KR20120021149A - 화상 보정 장치, 보정 화상 생성 방법, 보정 테이블 생성 장치, 보정 테이블 생성 방법, 보정 테이블 생성 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체 및 보정 화상 생성 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체 - Google Patents

화상 보정 장치, 보정 화상 생성 방법, 보정 테이블 생성 장치, 보정 테이블 생성 방법, 보정 테이블 생성 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체 및 보정 화상 생성 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

보정 후의 화상에서의 위화감을 저감 내지 해소하는 것을 과제로 한다. 상기 과제를 해결하기 위해서, 화상 보정 장치(10)는, 화상 입력부(11)와, 화상 기억부(12)와, 보정 테이블 기억부(15)와, 화상 기억부에 기억된 입력 화상을 보정 테이블에 기초하여 기하 보정하는 기하 보정부(13)와, 기하 보정부에 의해 보정된 입력 화상을 보정 화상으로서 출력하는 화상 출력부(14)를 구비하고, 보정 테이블(17)은, 보정 화상으로 되는 출력 화상 상의 각 화소 위치에 대응하는 각도의 조 (θ, φ)를 산출하고, 입력 화상의 투영 중심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표계에서, YZ 평면을 Y축의 둘레로 θ만큼 회전시킨 평면과, XZ 평면을 X축의 둘레로 φ만큼 회전시킨 평면과의 교선에 기초하여 광선 방향을 산출하고, 광선 방향에 대응하는 입력 화상 상의 위치를 추출 위치로서 산출하고, 추출 위치를 출력 화상의 화소 위치에 대응지음으로써 생성된 것인 것을 특징으로 한다.

Description

화상 보정 장치, 보정 화상 생성 방법, 보정 테이블 생성 장치, 보정 테이블 생성 방법, 보정 테이블 생성 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체 및 보정 화상 생성 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체{IMAGE CORRECTING APPARATUS, CORRECTION IMAGE GENERATING METHOD, CORRECTION TABLE GENERATING APPARATUS, CORRECTION TABLE GENERATING METHOD, COMPUTER READABLE RECORDING MEDIUM STORING A CORRECTION TABLE GENERATING PROGRAM, COMPUTER READABLE RECORDING MEDIUM STORING A CORRECTION IMAGE GENERATING PROGRAM}
본 발명은, 입력 화상을 기하(幾何) 보정하여 출력 화상을 생성하기 위한 화상 보정 장치 등의 기술에 관한 것이다.
최근, 감시 카메라나 텔레비전 도어폰을 비롯한 몇 개의 응용 분야에서, 넓은 시야 범위의 영상을 한눈에 보고자 하는 요구가 나오고 있다. 그 요구를 만족시키는 하나의 해답으로서, 광학계에 어안 렌즈를 채용하고, 수평 화각 180도 정도의 범위를 촬영하는 비디오 카메라 등이 실용화되어 있다. 그러나, 이들 기기를 이용하여 촬영한 화상에서는, 일반적으로, 피사체 공간 중의 직선이 크게 만곡하여 찍혀 있기 때문에, 촬영한 화상에 대하여 만곡의 정도를 저감하기 위한 기하 보정을 실시하고자 하는 요구가 있다.
어안 렌즈에는, 그 설계 방침의 차이에 의해, 등거리 사영 방식, 등입체각 사영 방식, 정사영 방식 등, 다양한 사영 방식이 존재한다. 그러나, 어느 사영 방식이라도, 보정 후의 화상에서 표현해야 할 화각이 180도 미만이면, 투시 변환을 이용함으로써, 어안 렌즈를 이용하여 촬영된 화상(이하, 「어안 화상」이라고 함)에서의 직선의 만곡을, 설계값이나 종래 기술에 의해 추정된 주어진 파라미터와 사영 모델에 기초하여, 완전하게 보정할 수 있다.
어안 화상의 예를 도 9의 (a)에 도시한다. 또한, 이 어안 화상을 투시 변환을 이용하여 좌우 방향의 화각이 넓게 확보되도록 보정한 예를 도 9의 (b)에 도시한다. 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 투시 변환을 이용한 보정 결과는, 직선으로 되어야 할 부분은 직선으로 보정되어 있지만, 화상의 주변부가 극단적으로 연장되어, 원근감이 강조되어 있어, 위화감이 큰 화상으로 되어 있다. 이것은, 보정한 결과의 화상에서 표현되어 있는 화각과, 이 화상을 볼 때의 화각이 크게 상이한 것에 의해 생기는 과제이다.
이 과제를 해결하기 위해서 고안된 기술로서 일본 특개 2010-067172호 공보에 기재된 기술이 있다. 일본 특개 2010-067172호 공보에 기재된 기술은, 화상의 중앙 부근이 투시 사영(투시 변환)에, 주변부가 정사영에 각각 가까운 사영 방법으로 되도록 변환식을 설계함으로써, 입력된 어안 화상을, 좌우 방향과 상하 방향 각각에 180도분의 화각을 확보하면서, 중앙 부근에서는 직선이 직선으로 보이도록 보정하는 것이다.
그러나, 일본 특개 2010-067172호 공보에 개시된 기술에서는, 주변부가 정사영에 가까운 사영 방법으로 되기 때문에, 주변부에 존재하는 피사체의 형상의 찌부러짐이 현저하여, 예를 들면 도어폰에 적용한 경우에서, 벽쪽에 서 있는 인물이 누구인지를 확인하기 어렵다고 하는 문제가 있다.
본 명세서에서 개시되는 것은, 보정 후의 화상에서의 위화감을 저감 또는 해소하는 화상 보정 장치, 보정 화상 생성 방법, 보정 테이블 생성 장치, 보정 테이블 생성 방법, 보정 테이블 생성 프로그램 및 보정 화상 생성 프로그램이다.
