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JP4018273B2 - 映像処理装置及びその制御方法及び記憶媒体 - Google Patents

映像処理装置及びその制御方法及び記憶媒体 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は映像処理装置及びその制御方法及び記憶媒体、詳しくは所定のネットワーク回線を介して遠隔端末に撮像映像を送信する映像処理装置及びその制御方法及び記憶媒体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ビデオカメラなどで撮影された映像情報をインターネットに代表される、いわゆるネットワークを介して遠隔地の端末に送信し、撮影された映像をその遠隔地の端末においてライブ、つまり、動画表示可能な技術が実用化されている。
【0003】
この技術を用いて、並列に配置された2台のビデオカメラにより撮影された2系統の映像を遠隔地に送信し、遠隔地において立体感のあるステレオ映像をライブで表示する技術を考察する。
【0004】
一般に、この種の撮影システムを構築しようとする場合、安価に供給されている家庭用ビデオカメラに内蔵されているカメラモジュールなどを使用することが考えられるであろう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、家庭用ビデオカメラに内蔵されているカメラモジュールなどはAE(自動露出)機能を解除できないことが多い。それ故、1台のビデオカメラにより得られる映像を発信する場合には全く問題とならなかった点が、2台のビデオカメラにより得られる一対のステレオ映像を発信しようとする場合に問題になることがある。その理由は、ビデオカメラのAE機能を解除できないことにより、それぞれ異なるAE値で撮影された映像を発信してしまうからである。
【0006】
仮に、同じAE値で撮影できる、若しくはAE機能を解除できるとしても、各カメラモジュールの個体差により完全に同じ輝度信号が得られるとも限らない。このようなビデオカメラにより得られる一対のステレオ映像をそのまま発信してしまった場合、遠隔地の端末上でステレオ映像を再現するとき、観察者の左右の目に異なる明るさの映像を提示してしまい、違和感を拭えず、都合が悪い。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる点に鑑みなされたものであり、2系統の撮像手段で得られたステレオ画像の明るさを統一して、遠隔端末に送信することで、遠隔端末の操作者に違和感のないステレオ映像を提供することを可能ならしめる映像処理装置及びその制御方法及び記憶媒体を提供しようとするものである。
【0008】
2系統の撮像手段から得られたステレオ画像を構成する2つの映像情報を所定のネットワークを介して配信する映像処理装置であって、
前記撮像手段により得られた、ステレオ画像となる2つの映像それぞれを映像データとして入力し、メモリに格納する入力手段と、
入力した2つの映像データの相互相関値に基づき、一方の映像データに対する他方の映像データの映像データ全体での画素単位の位置ずれ量を検出する検出手段と、
ステレオ画像を構成する前記一方の映像データと前記他方の映像データとの明度差を小さくするべく、前記一方の映像データの座標系の座標位置にある画素の輝度信号値と前記他方の映像データの座標系から前記位置ずれ量だけずれた座標位置にある画素の輝度信号値との差分値を前記一方の映像データの各画素について求め、求めた複数の差分値から前記一方の映像データの全体における前記差分値の平均値を求めて輝度値補正量とし、前記輝度値補正量に基づき前記他方の映像データの全ての画素の明度を補正する補正手段と、
前記方の映像データと、前記補正手段で補正された前記方の映像データとを結合して、1つの映像データを生成し、前記ネットワークを介して送信する送信手段とを備える。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
【0010】
本実施形態の基本概念を簡単に説明すると次の通りである。
【0011】
