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技術 画像処理装置及び方法並びに画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体

出願人 クラリオン株式会社
発明者 岩野博隆大木透
出願日 1999年12月15日 (19年1ヶ月経過) 出願番号 1999-355351
公開日 2001年6月29日 (17年6ヶ月経過) 公開番号 2001-175872
状態 拒絶査定
技術分野 閉回路テレビジョンシステム イメージ分析
主要キーワード 最大フロー 相対速度計測 照合法 相対速 フローベクトル ベクトル場 オプティカルフローベクトル 内挿法
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年6月29日)のものです。
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図面 (5)

課題

入力される画像そのものを最適化することにより、優れた精度でオプティカルフローを測定する画像処理の技術を提供すること。

解決手段

オプティカルフロー場検出部5は、撮像部1から入力された画像に基づいて、オプティカルフローを測定する。オプティカルフロー場統計処理部6は、得られたオプティカルフロー場の統計処理を行う。最適フレームレート算出部7は、オプティカルフロー場統計処理部6による統計処理の結果と、要求精度入力部3から入力された要求精度と、に基づいて、オプティカルフローが要求精度に満たないときに、その要求精度を満たすために最適フレームレートを計算する。フレームレート決定部8は、計算された最適フレームレートと要求フレームレートとに基づいて、新たなフレームレートを決定する。フレームレート制御部9は、新たなフレームレートに基づいて撮像部1を制御する。

概要

背景

近年、デジタル技術発達に伴い、車両用他車接近警報自動制御などの情報処理に利用するため、ビデオカメラなどで撮影された画像から周囲の物体動きなどを把握する技術が提案されている。このような技術は、動画像フレーム間でオプティカルフローを測定することにより、写っている物体の動きを把握するものであり、画像処理装置画像処理方法などの形で実現される。

ここで、オプティカルフローは、画像上で各画素の移動する速度であり、これを表すベクトルオプティカルフローベクトルや単にフローベクトルと呼ぶ。また、オプティカルフローの場をオプティカルフロー場と呼び、オプティカルフローベクトルの場をオプティカルフローベクトル場と呼ぶ。このようなオプティカルフローは、与えられた画像の各フレームから、特徴照合法パターンマッチング)や時空間勾配法などにより求められる。

このようなオプティカルフローの測定において、相対速度が小さい物体のオプティカルフローの測定精度を向上するため、従来では、オプティカルフローの信頼性評価を行い、信頼性の高いオプティカルフローに基づいて、内挿法によりオプティカルフロー場の精度を向上する手法や、統計処理により測定結果の信頼性を向上する手法などが用いられていた。なお、内挿法は、与えられた値から、その中間の値を推測する手法である。

概要

入力される画像そのものを最適化することにより、優れた精度でオプティカルフローを測定する画像処理の技術を提供すること。

オプティカルフロー場検出部5は、撮像部1から入力された画像に基づいて、オプティカルフローを測定する。オプティカルフロー場統計処理部6は、得られたオプティカルフロー場の統計処理を行う。最適フレームレート算出部7は、オプティカルフロー場統計処理部6による統計処理の結果と、要求精度入力部3から入力された要求精度と、に基づいて、オプティカルフローが要求精度に満たないときに、その要求精度を満たすために最適フレームレートを計算する。フレームレート決定部8は、計算された最適フレームレートと要求フレームレートとに基づいて、新たなフレームレートを決定する。フレームレート制御部9は、新たなフレームレートに基づいて撮像部1を制御する。

目的

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、入力される画像そのものを最適化することにより、優れた精度でオプティカルフローを測定する画像処理の技術すなわち画像処理装置及び方法並びに画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
2件

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請求項1

フレームレートに基づいた画像を入力するための手段と、入力された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定するための手段と、測定された前記オプティカルフローが予め決められた基準に満たないときに、最適なフレームレートを計算するための手段と、計算された前記最適なフレームレートに基づいて、与えられる画像の前記フレームレートを制御するための手段と、を備えたことを特徴とする画像処理装置