예를 들면, 도 9의 (a)의 어안 화상을 보정하여, 도 10의 (a) 혹은 도 10의 (b)와 같은 보정 결과를 얻는 방법이 제공된다. 또한, 도 10의 (a)는 본 실시 형태를 적용한 보정 화상의 예이고, 도 10의 (b)는 변형예를 적용한 보정 화상의 예이다. 도 9의 (a)의 입력 화상의 상원(像円)의 원주 부근에 존재하는 화이트 보드의 형상을, 도 10의 (a)나 도 10의 (b)에서 찌부러지지 않고 시인할 수 있는 것을 알 수 있다.
개시되는 화상 보정 장치는, 입력 화상을 기하 보정하여 보정 화상을 생성하는 화상 보정 장치로서, 상기 입력 화상을 입력하는 화상 입력부와, 상기 입력 화상을 기억하는 화상 기억부와, 상기 입력 화상을 기하 보정하기 위해서 이용하는 보정 테이블을 기억하는 보정 테이블 기억부와, 상기 화상 기억부에 기억된 상기 입력 화상을 상기 보정 테이블에 기초하여 기하 보정하는 기하 보정부와, 상기 기하 보정부에 의해 보정된 상기 입력 화상을 상기 보정 화상으로서 출력하는 화상 출력부를 구비하고, 상기 보정 테이블은, 상기 보정 화상으로 되는 출력 화상 상의 각 화소 위치에 대응하는 각도의 조 (θ, φ)를 산출하고, 상기 입력 화상의 투영 중심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표에서, YZ 평면을 Y축의 둘레로 상기 θ만큼 회전시킨 평면과, XZ 평면을 X축의 둘레로 상기 φ만큼 회전시킨 평면과의 교선에 기초하여 광선 방향을 산출하고, 상기 광선 방향에 대응하는 상기 입력 화상 상의 위치를 추출 위치로서 산출하고, 상기 추출 위치를 상기 출력 화상의 화소 위치에 대응지음으로써 생성된 것인 것을 특징으로 한다.
개시에 의하면, 보정 후의 화상에서의 위화감을 저감 또는 해소할 수 있다.
도 1은 화상 보정 장치의 구성예를 설명하는 도면.
도 2는 보정 테이블을 모식적으로 예시하는 도면.
도 3은 화상 보정 장치에서의 기하 보정부의 동작을 예시하는 플로우차트.
도 4는 보정 테이블 생성 장치의 구성을 예시하는 블록도.
도 5는 출력 화상 상의 화소 좌표와 입력 화상 상의 좌표를 대응시키기 위한 좌표계의 변환을 설명하는 도면으로서, (a)는 출력 화상의 좌표계를 예시하는 도면, (b)는 각도 좌표계를 예시하는 도면.
도 6은 출력 화상 상의 화소 좌표와 입력 화상 상의 좌표를 대응시키기 위한 좌표계의 변환을 설명하는 도면으로서, (a)는 θ와 φ에 기초하여, 광선 방향 벡터를 구하기 위한 좌표계를 예시하는 도면, (b)는 입력 화상의 좌표계를 예시하는 도면.
도 7은 보정 테이블 생성 장치의 광선 방향 산출부에서, θ와 φ의 취득 방법을 설명하는 도면.
도 8은 보정 테이블 생성 장치의 동작을 설명하는 플로우차트.
도 9는 어안 화상(입력 화상)에 종래 기술을 적용한 결과를 도시하는 도면으로서, (a)는 어안 화상(입력 화상)을 예시하는 도면, (b)는 (a)의 어안 화상(입력 화상)에 종래 기술인 투시 변환을 이용하여 보정한 결과의 보정 화상(출력 화상)의 일례를 도시하는 도면.
도 10의 (a)는, 도 9의 (a)의 어안 화상(입력 화상)에 실시 형태를 적용한 결과의 보정 화상(출력 화상)의 일례를 도시하는 도면, (b)는 도 9의 (a)의 어안 화상(입력 화상)에 다른 실시 형태를 적용한 결과의 보정 화상(출력 화상)의 일례를 도시하는 도면.
이하, 실시 형태에 대하여, 도 1?도 8을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 화상 보정 장치(10)는, 어안 화상 등의 입력 화상을 취득하고, 그 화상을 보정하고, 보정 화상을 출력 화상으로서 출력하는 것이다.
화상 생성 장치(30)는, 화상 데이터를 생성하여 화상 보정 장치(10)에 공급하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 화상 생성 장치(30)는, 수평 화각 180도의 등거리 사영 방식의 어안 렌즈를 구비한 디지털 비디오 카메라인 경우를 예로 하여 설명한다.
화상 표시 장치(40)는, 화상 보정 장치(10)에서 보정된 보정 화상(출력 화상)을 표시하는 디스플레이이다.
본 실시 형태에 따른 보정 테이블 생성 장치(20)는, 화상 보정 장치(10)의 후기하는 보정 테이블 기억부(15)에 저장하는 보정 테이블(리샘플링 테이블)(17)을 생성하는 것이다. 보정 테이블 생성 장치(20)는, 예를 들면, 퍼스널 컴퓨터로 구성된다.
보정 테이블 생성 장치(20)는, 보정 테이블(17)을 생성한 후, 기하 보정부(13)가 이 보정 테이블(17)을 이용한 기하 보정 처리를 실시하는 것보다 전에, 이 보정 테이블(17)을 화상 보정 장치(10)에 송신한다.
또한, 보정 테이블(17)의 갱신이 필요없는 경우, 즉, 보정 테이블(17)의 생성에 관계되는 파라미터에 변경이 없는 경우에는, 보정 테이블 생성 장치(20)는 생성한 보정 테이블(17)을 송신한 후, 화상 보정 장치(10)로부터 분리해 둘 수 있다.
[화상 보정 장치(10)의 구성]
도 1에 도시한 바와 같이, 화상 보정 장치(10)는, 화상 입력부(11)와, 화상 기억부(12)와, 기하 보정부(13)와, 화상 출력부(14)와, 보정 테이블 기억부(15)와, 보정 테이블 갱신부(16)를 구비하고 있다.