並列に配置された2台のビデオカメラにより得られる2つのビデオ信号(ステレオビデオ信号)をリアルタイムでキャップチャできる映像配信装置(カメラサーバ)において、キャップチャされた2つの映像を比較し、それぞれの映像の対応する箇所がそれぞれ同じような輝度値を持つように明るさの補正を行い、補正後の2つの映像を縮小および結合することによりひとつ映像として再合成し、ネットワークを介して遠隔地の端末(クライアント)にステレオ映像を発信するものである。
【0012】
以下、これを実現するための構成とその動作を説明する。
【0013】
図1は本実施形態の映像配信装置のブロック構成図である。
【0014】
ハードウェアとしては、撮影装置1−1及び1−4と、映像処理装置1−8から構成される。映像処理装置1−8は、ビデオカメラからの映像を取り込(キャプチャ)するハードウェアを有するものの、汎用の情報処理装置(例えばパーソナルコンピュータ等)とソフトウェアでもって実現できるものである。
【0015】
撮影装置1−1(撮像装置1−4も同様)は映像を入力する撮像部1−2(1−5)と撮影時の露出状態を自動的に決定する露出制御部1−3(1−6)からなる。ここで露出状態を決定するパラメータとしては、シャッタースピード、アイリス、ゲイン、ホワイトバランスなどが考えられるが、ここでは特に限定しない。また以下の説明では簡単のためにこれらをまとめて単に露出パラメータと言う。
【0016】
撮像部1−2(1−5)の映像出力信号はNTSC形式やYC分離方式などがあり、映像は映像処理装置1−8に具備されるI/O部1−13を介し、映像処理装置1−8内のRAM1−10に順次格納される。このときI/O1−13はいわゆるキャプチャボードなどと呼ばれる映像を実時間でキャプチャすることのできる適当なインタフェースを2系統備えているものとする。
【0017】
露出制御部1−3(1−6)は撮影している画面全体に対して明度バランスを自動的に調整する機能を持つ。露出制御部1−3(1−6)は制御信号線を通じて撮像部1−2(1−5)から得られる輝度信号を参照したり、その情報をもとに算出された最適な露出パラメータを使用して撮影するように撮像部1−2(1−5)に指示することが可能である。
【0018】
撮像部1−2(1−5)及び露出制御部1−3(1−6)を備える撮影装置1−1(1−4)は、家庭用のビデオカメラに内蔵されているカメラモジュールを用いることで容易に実現できる。
【0019】
映像処理装置1−8は、装置全体の制御を司るCPU1−9、CPU1−9のワークエリアとして使用したり、OS、カメラサーバとして機能するアプリケーション等をロードし、実行するためのRAM1−10をはじめ、以下の構成を備える。
【0020】
1−11は、ブートプログラムやBIOSが記憶されているROMであり、1ー12はOS,カメラサーバとして機能するプログラム等を記憶している二次記憶装置(ハードディスク装置等)である。1−13は撮影装置1−1(1−14)との通信を行うI/Oであり、1−14はネットワーク1−19を通じて遠隔地へのステレオ映像を発信する通信制御部である。1−18は、上記の各処理部を接続するバスである。映像処理装置1−8は先に説明したように汎用のコンピュータにより実現できる。また、バス1−18にはキーボード1−15、マウスなどのポインティングデバイス1−16、映像モニタ1−17が接続される。
【0021】
映像処理装置1−8は、撮影装置1−1及び1−4から得られる2系統の映像に対して後述するような処理を施しステレオ映像を生成し、ネットワーク1−19を通じて遠隔地の端末(クライアント)にステレオ映像を発信する処理を行う。
【0022】
図2を用いて本実施形態の基本原理を説明する。
【0023】
同図(a)は並列に配置された2台のビデオカメラが同時に、或る情景を撮影している様子を示したものである。2−1及び2−2はビデオカメラであり、図1の撮影装置1−1及び1−4に相当する。2−3は2台のビデオカメラにより撮影されている情景を表しており、2−4及び2−5はそれぞれビデオカメラ2−1及び2−2で撮影された情景に対する映像信号のある時点の映像を表している。
【0024】