請求項2

フレームレートに基づいて画像の各フレームを順次撮像するための撮像手段と、撮像された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定するための手段と、オプティカルフローの測定に対する要求精度を入力するための手段と、要求されるフレームレートを入力するための手段と、測定された前記オプティカルフローが前記要求精度に満たないときに、前記要求精度を満たすための最適なフレームレートを計算するための手段と、計算された前記最適なフレームレートと、入力された前記要求されるフレームと、に基づいて、新たなフレームレートを決定するための手段と、決定された前記新たなフレームレートに基づいて前記撮像手段を制御するための手段と、を備えたことを特徴とする画像処理装置。

請求項3

フレームレートに基づいた画像を入力するためのステップと、入力された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定するためのステップと、測定された前記オプティカルフローが予め決められた基準に満たないときに、最適なフレームレートを計算するためのステップと、計算された前記最適なフレームレートに基づいて、与えられる画像の前記フレームレートを制御するためのステップと、を含むことを特徴とする画像処理方法

請求項4

フレームレートに基づいて画像の各フレームを順次撮像するための撮像ステップと、撮像された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定するためのステップと、オプティカルフローの測定に対する要求精度を入力するためのステップと、要求されるフレームレートを入力するためのステップと、測定された前記オプティカルフローが前記要求精度に満たないときに、前記要求精度を満たすための最適なフレームレートを計算するためのステップと、計算された前記最適なフレームレートと、入力された前記要求されるフレームと、に基づいて、新たなフレームレートを決定するためのステップと、決定された前記新たなフレームレートに基づいて前記撮像ステップを制御するためのステップと、を含むことを特徴とする画像処理方法。

請求項5

フレームレートに基づいて与えられる画像の各フレームから、コンピュータを用いて、オプティカルフローを測定するための画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体において、そのソフトウェアは前記コンピュータに、入力された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定させ、測定された前記オプティカルフローが予め決められた基準に満たないときに、最適なフレームレートを計算させ、計算された前記最適なフレームレートに基づいて、与えられる画像の前記フレームレートを制御させることを特徴とする画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体。

請求項6

撮像部によりフレームレートに基づいて順次撮影される画像の各フレームから、コンピュータを用いて、オプティカルフローを測定するための画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体において、そのソフトウェアは前記コンピュータに、撮像された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定させ、オプティカルフローの測定に対する要求精度の入力を受け付けさせ、要求されるフレームレートの入力を受け付けさせ、測定された前記オプティカルフローが前記要求精度に満たないときに、前記要求精度を満たすための最適なフレームレートを計算させ、計算された前記最適なフレームレートと、入力された前記要求されるフレームと、に基づいて、新たなフレームレートを決定させ、決定された前記新たなフレームレートに基づいて前記撮像部を制御させることを特徴とする画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体。

技術分野

0001

本発明は、画像からオプティカルフローを測定する技術の改良に関するもので、特に、入力される画像そのものを最適化することにより、優れた精度でオプティカルフローを測定するようにしたものである。

背景技術

0002

近年、デジタル技術発達に伴い、車両用他車接近警報自動制御などの情報処理に利用するため、ビデオカメラなどで撮影された画像から周囲の物体動きなどを把握する技術が提案されている。このような技術は、動画像フレーム間でオプティカルフローを測定することにより、写っている物体の動きを把握するものであり、画像処理装置画像処理方法などの形で実現される。

0003

ここで、オプティカルフローは、画像上で各画素の移動する速度であり、これを表すベクトルオプティカルフローベクトルや単にフローベクトルと呼ぶ。また、オプティカルフローの場をオプティカルフロー場と呼び、オプティカルフローベクトルの場をオプティカルフローベクトル場と呼ぶ。このようなオプティカルフローは、与えられた画像の各フレームから、特徴照合法パターンマッチング)や時空間勾配法などにより求められる。