화상 입력부(11)는, 화상 생성 장치(30)로부터 공급되는 입력 화상을 읽어들여, 화상 기억부(12)에 기입하는 것이다. 읽어들인 입력 화상의 각 화소의 화소값은, 기준색(본 실시 형태에서는 R, G, B의 3종류로 함)마다 「0」부터 「255」까지의 256가지의 정수값 중의 하나의 값을 취하도록 하는 디지털화된 값이다.
화상 생성 장치(30)로부터의 입력 화상의 읽어들이기는, 화상 생성 장치(30)의 구성에 대응한 인터페이스를 이용하여 실시하면 되고, 예를 들면, 화상 생성 장치(30)로부터 아날로그 신호로서 입력 화상이 공급되는 경우에는 A/D 변환기를 구비한 구성으로 하면 되고, USB(Universal Serial Bus) 인터페이스 등에 의해, 디지털 신호로서 입력 화상이 공급되는 경우에는, 그것에 대응하는 인터페이스를 구비한 구성으로 하면 된다.
화상 기억부(12)는, 화상 생성 장치(30)로부터 공급되는 입력 화상 전체가 저장 가능한 크기의 메모리(RAM; Random Access Memory)를 적어도 2화면분의 용량을 구비하는 것이다. 화상 기억부(12)는, 1화면분을 화상 입력부(11)로부터의 기입용으로, 남은 1화면분을 기하 보정부(13)로부터의 판독용으로, 1화면마다 역할을 번갈아 교대하면서 사용한다.
기하 보정부(13)는, 후기하는 보정 테이블 기억부(15)에 저장된 보정 테이블(17)에 기초하여, 화상 기억부(12)에 저장된 입력 화상에 기하 보정을 행하고, 기하 보정을 행한 결과인 출력 화상(보정 화상)을 화상 출력부(14)에 대하여 출력하는 것이다. 기하 보정부(13)는, 예를 들면, FPGA(Field Programmable Gate Array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)로 구성되어 있다. 또한, 이 기하 보정부(13)가 행하는 처리의 상세는, 후에 상술한다(도 3 참조).
화상 출력부(14)는, 기하 보정부(13)로부터 출력된 출력 화상(보정 화상)을 적절한 영상 신호로 변환하여 화상 표시 장치(40)에 대하여 출력하는 것이다. 예를 들면, 화상 표시 장치(40)가 아날로그 영상 신호를 표시하도록 구성되어 있는 경우에는, D/A 변환기를 구비한 구성으로 하면 된다.
보정 테이블 기억부(15)는, 후기하는 보정 테이블(17)을 기억해 두는 것이며, 예를 들면, 재기입 가능한 불휘발성 메모리이다.
보정 테이블 갱신부(16)는, 보정 테이블 생성 장치(20)로부터 송신되는 보정 테이블을 수신하여 보정 테이블 기억부(15)에 저장하는 것이며, 보정 테이블 생성 장치(20) 측의 인터페이스에 맞추어, 예를 들면 USB 인터페이스나 IEEE1394 인터페이스 등을 구비한 구성으로 하면 된다.
보정 테이블(17)은, 기하 보정부(13)가 출력하는 출력 화상의 각각의 화소에 대하여, 그들 화소의 화소값을, 화상 기억부(12)에 기억된 입력 화상 상의 어느 화소를 참조하여 결정할지를 정의한 것이다. 본 실시 형태에서는, 보정 테이블(17)로서, 리샘플링 테이블, 구체적으로는 「기하 보정부(13)가 출력하는 출력 화상의 각각의 화소에 대하여, 그들 화소에 대응하는 화상 기억부(12)에 기억된 입력 화상 상의 2차원 좌표값을 나타내는 고정 소수점 수의 조 (x, y)를 대응지은 테이블」을 사용한다. 보정 테이블(17)은, 후술(도 8 참조)하는 방법에 의해 보정 테이블 생성 장치(20)에 의해 생성된 후, 보정 테이블 갱신부(16)를 통하여 보정 테이블 기억부(15)에 저장된다.
리샘플링 테이블(보정 테이블)(17)은, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같이, 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)와 입력 화상 상의 좌표 (x, y)를 대응짓고 있다. 도 2는, u축 방향의 화소 수가 640화소, v축 방향의 화소 수가 480화소인 경우의 리샘플링 테이블(보정 테이블)의 예이다. 또한, u, v는, 정수이지만, x, y는, 반드시 정수는 아니다. 또한, 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)에 대응지어지는 입력 화상 상의 좌표 (x, y)가 입력 화상의 범위 밖의 좌표로 되는 경우에는, 미리 정한 예외값, 예를 들면 (-1, -1) 등의 값을 (u, v)에 대응지어 저장해 둔다.
[화상 보정 장치(10)에서의 기하 보정부(13)의 동작]
다음으로, 화상 보정 장치(10)에서의 기하 보정부(13)의 동작에 대하여 도 3을 참조(구성은 적당히 도 1을 참조)하여 설명한다.
우선, 화상 기억부(12)에 입력 화상이 기억되어 있고, 보정 테이블 기억부(15)에 보정 테이블(17)이 기억되어 있는 것을 전제로 한다.
도 3의 플로우차트에 나타내는 바와 같이, 스텝 S1에서, 기하 보정부(13)는, 카운터의 N의 값을 「0」으로 한다.
스텝 S2에서, 기하 보정부(13)는, 출력 화상의 N번째의 화소의 좌표 (u, v)에 대응하는 입력 화상 상의 좌표 (x, y)를 결정한다. 구체적으로는, 우선, 기하 보정부(13)는, 카운터의 N의 값을 출력 화상의 u축 방향의 화소 수로 나눈 몫을 v의 값, 나머지를 u의 값으로 하여, 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)를 산출한다. 다음으로, 기하 보정부(13)는, 보정 테이블(17)에 기초하여, 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)에 대응하는 입력 화상 상의 좌표 (x, y)를 결정한다.