2台のビデオカメラ2−1及び2−2はそれらの撮影位置が互いに異なるため、映像2−4及び2−5では情景2−3の見え方が若干異なっている。さらに、ビデオカメラ2−1及び2−2に具備される露出制御部1−3及び1−6の適正露出判定結果が異なったり、またはビデオカメラ2−1及び2−2そのものの個体差により、映像2−4及び2−5では画面全体の明るさも同一ではない。
【0025】
同図(a)で撮影されている2系統の映像信号を映像処理装置1−8に入力してステレオ映像を生成する原理を同図(b)に示す。
【0026】
図示の2−6は映像処理装置1−8に相当し、同装置内に入力された2系統の映像がどのように加工されて出力されるのかを模式的に示したものである。2−7及び2−8は2台のビデオカメラ2−1及び2−2が撮影し、I/O1−13によりキャップチャされRAM1−10に格納された2系統の映像である。これら2系統の映像間において、相互相関値が最大となる対応づけを求める等の公知の画像処理技術により映像間の対応関係を調べ、対応する場所を同じ明るさに補正して得られた映像が2−9及び2−10である。
【0027】
次にこれらの映像をやはり公知の画像処理技術により縦方向だけ半分の大きさに圧縮することにより得られる映像が2−11及び2−12である。最後に圧縮された2系統の映像2−11及び2−12を統合し、ひとつの映像としたものが2−13であり、この最終的に生成された映像2−13がネットワークを通じて遠隔地の端末に発信される。
【0028】
上記処理を実現するプログラムは、二次記憶1−12内にあって、これをRAM1−10にロードし、CPU1−9が実行するものとしているが、ROMに納めら専用装置として構成させても良いのは勿論である。
【0029】
さて、映像2−13を受け取った遠隔地端末(やはり、汎用情報処理装置で構成可能)では、以上で説明してきたような処理を逆にたどる。即ち、映像2−13を縦方向に分離し、得られた2系統の映像をそれぞれ縦方向に伸張する。このようにして得られた2系統の映像を一対のステレオ映像として提示する。提示の方法に関してはヘッドマウントディスプレイ、レンティキュラスクリーン、液晶シャッター、偏向眼鏡など様々な方法が考えられるがこれは本発明の本質的な部分ではないので特に限定しない。
【0030】
以上説明したように、2台のビデオカメラにより得られるステレオ映像をネットワーク上に発信する前に、それらの輝度信号を比較し補正する手段を設けることにより、2台のビデオカメラから得られる一対のステレオ信号の明るさを統一することができるため、伝送先の遠隔地に対してより違和感の少ないステレオ映像を提供することが可能となる。
【0031】
図3は本実施形態の映像処理装置の基本処理手順を示すフローチャートである。全体の流れとしては、2台のビデオカメラにより撮影された2系統の映像の明るさを統一し、両映像を結合することによりひとつの映像を再合成して発信するというものである。
【0032】
はじめに、2台のビデオカメラ1−1及び1−4を用いて撮影されている2系統の映像を映像処理装置1−8に入力する(ステップS301)。これは、映像処理装置1−8に具備されるI/O1−1を介して行われる。入力された2系統の映像は直ちにRAM1−10(または二次記憶1−12)に格納される(ステップS302)。次に、ステップS303ではRAM1−10(または二次記憶1−12)に格納されている2系統の映像にたいして相互相関値を利用することによりその対応関係を求めている。ここで2つの映像間の相互相関値を算出し、それが最大となる対応づけを求めることにより、2つの映像間の対応関係を抽出する。次に、ステップS304では求められた2系統の映像が対応関係を利用して、両映像が同じような明度を持つように明度の補正を行う。これは映像内で対応している部分の輝度情報を比較することによりその映像の明度補正量を算出し、その補正量を用いて片方(または両方)の映像の明度補正が行われる。
【0033】
次に明度の統一された2系統の映像をそれぞれ縦方向に半分の大きさまで縮小し(ステップS305)、縮小された2系統の映像を縦方向に結合してひとつの映像として再合成する(ステップS306)。これらの処理も公知の画像処理技術により実現可能である。こうして、生成されたステレオ映像がネットワーク1−19を介して遠隔地に発信される(ステップSS307)。
