体と静止
物体との両者を含むものである。画像F1に(415)
の重み係数を乗じたものと画像F2に(115)の重み
係数を乗じたものが加算されることにより、画像f1が
形成される。第6図において、破線で示すのが後のフィ
ールドの画像の絵柄である。また、画像F2に(315
)の重み係数を乗じたものと画像F3に(215)の重
み係数を乗じたものが加算さ゛れることにより、画像f
2が形成される。
同様に、(215F 3 + 315F 4 )により
画像f3が形成され、(115F 4 + 415F 
5 )により画像f4が形成され、画像F6が画像f5
とされる。
この直線近似回路35は、動き部分に関しては、二重に
なったり、ぼける問題が生じるが、静止部分については
、直線近似による補正の方が動き補正に比して良い。動
き補正回路34が誤処理しているかどうかが誤処理検出
口!lIr37によって検出される。
第7図は、誤処理検出回路37の一例の構成を示す。第
7図において、51で示される入力端子に前フィールド
F1のディジタルビデオ信号が供給され、52で示され
る入力端子に現フィールドF2のディジタルビデオ信号
が供給される。ディジタルビデオ信号の両者が1画素ご
とに減算回路53によって減算され、両フィールドの信
号の差ΔFLが求められる。また、54で示される入力
端子に前フィールドF1の画像を(215) Aシフト
したフィールドfilの信号が供給され、55で示され
る入力端子に現フィールドF2の画像を(−315) 
Aシフトしたフィールドf12の信号が供給される。こ
のフィールドfil及び[12の両者が1画素ごとに減
算回路56によって減算され、両フィールドの信号の差
Δrが求められる。
差信号ΔFL及びΔfが比較回路57により比較される
。第8図に示すように、前フィールドF1の画像を(2
15) Aシフトしたフィールドfilの画像と現フィ
ールドF2の画像を(−315)Aシフトしたフィール
ド[12の画像とは、動き部分に関しては、同一となり
、両者の差の画像Δ「は、第8図に示すように、動き部
分が除去されたものとなる。一方シフトしてない前フィ
ールドF1とF2とは、静止部分に関しては、同一とな
る。従って、比較回路57の比較動作によって、(ΔF
L〉Δf)が検出される画素については、動き補正処理
が正しいものと判定でき、逆に、(ΔFL〈Δf)が検
出される画素については、動き補正処理が正しくないと
判定できる。
比較回路57は、(ΔFL>Δf)の時に、“Ho と
なり、(ΔFL<Δf)の時に“Lo となる比較出力
を発生する。この比較出力が多数決論理回路58に供給
される。多数決論理回路58は、動きベクトルの検出域
ごとに判定を行う。1個の検出域に含まれる複数の画素
の比較出力に関して、 “Hoの数が“Loの数より多
い時に出力端子59にH°の出力信号が発生し、逆に、
°L”の数が“Hoの数より多い時に出力端子59に°
L゛の出力信号が発生する。この出力信号がスイッチ回
路36の制御信号とされる。スイッチ回路36は、誤処
理検出回路37の出力がH′の時に、動き補正回路34
からの補正された信号を選択し、一方、誤処理検出回路
37の出力がL″の時に、直線近似回路35からの補正
された信号を選択する。
動き補正回路34は、前述せる第5図に示す動き補正動
作を行う構成と異なり、第9図に示すように、現フィー
ルドの画像と前フィールドの画像との両者を用いる構成
としても良い。
第9図は、第5図に示される例と同様に、連続する第1
フィールドの6枚の画像F1〜F6に、等速度運動を行
う動き物体が含まれており、この6枚の画像を5枚の画
像f1〜r5に変換する例である。画像F1を(115
) Aシフトしたものと、画像F2を(−415)Aシ
フトしたものとが加算され、この加算出力が2されるこ
とにより画像f1が形成される。画像F2を(215)
 Aシフトしたものと画像F3を(−315)Aシフト
したものとから画像f2が形成される。画像F3を(3
15) Aシフトしたものと画像F4を(−215)A
シフトしたものとから画像f3が形成される。画像F4
を(415)Aシフトしたものと画像F5を(−115
)Aシフトしたものとから画像f4が形成される。画像
F5をAシフトしたものと画像F6とから画像f5が形
成される。
図示せずも、画像F6と次の画像F7を−Aシフトした
ものとから形成される画像は、画像f5と同一の絵柄と
なるので、重複している一方の画像が取り除かれる。そ
の後は、再び第9図に示される補正動作が繰り返される
。前フィールドを(a15) Aシフトし、現フィール
ドを(−(5−a)15)Aシフトする処理は、前述の
誤処理検出のために必要とされるシフト処理と兼用する
ことができる。
また、前フィールドを(a15)Aシフトした画像と現
フィールドを(−(5−a)/ 5 ) Aシフトした
画像とは、基本的に同一の画像である。しかし、両者を
加算することにより、直線近似の場合のランダムノイズ
に関するS/Nと、動き補正の場合のランダムノイズに
関するS/Nとを等しくすることができ、また、動きベ
クトルが誤検出された時に画像をぼかす効果が得られる
d、変形例 この発明は、テレビジョン信号の方式変換装置以外に高
能率符号化装置、高品位テレビジョン信号の帯域圧縮伝
送装置の動き補正装置等に適用することができる。
また、検出域は、互いの周辺部が重なり合うように定め
ても良く、代表点の配置が格子状でなく、上下のもので
検出域の横方向の画素数の2ずれるようにし、検出域が
市松模様に配列されるようにしても良い。
〔発明の効果〕
この発明に依れば、静止領域内の差分値を捨てるので、
明確且つ変化が激しい背景画像中の動いているものの動
きベクトル或いは小さな物体の動きを検出することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例のブロック図、第2図はこ
の発明の一実施例の検出域の説明に用いる路線図、第3
図はこの発明の一実施例におけるフレーム差集計データ
の一例を示すグラフ、第4図はこの発明を適用しうる方
式変換装置の一例のブロック図、第5図は方式変換装置
における動き補正の一例の説明に用いる路線図、第6図
は方式変換装置における直線近似の一例の説明に用いる
路線図、第7図は方式変換装置における誤処理検出回路
の一例のブロック図、第8図は誤処理検出回路の説明に
用いる路線図、第9図は動き補正の他の例の説明に用い
る路線図、第10図は従来の動きベクトル検出回路の一
例のブロック図、第11図は従来の動きベクトル検出回
路の動作説明に用いる路線図である。 図面における主要な符号の説明 1:ディジタルビデオ信号の入力端子、2.8:@算回
路、 4:代表点メモリ、6:ゲート回路、 9:スレ
ッショルド回路、10:集計回路、 12:出力端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 同一フィールド内の複数の画素によって形成される2次
    元の検出域と、上記検出域ごとの代表点が定められ、対
    応する2フィールドの一方のフィールドの上記代表点と
    その他方のフィールドの上記検出域内の各画素との差が
    算出され、上記差の絶対値が集計された絶対値集計デー
    タの中で、最小値を検出し、この最小値を動きベクトル
    として検出する動きベクトル検出回路において、 上記一方のフィールドの代表点と上記他方のフィールド
    の検出域内の各画素との差を発生する手段と上記集計を
    行う手段との間に挿入されたゲート手段と、 上記一方のフィールドと上記他方のフィールドとの対応
    する画素の差を求め、この差が小さい時に上記ゲート手
    段をオフにする制御信号を発生する手段と を備えたことを特徴とする動きベクトル検出回路。
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