스텝 S3에서, 기하 보정부(13)는, 결정한 입력 화상 상의 좌표 (x, y)에 기초하여, 출력 화상의 N번째의 화소의 화소값을 산출한다. 구체적으로는, 예를 들면, 입력 화상 상의 좌표 (x, y)에 기초하여, 기준색마다(즉 RGB마다), 입력 화상 상의 4근방 화소의 화소값을 이용한 쌍선형 보간에 의해 출력 화상의 화소값을 정하도록 하면 된다. 또한, 출력 화상의 화소값의 산출에는, 바이큐빅 보간 등, 다른 종래 기술을 이용해도 된다.
또한, 기하 보정부(13)는, 입력 화상 상에 대응하는 좌표값이 없는 경우, 즉, 리샘플링 테이블(17)에 기초하여 결정한 입력 화상 상의 좌표 (x, y)가, 미리 정한 예외값이었던 경우에는, 그 출력 화상의 화소값을 예외값, 예를 들면, 「흑」 즉 (R, G, B)=(0, 0, 0)으로 한다.
스텝 S4에서, 기하 보정부(13)는, 출력 화상의 전체 화소에 대하여 화소값의 산출이 완료되었는지의 여부를 판정한다.
출력 화상의 전체 화소에 대하여 화소값의 산출이 완료되었다고 판정한 경우 (스텝 S4ㆍ예), 기하 보정부(13)는, 기하 보정 처리를 종료한다.
한편, 출력 화상의 화소 중 화소값의 산출이 완료되지 않은 화소가 있다고 판정한 경우(스텝 S4ㆍ아니오), 기하 보정부(13)는, 카운터의 N의 값에 「1」을 더한다(스텝 S5). 그 후, 스텝 S2로 되돌아가서 처리를 계속한다.
출력 화상의 전체 화소에 대하여 화소값의 산출이 완료되었는지의 여부를 판정하기 위해서는, 카운터의 N의 값과 출력 화상의 화소 수를 비교함으로써 판정하면 된다.
[보정 테이블 생성 장치(20)의 구성]
도 4에 도시한 바와 같이, 보정 테이블 생성 장치(20)는, 각도 좌표 산출부(21)와, 광선 방향 산출부(23)와, 추출 위치 산출부(24)와, 추출 위치 등록부(25)를 구비한다.
각도 좌표 산출부(21)는, 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)에 대응하는 각도 좌표계 상의 좌표값 (θ, φ)를 산출하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 출력 화상의 좌단의 화소 좌표를 경도 「-90도(=-π/2)」, 출력 화상의 우단의 화소 좌표를 경도 「90도(= π/2)」에 대응짓기 위해서, u축 방향의 스케일을 정규화하기 위한 상수 「w」를 이용하여, 다음의 수학식 1에 의해 산출한다.
Figure pat00001
이에 의해, 도 5의 (a)에 도시한 출력 화상의 uv 좌표계로부터, 도 5의 (b)에 도시한 θφ 좌표계(각도 좌표계)로 좌표 변환한다. 여기서, (uc, vc)는 출력 화상의 중심 위치의 좌표이다. 예를 들면, 출력 화상의 u축 방향의 화소 수가 640화소인 경우, uc의 값은 「(0+639)/2」에 의해 산출되는 「319.5」라고 하는 값으로 된다. vc에 대해서도 마찬가지로 산출하면 된다. w는 전술한 목적을 위해서 도입된 상수이며, uc의 값과 동일하게 설정되고, 출력 화상 전체에서의 스케일의 정합성을 확보하기 위해서, 수학식 1과 같이 v축 방향의 스케일의 정규화에 대해서도 사용된다. P1(u, v)는, P2(θ, φ)로 변환된다.
광선 방향 산출부(23)는, 입력되는 θ 및 φ로부터, 광선 방향 벡터 (X, Y, Z)를 산출하는 것이다. 광선 방향 산출부(23)는, 다음의 수학식 2에 의해, 광선 방향 벡터 (X, Y, Z)를 산출한다.
Figure pat00002
이에 의해, 도 5의 (b)에 도시한 θφ 좌표계(각도 좌표계)로부터, 도 6의 (a)에 도시한 XYZ 좌표계로 변환한다. XYZ 좌표계는, 피사체 공간의 좌표계이다. P2(θ, φ)는, P3(X, Y, Z)로 변환된다. 점 O는 투영 중심이다. 광선 방향 벡터 (X, Y, Z)는, 길이가 「1」로 정규화된 방향 벡터이다. P3은, XZ 평면을 X축을 축으로 하여 φ만큼 회전시킨 평면상 , 또한, YZ 평면을 Y축을 축으로 하여 θ만큼 회전시킨 평면상에 존재한다. 또한, 광선 방향 벡터 (X, Y, Z)를 이와 같이 구하는 이유는, 후술한다.
추출 위치 산출부(24)는, 광선 방향 산출부(23)가 산출한 광선 방향 벡터 (X, Y, Z)로부터, 입력 화상 상의 좌표 (x, y)를 추출 위치로서 산출하는 것이다. 추출 위치란, 입력 화상 상의 좌표 (x, y)이며, 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)에 존재하는 화소의 화소값을 입력 화상 상으로부터 추출할 때의 최적의 위치이다. 본 실시 형태의 입력 화상은 등거리 사영 방식의 어안 렌즈를 이용하여 촬영된 것이기 때문에, 추출 위치 산출부(24)는, 예를 들면, 다음의 수학식 3에 의해, 입력 화상 상의 좌표 (x, y)를 산출한다.
Figure pat00003
이에 의해, 도 6의 (a)에 도시한 XYZ 좌표계로부터, 도 6의 (b)에 도시한 입력 화상의 xy 좌표계로 변환한다. 여기서, (xc, yc)는 입력 화상의 상원의 중심의 좌표이다. 또한, R은 상원의 반경이고, 반화각 90도에 대응한다. P3(X, Y, Z)는, P4(x, y)로 변환된다.