【0034】
なお、ステップS305及びS306の処理を行う目的は、そもそも2系統の映像が一対のステレオ映像であることから、これらを別々に発信してしまうと受信側で2系統の映像の同期をとる必要が生じたり、伝送中のネットワーク内で片方の映像がロスした場合などステレオ映像にとって都合の悪い状況が発生するのを軽減するためである。
【0035】
また、ステップS304の処理において、2系統の映像の対応関係をもとに両映像の明度を補正する方法はいくつか考えられるが、以下にその簡単な例を説明する。
【0036】
2つの映像の相互相関値が最大になる対応関係を求めた場合、一方の映像(以下映像Aと表す)が他方の映像(以下映像Bと表す)に対してどれだけ画素位置がずれているかという情報が映像全体としてただひとつだけ求まる。この位置ずれの量を(δx,δy)と表す。映像Aの画素をA(x,y)、映像Bの画素をB(x,y)と表すと、A(x,y)はB(x+δx,y+δy)と対応していることになる(もちろん映像の境界を越えた場合はその限りではない)ため、映像Aをラスタスキャンし、それぞれの画素についてA(x,y)とB(x+δx,y+δy)の輝度信号の差をe(x,y)として求め、映像全体においてe(x,y)の平均値を求めることにより、映像Bの全ての画素に対する輝度値補正量を算出することができる。
【0037】
以上が、映像間の相互相関値が最大となるような対応関係を利用した場合の映像の明度を補正する方法の例であるが、もちろんこれは極簡単な処理の例であり更に適当な方法によって補正精度の向上が期待できる。
【0038】
<第2の実施形態>
第2の実施形態を説明する。本第2の実施形態では上記の第1の実施形態に加えて、映像信号の処理をハードウェアで実行するために、DSP(Digital Signal Processor)を付加する。このように比較的計算コストの高い画像処理をハードウェアで実行することにより、映像信号の処理速度が上がりさらにリアルタイム性を向上させることができる。
【0039】
図4は本第2の実施形態のハードウェア構成を示すブロック図である。以下では図1と異なる部分に関してのみ説明する。図4では撮影装置1−1及び1−4と映像処理装置1−8との間にDSP1−7を設ける。DSP1−7は撮影装置1−1及び1−4とビデオ信号線で接続されており撮影装置1−1及び1−4が撮影する2系統の映像をキャプチャし、上記第1の実施形態で述べたような映像処理をハードウェアで高速に実行する機能を有する。
【0040】
本第2の実施形態の基本原理及び処理手順は、図2及び図3に示す第1の実施形態の場合に準ずる。ただしDSP1−7を用いて高速な映像処理が可能となるため、第1の実施形態に比べて更に計算コストの高い画像処理手法を実装することもできる。第1の実施形態では、映像間の対応づけを求める方法として相互相関値を利用したが、本第2の実施形態ではステレオ対応探索を使用して対応づけを求める方法を採用する。
【0041】
第1の実施形態では処理手順(S303)において、映像間の対応づけを求める方法として相互相関値を利用していた。この方法は計算コストが比較的小さく高速に実行可能であるが、映像全体に対してただひとつの対応関係しか抽出できないという欠点をもっている。即ち、2台の撮影装置4−1及び4−4はその撮影位置が異なるため、情景の見え方も微妙に変化しており、正確に映像全体が矛盾なく対応がとれていることはありえない。そこで本第2の実施形態では処理手順(S303)において、映像全体ではなく1画素単位(またはある大きさのブロック単位)で対応関係を求めることのできるステレオ対応探索を用いることにする。これはもともと本発明が並列に配置された2台の撮影装置から得られる一対のステレオ映像を遠隔地に発信することを目的としているため、撮影装置の配置方法だけに着目しても、精度の高いステレオ対応探索を実現するために有利ないくつかの条件を既に満たしていることからもその有効性が期待できる。ステレオ対応探索も相互相関と同様に公知の画像処理技術であるので具体的なアルゴリズムについては説明を省略する。
【0042】
以上のようにDSP及びステレオ対応探索の導入により、更に高速に精度の高い明度補正の実現が期待できる。