0004

このようなオプティカルフローの測定において、相対速度が小さい物体のオプティカルフローの測定精度を向上するため、従来では、オプティカルフローの信頼性評価を行い、信頼性の高いオプティカルフローに基づいて、内挿法によりオプティカルフロー場の精度を向上する手法や、統計処理により測定結果の信頼性を向上する手法などが用いられていた。なお、内挿法は、与えられた値から、その中間の値を推測する手法である。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記のような信頼性に基づく手法は、入力された画像に対して受け身的な対応でしかなく、与えられた入力画像から最大限の精度で情報を引き出すものであった。すなわち、入力画像情報そのものは何ら改善するものではなかったため、オプティカルフローの測定精度の向上には限界があった。

0006

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、入力される画像そのものを最適化することにより、優れた精度でオプティカルフローを測定する画像処理の技術すなわち画像処理装置及び方法並びに画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

上記の目的を達成するため、請求項1の画像処理装置は、フレームレートに基づいた画像を入力するための手段と、入力された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定するための手段と、測定された前記オプティカルフローが予め決められた基準に満たないときに、最適なフレームレートを計算するための手段と、計算された前記最適なフレームレートに基づいて、与えられる画像の前記フレームレートを制御するための手段と、を備えたことを特徴とする。請求項3の画像処理方法は、請求項1の発明を方法という見方から捉えたもので、フレームレートに基づいた画像を入力するためのステップと、入力された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定するためのステップと、測定された前記オプティカルフローが予め決められた基準に満たないときに、最適なフレームレートを計算するためのステップと、計算された前記最適なフレームレートに基づいて、与えられる画像の前記フレームレートを制御するためのステップと、を含むことを特徴とする。請求項5の発明は、請求項1,3の発明を、コンピュータのソフトウェアを記録した記録媒体という見方から捉えたもので、フレームレートに基づいて与えられる画像の各フレームから、コンピュータを用いて、オプティカルフローを測定するための画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体において、そのソフトウェアは前記コンピュータに、入力された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定させ、測定された前記オプティカルフローが予め決められた基準に満たないときに、最適なフレームレートを計算させ、計算された前記最適なフレームレートに基づいて、与えられる画像の前記フレームレートを制御させることを特徴とする。請求項1,3,5の発明では、抽出されたオプティカルフローのベクトル場などから最適なフレームレートを決定し、撮像部にフィードバックすることで最適な撮像を行うものである。すなわち、フローベクトルなどで表されるオプティカルフローが所定の基準に満たない場合、フレームレートを遅くしてフローベクトルを大きくし、画像の量子化における測定誤差の低下により、オプティカルフロー測定の有効精度を改善する。これにより、例えば、相対速度計測精度の改善による衝突予測精度の向上など、より正確な情報処理が可能となる。

0008

請求項2の画像処理装置は、フレームレートに基づいて画像の各フレームを順次撮像するための撮像手段と、撮像された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定するための手段と、オプティカルフローの測定に対する要求精度を入力するための手段と、要求されるフレームレートを入力するための手段と、測定された前記オプティカルフローが前記要求精度に満たないときに、前記要求精度を満たすための最適なフレームレートを計算するための手段と、計算された前記最適なフレームレートと、入力された前記要求されるフレームと、に基づいて、新たなフレームレートを決定するための手段と、決定された前記新たなフレームレートに基づいて前記撮像手段を制御するための手段と、を備えたことを特徴とする。請求項4の画像処理方法は、請求項2の発明を方法という見方から捉えたもので、フレームレートに基づいて画像の各フレームを順次撮像するための撮像ステップと、撮像された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定するためのステップと、オプティカルフローの測定に対する要求精度を入力するためのステップと、要求されるフレームレートを入力するためのステップと、測定された前記オプティカルフローが前記要求精度に満たないときに、前記要求精度を満たすための最適なフレームレートを計算するためのステップと、計算された前記最適なフレームレートと、入力された前記要求されるフレームと、に基づいて、新たなフレームレートを決定するためのステップと、決定された前記新たなフレームレートに基づいて前記撮像ステップを制御するためのステップと、を含むことを特徴とする。請求項6の発明は、請求項2,4の発明を、コンピュータのソフトウェアを記録した記録媒体という見方から捉えたもので、撮像部によりフレームレートに基づいて順次撮影される画像の各フレームから、コンピュータを用いて、オプティカルフローを測定するための画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体において、そのソフトウェアは前記コンピュータに、撮像された前記画像に基づいてオプティカルフローを測定させ、オプティカルフローの測定に対する要求精度の入力を受け付けさせ、要求されるフレームレートの入力を受け付けさせ、測定された前記オプティカルフローが前記要求精度に満たないときに、前記要求精度を満たすための最適なフレームレートを計算させ、計算された前記最適なフレームレートと、入力された前記要求されるフレームと、に基づいて、新たなフレームレートを決定させ、決定された前記新たなフレームレートに基づいて前記撮像部を制御させることを特徴とする。請求項2,4,6の発明では、請求項1,3,5の効果に加え、要求精度や要求されるフレームレートに基づいてフレームレートが制御されるので、利用目的環境変化などの状況に合わせたオプティカルフロー測定が容易になる。