또한, xc, yc 및 R은, 설계값으로서 미리 보정 테이블 생성 장치(20)에 등록되어 있는 것으로 한다. 또한, 본 실시 형태에서의 촬상 파라미터의 종류는 이들에 한하는 것이 아니라, 사용하는 사영 모델에 따라서 다양하게 변경할 수 있는 것 외에, 1매 또는 복수의 입력 화상으로부터, 종래 기술을 이용하여 추정하도록 해도 된다. 예를 들면, 상원의 중심의 좌표 (xc, yc) 및 상원의 반경 R에 대해서는, 상원의 외측의 부분이 통상 검게 되어 있는(화소값으로서 (R, G, B)의 각각에 매우 작은 값이 저장되어 있는) 것을 이용하여, 원의 추정을 행함으로써, 종래 기술에 의해 추정 가능하다. 또한, 수학식 3 대신에, 종래 기술에 의한, 광학계의 왜곡 보정을 위한, 보다 고차의 항까지 포함시킨 보정식을 사용하도록 해도 된다.
추출 위치 등록부(25)는, 추출 위치 산출부(24)에 의해 산출된 입력 화상 상의 좌표 (x, y)를 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)에 대응지어 보정 테이블(17)에 등록하는 것이다. 또한, 추출 위치 산출부(24)에 의해 산출된 입력 화상 상의 좌표 (x, y)가 입력 화상의 범위 밖의 좌표인 경우에는, 전술한 대로, 미리 정한 예외값, 예를 들면 (-1, -1) 등의 값을 (u, v)에 대응지어 등록해 둔다.
여기서, 광선 방향 벡터 (X, Y, Z)를 이와 같이 구하는 이유를 도 5, 도 6을 참조하면서 도 7을 이용하여 설명한다.
수학식 2에 의해 산출되는 광선 방향 벡터 (X, Y, Z)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 기준면인 YZ 반평면(50)(Z≥0)을 Y축을 축으로 하여 θ만큼 회전시킨 반평면(51)과, 제2 기준면인 XZ 평면(52)(Z≥0)을 X축을 축으로 하여 φ만큼 회전시킨 반평면(53)과의 교선으로 되는 반직선의 방향 벡터를 산출하고, 또한, 이 반직선의 방향 벡터를 길이가 「1」로 되도록 정규화한 것에 상당한다.
이와 같이 θ 및 φ를 취함으로써, 피사체 공간 중에서 Y축과 평행한 직선은, 이 직선상의 모든 점이, 임의의 θ로 정해지는 평면상에 놓이게 되기 때문에, 보정 후의 화상에서 직선으로 되고, 피사체 공간 중에서 X축과 평행한 직선은, 이 직선상의 모든 점이, 임의의 φ로 정해지는 평면상에 놓이게 되기 때문에, 보정 후의 화상에서 직선으로 된다. 즉, 피사체 공간 중에서 X축 또는 Y축에 평행한 직선이, 보정 후의 화상에서도 직선으로 되도록 할 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
[보정 테이블 생성 장치(20)의 동작]
다음으로, 보정 테이블 생성 장치(20)의 동작에 대하여 도 8을 참조(구성은 적당히 도 4를 참조)하여 설명한다.
도 8의 플로우차트에 나타내는 바와 같이, 스텝 S10에서, 보정 테이블 생성 장치(20)는, 카운터의 M의 값을 「0」으로 한다.
스텝 S11a에서, 각도 좌표 산출부(21)는, 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)에 대응하는 각도 좌표계 상의 좌표값 (θ, φ)를 산출한다.
스텝 S11b에서, 광선 방향 산출부(23)는, 각도 좌표 산출부(21)가 산출한 각도 좌표계 상의 좌표값 (θ, φ)에 기초하여, 광선 방향 벡터 (X, Y, Z)를 산출한다.
스텝 S12에서, 추출 위치 산출부(24)는, 광선 방향 벡터 (X, Y, Z)에 대응하는 입력 화상 상의 좌표 (x, y)를 산출한다.
스텝 S13에서, 추출 위치 등록부(25)는, 산출한 좌표 (x, y)를 리샘플링 테이블(보정 테이블)(도시 생략)의 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)에 대응지어 등록한다.
스텝 S14에서, 보정 테이블 생성 장치(20)는, 출력 화상의 전체 화소에 대하여 리샘플링 테이블(보정 테이블)에의 등록이 완료되었는지의 여부를 판정한다.
출력 화상의 전체 화소에 대하여 리샘플링 테이블(보정 테이블)에의 등록이 완료된 경우에는(스텝 S14ㆍ예), 보정 테이블 생성 장치(20)는, 리샘플링 테이블(보정 테이블) 생성 처리를 종료한다.
한편, 출력 화상의 화소 중 리샘플링 테이블(보정 테이블)에의 등록이 완료되지 않은 화소가 있는 경우에는(스텝 S14ㆍ아니오), 보정 테이블 생성 장치(20)는, 카운터의 M의 값에 「1」을 더한다(스텝 S15). 그 후, 스텝 S11a로 되돌아가서 처리를 계속한다.
또한, 출력 화상의 전체 화소에 대하여 리샘플링 테이블(보정 테이블)에의 등록이 완료되었는지의 여부는, 카운터의 M의 값과 출력 화상의 화소 수를 비교함으로써 판정하면 된다.
이상의 동작에 의해, 화상 주변부에서의 피사체의 형상의 찌부러짐을 억제하면서, 보정 후의 화상에서 세로 방향 또는 가로 방향의 직선으로서 표시되어야 할 직선군의 만곡의 정도를 보정 전의 화상과 비교하여 저감할 수 있다.
[변형예]
이상, 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 예를 들면 다음과 같이 변경할 수 있다.
예를 들면, 화상 생성 장치(30)는, 예시한 것에 한하는 것이 아니라, 광각 렌즈를 구비한 디지털 카메라, 등거리 사영 방식을 비롯한 각종 사영 방식으로 설계된 어안 렌즈를 구비한 디지털 카메라, 광각 렌즈나 어안 렌즈를 구비한 비디오 카메라, 그들 기기에 의해 촬영된 영상을 기억한 기억 매체를 재생하는 영상 재생 기기 등, 다양하게 변경이 가능하다. 입력 화상의 사영 방식이 변경되는 경우, 수학식 3을, 입력 화상의 사영 방식에 적합한 식으로 변경하면 되고, 그와 같은 변경은 용이하다.