【0043】
<第3の実施形態>
第3の実施形態を説明する。2つのビデオカメラから得られる映像の明度を補正するため、第1の実施形態では相互相関値を用い、第2の実施形態ではステレオ対応探索を使用した。本実施形態では処理コストを削減するために映像間の対応関係を求めることなく、映像のヒストグラム変換のみを用いて明度の補正を行う。
【0044】
本第3の実施形態のハードウェア構成及び基本原理は、図1及び図2に示す第1の実施形態の場合に準ずる。また、図5に示す本第3の実施形態の処理手順は図3に示す第1の実施形態の場合のそれに類似するので、以下ではその異なる部分についてのみ説明する。
【0045】
本第3の実施形態の処理手順のステップS503,S504は第1の実施形態における処理手順中のステップSS303,S304に相当する部分であり、第1、第2の実施形態では映像間の対応関係を求め、その対応関係をもとに明度の補正を行っていたが、先にも述べた通り本第3の実施形態ではヒストグラムを求め(ステップSS503)、一方(もしくは両方)の映像のヒストグラム変換を行うことによって明度の補正を行う(ステップS504)。ヒストグラム変換もまた公知の画像処理技術であるので詳細な説明は省略する。
【0046】
以上のように映像間の対応関係を求めることなく、簡便な方法を用いて映像間の明度差を補正することにより計算コストの削減ができるため、DSPなどの高価な器材を導入しなくてもある程度の明度補正が実現できる。
【0047】
また、実施形態では補正対象の映像は、予め決められた一方の撮影装置(一方のビデオカメラ)によって得られた映像に対して行なうものとして説明したが、これを動的に決定してもよい。例えば、2つの映像A,Bがあって、映像Aの全体の輝度(合計値)が、映像Bより小さい場合には、映像Aのダイナミックレンジは狭いことを意味する。換言すれば、映像Bの方がダイナミックレンジが広いことになる。補正をかけるとき、広いレンジには狭いレンジの特性を包含しているので、この場合には映像Bを補正対象とするのである。
【0048】
また、第1、第3の実施形態、及び第2の実施形態でもその一部はソフトウェアでもって実現する。先に説明したように、実施形態で説明した映像処理装置は、汎用の情報処理装置でもって実現できるわけであるから、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【0049】
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【0050】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピディスク,ハードディスク,光ディスク,光磁気ディスク,CD−ROM,CD−R,磁気テープ,不揮発性のメモリカード,ROMなどを用いることができる。
【0051】
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【0052】
さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【0053】
以上で説明したように本実施形態によれば、2台のビデオカメラにより得られるステレオ映像をネットワーク上に発信する前に、それらの輝度信号を比較し補正することによって一対のステレオ信号の明るさを統一することができるため、伝送先の遠隔地に対してより違和感の少ないステレオ映像を提供することが可能となる。
【0054】
【発明の効果】
以上で説明したように本発明によれば、2系統の撮像手段で夫々得られた画像の明るさを統一して、遠隔端末に送信することで、遠隔端末の操作者に違和感のないステレオ映像を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の概略構成ブロック図である。
【図2】実施形態の基本原理説明図である。
【図3】実施形態における装置の動作処理手順を示すフローチャートである。
【図4】第2の実施形態における概略構成ブロック図である。
【図5】第3の実施形態における動作処理手順を示すフローチャートである。

Claims (4)