発明を実施するための最良の形態

0009

次に、本発明の実施の形態(実施形態と呼ぶ)について、図面を参照して具体的に説明する。なお、本実施形態のうちデータの処理に関する部分は、コンピュータをソフトウェアによって制御することによって実現することができ、この場合のソフトウェアは、従来技術と共通の部分には従来技術も利用したもので、そのコンピュータの物理ハードウェア資源活用することで本発明の作用効果を実現する。

0010

また、この場合におけるハードウェアやソフトウェアの具体的な形式、ソフトウェアで処理する範囲などはさまざまな態様が考えられ、そのようなソフトウェアを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体も本発明の一態様である。このため、以下では、本発明及び実施形態に関する各機能を実現する仮想回路ブロックを用いて本発明と実施形態とを説明する。

0011

〔1.構成〕本実施形態は、与えられる画像からオプティカルフローを測定する画像処理装置(本装置と呼ぶ)と、本装置上で実行される画像処理方法に関するもので、画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体として把握することもできる。まず、本装置は、図1機能ブロック図に示すように、撮像部1と、画像処理システム2と、要求精度入力部3と、要求フレームレート入力部4と、を備え、オプティカルフロー測定の結果などの情報を外部の情報処理システム10へ提供するものである。

0012

このうち撮像部1は、フレームレートに基づいて画像の各フレームを順次撮像することによって入力するための撮像手段であり、例えばCCDを用いたビデオカメラなどによって実現される。また、撮像におけるフレームレートは、撮像部1の外部から信号により制御することができる。

0013

また、画像処理システム2は、本装置の中でデータ処理を行う制御部であり、前記ソフトウェアに基づいて、オプティカルフロー場検出部5と、オプティカルフロー場統計処理部6と、最適フレームレート算出部7と、フレームレート決定部8と、フレームレート制御部9と、としての役割を果たす。

0014

これらのうち、オプティカルフロー場検出部5は、入力された画像に基づいて、オプティカルフローを測定するための手段であり、具体的には、オプティカルフローを、1又は2以上のオプティカルフローベクトルを含むオプティカルフロー場として測定し出力するように構成されている。

0015

また、本装置では、オプティカルフローの測定に対して、予め決められた基準となる要求精度と、要求されるフレームレート(要求フレームレートと呼ぶ)と、をユーザや他の機器などが外部から入力することによって指定することができる。すなわち、要求精度入力部3は要求精度を、要求フレームレート入力部4は要求フレームレートを、それぞれ入力するための手段である。

0016

また、オプティカルフロー場統計処理部6は、得られたオプティカルフロー場の統計処理を行うことにより、例えば大きさが最大のフローベクトル(最大フローベクトルと呼ぶ)あるいは着目すべきフローベクトル(着目フローベクトルと呼ぶ)の大きさを求める部分である。