또한, 화상 출력부(14)에 접속하는 장치는, 화상 표시 장치(40)에 한하는 것이 아니라, 예를 들면, 보정된 화상을 기억하는 기억 장치나, 보정된 화상을 다른 시스템에 전송하는 전송 장치를 접속하는 등, 용도에 따라서 다양하게 변경할 수 있다.
또한, 카운터의 N의 값으로부터 화소 좌표 (u, v)를 산출하는 방법에 대해서는, 래스터 스캔의 순서로 화소가 참조되도록 하기 위해서, N의 값을 출력 화상의 u축 방향의 화소 수로 나눈 몫을 v, 나머지를 u로 하여 산출하였지만, 출력 화상의 화소의 참조 순서는 이에 한하는 것은 아니다.
또한, 보정 테이블(17)은 리샘플링 테이블에 한하는 것은 아니다. 예를 들면, 화상 보정 장치(10)의 구성을, 기하 보정부(13)가 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)에 대응하는 입력 화상 상의 좌표 (x, y)를 그 때마다 계산하면서 보정을 행하도록 하는 구성으로 하는 경우에는, 입력 화상에 관한 파라미터 및 출력 화상에 관한 파라미터를 보정 테이블(17)로서 보정 테이블 기억부(15)에 기억해 두면 된다. 그 경우, 보정 테이블(17)로서 리샘플링 테이블을 사용하는 경우에 비해, 보정 테이블 기억부(15)의 기억 용량도 적어도 된다.
또한, 그와 같은 구성으로 한 경우, 기하 보정부(13)는, 출력 화상 상의 화소 좌표에 대응하는 입력 화상 상의 좌표를 구하는 방법으로서, 도 8에 도시한 플로우를 그대로 실행하도록 구성해도 되고(단 산출한 좌표 (x, y)를 리샘플링 테이블에 등록할(스텝 S13) 필요는 없고, 산출한 좌표 (x, y)에 기초하여 바로 출력 화상의 화소값을 결정하면 됨), 혹은, 출력 화상 상의 화소 좌표 (u, v)로부터, 그 좌표에 대응하는 입력 화상 상의 좌표 (x, y)를 직접 산출할 수 있도록 하는 합성 함수를 미리 작성해 놓고, 그 합성 함수를 이용하도록 하는 구성으로 해도 된다. 또한, 보정 테이블 갱신부(16)가 키보드 등의 데이터 입력 장치를 구비하는 구성으로 하여, 출력 화상에 관한 파라미터를 유저가 변경할 수 있도록 해도 된다.
또한, 실시 형태의 설명에서는, 어안 화상의 종횡 방향과 출력 화상의 종횡 방향을 일치시키는 예에서 설명을 행하였지만, 실시 형태는 이에 한하는 것은 아니다. 예를 들면, 3축 가속도 센서를 구비한 어안 카메라를 이용하는 경우, 이 카메라로부터 얻어진 피사체 공간 중의 중력 방향의 정보에 기초하여, 중력 방향이 출력 화상의 세로 방향에 일치하도록 하는 리샘플링 테이블을 생성하도록 해도 된다. 구체적으로는, 어안 화상과 지표면과의 대응짓기를 행할 때에, 종래 기술에 의해 좌표계의 방향을 회전시키는 것만으로 되고, 그와 같은 변경은 용이하다.
또한, 도 8의 리샘플링 테이블 생성 처리에서 광선 방향 벡터 (X, Y, Z)에 대응하는 입력 화상 상의 좌표 (x, y)를 산출할 때, 화각의 재판독을 행하도록 해도 된다. 즉, 상원의 반경 R이 실제의 반화각인 반화각 90도에 대응하는 것으로서 계산하는 것이 아니라, 상원의 반경 R이 실제보다도 큰 반화각에 대응하는 것으로서 계산한다. 등거리 사영 방식의 어안 렌즈를 이용하여 촬영된 화상을 보정하는 경우이면, 예를 들면, 보정 계수 β(0<β<1)를 이용하여, 수학식 3 대신에 다음의 수학식 4에 의해 변환을 행하면 된다.
Figure pat00004
화각의 재판독 처리를 가함으로써, 피사체 공간 중의 세로 방향의 직선과 가로 방향의 직선의 출력 화상에서의 상의 왜곡이 증가하는 한편, 피사체 공간 중의 경사 방향의 직선의 출력 화상의 주변부에서의 왜곡을 저감할 수 있다. 또한, 보정 계수 β의 값을, 상수가 아니라 Z의 함수로 해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는 각도의 변화율을 일정하게 하였지만, 각도의 변화율을, 출력 화상의 중앙 부근과 주변에서 변화시키도록 해도 된다. 예를 들면, 출력 화상의 중앙 부근과 주변과의 각도의 변화율의 비를 어느 정도까지 허용할 수 있는지를 감안하여 사전에 정해 두는 파라미터 α(0<α<1)를 이용하여, 출력 화상의 중앙 부근에서의 각도의 변화율을 Θ, 출력 화상의 좌우단에서의 각도의 변화율을 (αㆍΘ)로 하는 경우, 각도의 변화율을 다음의 수학식 5에 기초하여 결정한다. 또한, α의 값으로서는, 35㎜ 필름 카메라에서의 표준 렌즈의 초점 거리인 50㎜의 렌즈를 이용하여 촬영한 사진의 특성을 감안하여, 상기의 정의 영역 중, 0.84 이상의 값을 사용하는 것이 좋다.
Figure pat00005
즉, u의 값으로부터 θ=f(u)의 산출을 다음의 수학식 6에 기초하여 실시한다.