  1. 2系統の撮像手段から得られたステレオ画像を構成する2つの映像情報を所定のネットワークを介して配信する映像処理装置であって、
    前記撮像手段により得られた、ステレオ画像となる2つの映像それぞれを映像データとして入力し、メモリに格納する入力手段と、
    入力した2つの映像データの相互相関値に基づき、一方の映像データに対する他方の映像データの映像データ全体での画素単位の位置ずれ量を検出する検出手段と、
    ステレオ画像を構成する前記一方の映像データと前記他方の映像データとの明度差を小さくするべく、前記一方の映像データの座標系の座標位置にある画素の輝度信号値と前記他方の映像データの座標系から前記位置ずれ量だけずれた座標位置にある画素の輝度信号値との差分値を前記一方の映像データの各画素について求め、求めた複数の差分値から前記一方の映像データの全体における前記差分値の平均値を求めて輝度値補正量とし、前記輝度値補正量に基づき前記他方の映像データの全ての画素の明度を補正する補正手段と、
    前記方の映像データと、前記補正手段で補正された前記方の映像データとを結合して、1つの映像データを生成し、前記ネットワークを介して送信する送信手段と
    を備えることを特徴とする映像処理装置。
  2. 前記送信手段における結合処理では、撮像手段で得られた2系統の映像の両方を半分の大きさに縮小し、それらを結合することを特徴とする請求項1に記載の映像処理装置。
  3. 2系統の撮像手段から得られたステレオ画像を構成する2つの映像情報を所定のネットワークを介して配信する映像処理装置の制御方法であって、
    前記撮像手段により得られた、ステレオ画像となる2つの映像それぞれを映像データとして入力し、メモリに格納する入力工程と、
    入力した2つの映像データの相互相関値に基づき、一方の映像データに対する他方の映像データの映像データ全体での画素単位の位置ずれ量を検出する検出工程と、
    ステレオ画像を構成する前記一方の映像データと前記他方の映像データとの明度差を小さくするべく、前記一方の映像データの座標系の座標位置にある画素の輝度信号値と前記他方の映像データの座標系から前記位置ずれ量だけずれた座標位置にある画素の輝度信号値との差分値を前記一方の映像データの各画素について求め、求めた複数の差分値から前記一方の映像データの全体における前記差分値の平均値を求めて輝度値補正量とし、前記輝度値補正量に基づき前記他方の映像データの全ての画素の明度を補正する補正工程と、
    前記方の映像データと、前記補正工程で補正された前記方の映像データとを結合して、1つの映像データを生成し、前記ネットワークを介して送信する送信工程と
    を備えることを特徴とする映像処理装置の制御方法。
  4. コンピュータが読込み実行することで、2系統の撮像手段から得られたステレオ画像を構成する2つの映像情報を所定のネットワークを介して配信する映像処理装置として機能するプログラムコードを格納した記憶媒体であって、
    前記撮像手段により得られた、ステレオ画像となる2つの映像それぞれを映像データとして入力し、メモリに格納する入力手段と、
    入力した2つの映像データの相互相関値に基づき、一方の映像データに対する他方の映像データの映像データ全体での画素単位の位置ずれ量を検出する検出手段と、
    ステレオ画像を構成する前記一方の映像データと前記他方の映像データとの明度差を小さくするべく、前記一方の映像データの座標系の座標位置にある画素の輝度信号値と前記他方の映像データの座標系から前記位置ずれ量だけずれた座標位置にある画素の輝度信号値との差分値を前記一方の映像データの各画素について求め、求めた複数の差分値から前記一方の映像データの全体における前記差分値の平均値を求めて輝度値補正量とし、前記輝度値補正量に基づき前記他方の映像データの全ての画素を補正する補正手段と、
    前記方の映像データと、前記補正手段で補正された前記方の映像データとを結合して、1つの映像データを生成し、前記ネットワークを介して送信する送信手段
    として機能するプログラムコードを格納することを特徴とする記憶媒体。
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