0017

また、最適フレームレート算出部7は、オプティカルフロー場統計処理部6による統計処理の結果と、要求精度入力部3から入力された要求精度と、に基づいて、測定されたオプティカルフローが前記要求精度を満たすかどうか判定し、オプティカルフローが要求精度に満たないときに、その要求精度を満たすために最適なフレームレート(最適フレームレートと呼ぶ)を計算するための手段である。

0018

また、フレームレート決定部8と、フレームレート制御部9とは、最適フレームレート算出部7によって計算された最適フレームレートに基づいて、撮像部1を制御することで、画像処理システム2に与えられる画像のフレームレートを制御するための手段である。具体的には、フレームレート決定部8は、最適フレームレート算出部7によって計算された最適フレームレートと、要求フレームレートと、に基づいて、新たなフレームレートを決定するための手段である。

0019

具体的には、最適フレームレートと要求フレームレートとの間について、どのような場合にどちらをどの程度優先するかを予め設定しておき、それに基づいた両者の割合で新たなフレームレートを決定すればよい。また、フレームレート制御部9は、フレームレート決定部8により決定された新たなフレームレートに基づいて撮像部1を制御するための手段である。

0020

また、外部の情報処理システム10の種類や目的は自由であるが、例えば、自動車に搭載して他車の接近警報や運転の自動制御などを行うようなシステムが考えられる。

0021

〔2.作用及び効果〕上記のように構成された本実施形態では、画像処理システム2において、抽出されたオプティカルフローのベクトル場などから最適なフレームレートを決定し、撮像部1にフィードバックすることで最適な撮像を行うものである。まず、本実施形態における処理手順図2に示す。この図において、太い矢印は本装置が本来処理する画像やそれに基づいて測定されたオプティカルフローなどの情報であり、細い矢印は、フレームレートの制御に関わる情報を表す。

0022

なお、要求精度及び要求フレームレートはそれぞれ、要求精度入力部3及び要求フレームレート入力部4から、本装置の起動時やその後必要な場合に入力しておくが、入力省略時は所定のデフォルト値を用いるなども考えられる。

0023

図2の手順では、まず、撮像部1が、フレームレートに基づいて画像の各フレームを順次撮像することによって画像処理システム2に入力する(ステップ1)。すると、画像処理システム2では、まず、オプティカルフロー場検出部5が、入力された画像に基づいて、オプティカルフローを測定する(ステップ2)。具体的には、オプティカルフロー場検出部5は、オプティカルフローを、1又は2以上のオプティカルフローベクトルを含むオプティカルフロー場として測定し出力する。

0024

また、オプティカルフロー場統計処理部6は、得られたオプティカルフロー場の統計処理を行うことにより(ステップ3)、最大フローベクトルや着目フローベクトルの大きさを求める。

0025

また、最適フレームレート算出部7は、オプティカルフロー場統計処理部6による統計処理の結果と、要求精度入力部3から入力された要求精度と、に基づいて、オプティカルフローの各ベクトルの精度を評価する。この精度は、例えば各フレーム間の最大フローベクトルや着目フローベクトルについて、要求精度に基づいた所定の基準値を超えているものが存在する割合などで評価することが考えられる。

0026

そして、最適フレームレート算出部7は、それら測定されているオプティカルフローが所定値ここでは要求精度を満たすかどうか判定し(ステップ4)、オプティカルフローが要求精度に満たないときは、その要求精度を満たすための最適フレームレートを計算する(ステップ5)。

0027

また、フレームレート決定部8と、フレームレート制御部9とは、最適フレームレート算出部7によって計算された最適フレームレートに基づいて、撮像部1を制御することで、画像処理システム2に与えられる画像のフレームレートを制御する。

0028

具体的には、フレームレート決定部8は、最適フレームレート算出部7によって計算された最適フレームレートと、要求フレームレートと、に基づいて、新たなフレームレートを決定する(ステップ6)。そして、フレームレート制御部9は、フレームレート決定部8により決定された新たなフレームレートに基づいて撮像部1のフレームレートを制御する(ステップ7)。