Figure pat00006
이에 의해, 각도의 변화율을 일정한 범위 내로 유지하면서, 화상의 주변부일수록, 각도의 변화율을 작게 할 수 있다. 여기서, Θ의 값은, 출력 화상의 우단에서 f(u)의 값이 90도로 된다고 하는 조건으로부터, 다음의 수학식 7에 따라서 산출하여 사용하면 된다.
Figure pat00007
또한, 출력 화상에서 표현하는 수평 방향의 각도의 범위는, -90도부터 90도의 범위에 한하는 것은 아니다. 출력 화상에서 표현하는 수평 방향의 각도의 범위를 변경하는 경우에는, 수학식 1에서, θ와 φ의 산출에 사용하고 있는 「π/2」의 값을 원하는 값으로 변경하면 된다.
또한, 화상 입력부(11)에서 읽어들인 입력 화상의 각 화소의 화소값은, 기준색 (R, G, B)마다 「0」부터 「255」까지의 256가지(=8비트)의 정수값 중의 하나의 값을 취하도록 하는, 디지털화한 값인 것으로 하였지만, 실시 형태는 이에 한하는 것은 아니다. 예를 들면, 각 기준색으로 표현할 수 있는 계조를 「0」부터 「1023」까지의 1024가지(10비트)로 늘리는 등의 변경을 해도 된다. 그 변경에 의해 입력 화상에서 표현할 수 있는 계조와 출력 화상에서 표현할 수 있는 계조와의 사이에 차이가 생기는 경우라도, 종래 기술에 의해 용이하게 대처 가능하다. 또한, 예를 들면 기준색으로서 (R, G, B, C(시안), Y(옐로우))의 5색을 이용하도록 하는, 다원색에의 대응도, 종래 기술을 이용함으로써 용이하게 실시할 수 있다.
또한, 보정 테이블 기억부(15)는, SD 메모리 카드 등, 화상 보정 장치(10)로부터 착탈 가능한 기억 매체를 이용함으로써 실시해도 된다. 그 경우, 보정 테이블 생성 장치(20)가 SD 메모리 카드 라이터 등을 구비하고, 보정 테이블 생성 장치(20)에서 생성한 리샘플링 테이블(보정 테이블)(17)을 상기 SD 메모리 카드 라이터를 통하여 보정 테이블 기억부(15)에 등록하도록 하는 구성으로 함으로써, 화상 보정 장치(10)가 보정 테이블 갱신부(16)를 구비할 필요가 없어지기 때문에, 리샘플링 테이블(보정 테이블)(17)의 갱신 빈도가 낮은 경우에 바람직하다.

Claims (11)

  1. 입력 화상을 기하 보정하여 보정 화상을 생성하기 위해서 이용하는 보정 테이블을 생성하는 보정 테이블 생성 장치로서,
    상기 보정 화상으로 되는 출력 화상 상의 각 화소 위치에 대응하는 각도의 조 (θ, φ)를 산출하는 각도 좌표 산출부와,
    상기 각도의 조 (θ, φ)에 대응하는 피사체 공간 중의 광선 방향을 산출하는 광선 방향 산출부와,
    상기 광선 방향에 대응하는 상기 입력 화상 상의 위치를 추출 위치로서 산출하는 추출 위치 산출부와,
    상기 추출 위치를 상기 출력 화상의 화소 위치에 대응지어 상기 보정 테이블에 등록하는 추출 위치 등록부
    를 구비하고,
    상기 광선 방향 산출부는,
    상기 입력 화상의 투영 중심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표계에서, YZ 평면을 Y축의 둘레로 상기 θ만큼 회전시킨 평면과, XZ 평면을 X축의 둘레로 상기 φ만큼 회전시킨 평면과의 교선에 기초하여 상기 광선 방향을 산출하는
    것을 특징으로 하는 보정 테이블 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추출 위치 산출부는, 상기 광선 방향과 상기 입력 화상에 관한 광축이 이루는 각도를, 실제의 값 이상으로 되도록 보정한 보정 각도를 이용하여, 상기 광선 방향에 대응하는 상기 입력 화상 상의 위치를 추출 위치로서 산출하는 것을 특징으로 하는 보정 테이블 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각도 좌표 산출부는, 상기 보정 화상으로 되는 출력 화상 상의 각 화소 위치가 (u, v)인 경우에, 보정에 사용되는 상기 u의 범위에서, 상기 u의 절대값에 관하여 광의 단조 증가하는 함수 f(u)와, 보정에 사용되는 상기 v의 범위에서, 상기 v의 절대값에 관하여 광의 단조 증가하는 함수 g(v)를 이용하여, 출력 화상 상의 각 화소 위치 (u, v)에 대응하는 각도의 조 (f(u), g(v))를 산출하는 것을 특징으로 하는 보정 테이블 생성 장치.
  4. 입력 화상을 기하 보정하여 보정 화상을 생성하는 화상 보정 장치로서,
    상기 보정 화상 상의 중심을 지나는 가로 방향의 직선상에서의 각도의 변화율은, 중심 부분을 「1」로 한 경우에 「0.84 이상 1 이하」로 이루어져 있고,
    상기 보정 화상 상의 중심을 지나는 세로 방향의 직선상에서의 각도의 변화율은, 중심 부분을 「1」로 한 경우에 「0.84 이상 1 이하」로 이루어져 있는
    것을 특징으로 하는 화상 보정 장치.
  5. 입력 화상을 기하 보정하여 보정 화상을 생성하는 화상 보정 장치로서,
    상기 입력 화상을 입력하는 화상 입력부와,
    상기 입력 화상을 기억하는 화상 기억부와,
    상기 입력 화상을 기하 보정하기 위해서 이용하는 보정 테이블을 기억하는 보정 테이블 기억부와,
    상기 화상 기억부에 기억된 상기 입력 화상을 상기 보정 테이블에 기초하여 기하 보정하는 기하 보정부와,
    상기 기하 보정부에 의해 보정된 상기 입력 화상을 상기 보정 화상으로서 출력하는 화상 출력부
    를 구비하고,
    상기 보정 테이블은, 상기 보정 화상으로 되는 출력 화상 상의 각 화소 위치에 대응하는 각도의 조 (θ, φ)를 산출하고, 상기 입력 화상의 투영 중심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표에서, YZ 평면을 Y축의 둘레로 상기 θ만큼 회전시킨 평면과, XZ 평면을 X축의 둘레로 상기 φ만큼 회전시킨 평면과의 교선에 기초하여 광선 방향을 산출하고, 상기 광선 방향에 대응하는 상기 입력 화상 상의 위치를 추출 위치로서 산출하고, 상기 추출 위치를 상기 출력 화상의 화소 위치에 대응지음으로써 생성된 것인
    것을 특징으로 하는 화상 보정 장치.
  6. 입력 화상을 기하 보정하여 보정 화상을 생성하는 화상 보정 장치로서,
    상기 입력 화상을 입력하는 화상 입력부와,
    상기 입력 화상을 기억하는 화상 기억부와,
    상기 보정 화상으로 되는 출력 화상 상의 각 화소 위치에 대응하는 각도의 조 (θ, φ)를 산출하고, 상기 입력 화상의 투영 중심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표에서, YZ 평면을 Y축의 둘레로 상기 θ만큼 회전시킨 평면과, XZ 평면을 X축의 둘레로 상기 φ만큼 회전시킨 평면과의 교선에 기초하여 광선 방향을 산출하고, 상기 광선 방향에 대응하는 상기 입력 화상 상의 위치를 추출 위치로서 산출하고, 상기 추출 위치를 상기 출력 화상의 화소 위치에 대응지음으로써, 상기 화상 기억부에 기억된 상기 입력 화상을 기하 보정하는 기하 보정부와,
    상기 기하 보정부에 의해 보정된 상기 입력 화상을 상기 보정 화상으로서 출력하는 화상 출력부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 보정 장치.
  7. 입력 화상을 기하 보정하여 보정 화상을 생성하기 위해서 이용하는 보정 테이블을 생성하는 보정 테이블 생성 방법으로서,
    상기 보정 화상으로 되는 출력 화상 상의 각 화소 위치에 대응하는 각도의 조 (θ, φ)를 산출하는 각도 좌표 산출 스텝과,
    상기 각도의 조 (θ, φ)에 대응하는 피사체 공간 중의 광선 방향을 산출하는 광선 방향 산출 스텝과,
    상기 광선 방향에 대응하는 상기 입력 화상 상의 위치를 추출 위치로서 산출하는 추출 위치 산출 스텝과,
    상기 추출 위치를 상기 출력 화상의 화소 위치에 대응지어 상기 보정 테이블에 등록하는 추출 위치 등록 스텝
    을 포함하고,
    상기 광선 방향 산출 스텝은,
    상기 입력 화상의 투영 중심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표에서, YZ 평면을 Y축의 둘레로 상기 θ만큼 회전시킨 평면과, XZ 평면을 X축의 둘레로 상기 φ만큼 회전시킨 평면과의 교선에 기초하여 상기 광선 방향을 산출하는
    것을 특징으로 하는 보정 테이블 생성 방법.
  8. 입력 화상을 기하 보정하여 보정 화상을 생성하는 보정 화상 생성 방법으로서,
    상기 입력 화상을 입력하는 화상 입력 스텝과,
    상기 입력 화상을 기억하는 화상 기억 스텝과,
    상기 입력 화상을 기하 보정하기 위해서 이용하는 보정 테이블을 기억하는 보정 테이블 기억 스텝과,
    상기 화상 기억 스텝에 의해 기억된 상기 입력 화상을 상기 보정 테이블에 기초하여 기하 보정하는 기하 보정 스텝과,
    상기 기하 보정 스텝에 의해 보정된 상기 입력 화상을 상기 보정 화상으로서 출력하는 화상 출력 스텝
    을 포함하고,
    상기 보정 테이블은, 상기 보정 화상으로 되는 출력 화상 상의 각 화소 위치에 대응하는 각도의 조 (θ, φ)를 산출하고, 상기 입력 화상의 투영 중심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표에서, YZ 평면을 Y축의 둘레로 상기 θ만큼 회전시킨 평면과, XZ 평면을 X축의 둘레로 상기 φ만큼 회전시킨 평면과의 교선에 기초하여 광선 방향을 산출하고, 상기 광선 방향에 대응하는 상기 입력 화상 상의 위치를 추출 위치로서 산출하고, 상기 추출 위치를 상기 출력 화상의 화소 위치에 대응지음으로써 생성된 것인
    것을 특징으로 하는 보정 화상 생성 방법.
  9. 입력 화상을 기하 보정하여 보정 화상을 생성하는 보정 화상 생성 방법으로서,
    상기 입력 화상을 입력하는 화상 입력 스텝과,
    상기 입력 화상을 기억하는 화상 기억 스텝과,
    상기 보정 화상으로 되는 출력 화상 상의 각 화소 위치에 대응하는 각도의 조 (θ, φ)를 산출하고, 상기 입력 화상의 투영 중심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표에서, YZ 평면을 Y축의 둘레로 상기 θ만큼 회전시킨 평면과, XZ 평면을 X축의 둘레로 상기 φ만큼 회전시킨 평면과의 교선에 기초하여 광선 방향을 산출하고, 상기 광선 방향에 대응하는 상기 입력 화상 상의 위치를 추출 위치로서 산출하고, 상기 추출 위치를 상기 출력 화상의 화소 위치에 대응지음으로써, 상기 화상 기억 스텝에 의해 기억된 상기 입력 화상을 기하 보정하는 기하 보정 스텝과,
    상기 기하 보정 스텝에 의해 보정된 상기 입력 화상을 상기 보정 화상으로서 출력하는 화상 출력 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 보정 화상 생성 방법.
  10. 제7항에 기재된 방법을 실행하기 위한 보정 테이블 생성 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
  11. 제8항 또는 제9항에 기재된 방법을 실행하기 위한 보정 화상 생성 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
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