0029

すなわち、フローベクトルなどで表されるオプティカルフローが所定の基準に満たない場合、フレームレートを遅くしてフローベクトルを大きくし、画像の量子化における測定誤差の低下により、オプティカルフロー測定の有効精度を改善する。

0030

ここで、図3は、新たなフレームレートに基づいた撮像部1の制御前に、ある第1のフレームレートで撮像した画像の各フレーム間について、それぞれ測定されたオプティカルフローベクトルを示す概念図である。この第1のフレームレートでは、対象物Oの相対速度が小さいため、フレームF31とF32間のオプティカルフローベクトルV31と、フレームF32とF33間のオプティカルフローベクトルV32のいずれも、要求精度に基づいた所定の基準値よりも大きさが小さい。

0031

この場合、同じ対象物Oについて、新たな第2のフレームレートに基づいた撮像部1の制御後に、その第2のフレームレートで撮像した画像の各フレーム間について、それぞれ測定されたオプティカルフローベクトルを示す概念図を図4に示す。この例では、第2のフレームレートが前記第1のフレームレートよりも遅い。すなわち、図3の例と比べ、フレームF41と次のフレームF42との時間間隔が大きくなるため、フレームF41とF42間のオプティカルフローベクトルV41は、要求精度に基づいた所定の基準値よりも大きくなり、要求精度が満たされることになる。

0032

これにより、例えば、相対速度計測精度の改善による衝突予測精度の向上など、より正確な情報処理が可能となる。

0033

また、本実施形態では、要求精度や要求されるフレームレートに基づいてフレームレートが制御されるので、利用目的や環境変化などの状況に合わせたオプティカルフロー測定が容易になる。

0034

なお、図1に示すように、オプティカルフロー場検出部5で得られたオプティカルフロー場は、外部の情報処理システム10ヘ提供され、相対速度測定など種々の情報処理に利用される。また、同様に、オプティカルフロー場統計処理部6から統計処理の結果を画像処理システム2へ提供することもできる。

0035

〔3.他の実施形態〕なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、次に例示するような他の実施形態も包含するものである。例えば、上記実施形態は例示に過ぎず、フレームレートの具体的数値表現形式、画像の種類や形式、オプティカルフローの表現形式や測定手法、オプティカルフローに関する判断基準の内容、最適なフレームレートを計算するためのアルゴリズム、新たなフレームレートに基づいて与えられる画像のフレームレートを制御するための具体的手法などは自由に決定したり変更して実施することができる。

0036

例えば、与えられる画像のフレームレートを変更する場合、ビデオカメラなどの撮像部自体のフレームレートを変更する他、例えば、入力されてくる画像の各フレームを1フレームごとに無視することによって、フレームレートを半分にするといった制御の手法も採用可能である。

発明の効果

0037

以上説明したように、本発明によれば、入力される画像そのものを最適化することにより、優れた精度でオプティカルフローを測定する画像処理の技術すなわち画像処理装置及び方法並びに画像処理用ソフトウェアを記録した記録媒体を提供することができるので、各種情報処理の精度も向上する。

図面の簡単な説明

0038

図1本発明の実施形態の画像処理装置の構成を示す機能ブロック図。
図2本発明の実施形態における処理手順を示すフローチャート
図3本発明の実施形態において、新たなフレームレートに基づいた撮像部の制御前に、ある第1のフレームレートで撮像した画像の各フレーム間について、それぞれ測定されたオプティカルフローベクトルを示す概念図。
図4本発明の実施形態において、同じ対象物について、新たな第2のフレームレートに基づいた撮像部の制御後に、その第2のフレームレートで撮像した画像の各フレーム間について、それぞれ測定されたオプティカルフローベクトルを示す概念図。

--

0039

1…撮像部
2…画像処理システム
3…要求精度入力部
4…要求フレームレート入力部
5…オプティカルフロー場検出部
6…オプティカルフロー場統計処理部
7…最適フレームレート算出部
8…フレームレート決定部
9…フレームレート制御部
10…情報処理システム

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