(57)【要約】【課題】画像内のオブジェクトの位置に精度よく重畳情報を重畳させることができる画像処理システムを提供する。【解決手段】特徴点対応付け手段９４は、直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像の特徴点座標と、直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標との組毎に、１つ前のフレーム画像の特徴点座標から直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標への動きを表す動き情報を導出する。動き累積手段９５は、動き情報の累積である動き累積情報を導出する。オブジェクト領域特定手段９６は、オブジェクト領域検出手段９３がフレーム画像からオブジェクト領域を検出する検出処理が完了したと判定したことを条件に、オブジェクト領域検出手段９３が検出した検出処理対象のフレーム画像のオブジェクト領域を、動き累積情報を用いて変換し、動き累積情報を初期化して、新たにオブジェクト領域検出手段９３に検出処理を開始させる。【選択図】図１１
2013130930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画のフレーム画像が入力されると、入力されたフレーム画像における各特徴点座標を導出する特徴点導出手段と、
基準となる画像に関して、オブジェクトに該当する領域であるオブジェクト領域と、前記オブジェクト領域内の各特徴点座標とを記憶するオブジェクト情報記憶手段と、
特徴点導出手段によって導出された各特徴点座標と、オブジェクト情報記憶手段に記憶された各特徴点座標とを対応付け、対応する特徴点座標間の変位を用いてオブジェクト情報記憶手段に記憶されたオブジェクト領域を変換することによって、入力されたフレーム画像におけるオブジェクト領域を検出する検出処理を行うオブジェクト領域検出手段と、
直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像の特徴点座標と、直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標とを対応付け、対応付けた特徴点座標の組毎に、前記１つ前のフレーム画像の特徴点座標から前記直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標への動きを表す動き情報を導出する特徴点対応付け手段と、
前記動き情報の累積である動き累積情報を導出する動き累積手段と、
入力された個々のフレーム画像のオブジェクト領域を特定するオブジェクト領域特定手段と、
入力されたフレーム画像のオブジェクト領域に、前記オブジェクトの関連情報の位置合わせを行い、前記フレーム画像に前記関連情報を重畳させる重畳画像生成手段とを備え、
オブジェクト領域特定手段は、
前記検出処理が完了したと判定したことを条件に、
前記検出処理の対象となったフレーム画像のオブジェクト領域を、前記動き累積手段によって導出された動き累積情報を用いて変換することによって、前記検出処理が完了したと判定した時点で入力されている直近のフレーム画像のオブジェクト領域を特定し、
前記動き累積情報を初期化し、
前記直近のフレーム画像を対象として前記オブジェクト領域検出手段に前記検出処理を開始させる
ことを特徴とする画像処理システム。
【請求項２】
オブジェクト領域特定手段は、直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定するときに、オブジェクト領域検出手段がオブジェクト領域を検出する検出処理が完了したと判定したことを条件に、前記オブジェクト領域検出手段が検出した検出処理対象のフレーム画像のオブジェクト領域を、動き累積情報を用いて変換することによって、前記直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定する
請求項１に記載の画像処理システム。
【請求項３】
オブジェクト領域特定手段は、直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定するときに、オブジェクト領域検出手段がオブジェクト領域を検出する検出処理を実行中である場合に、前記直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像と前記直近に入力されたフレーム画像との間の動き情報を用いて、前記１つ前のフレーム画像のオブジェクト領域を変換することによって、前記直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定する
請求項１または請求項２に記載の画像処理システム。
【請求項４】
オブジェクト情報記憶手段が、基準となる画像に関して、オブジェクトに該当する領域であるオブジェクト領域と、前記オブジェクト領域内の各特徴点座標とを記憶し、
動画のフレーム画像が入力されると、入力されたフレーム画像における各特徴点座標を導出し、
導出した各特徴点座標と、オブジェクト情報記憶手段に記憶された各特徴点座標とを対応付け、対応する特徴点座標間の変位を用いてオブジェクト情報記憶手段に記憶されたオブジェクト領域を変換することによって、入力されたフレーム画像におけるオブジェクト領域を検出する検出処理を実行し、
直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像の特徴点座標と、直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標とを対応付け、対応付けた特徴点座標の組毎に、前記１つ前のフレーム画像の特徴点座標から前記直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標への動きを表す動き情報を導出し、
前記動き情報の累積である動き累積情報を導出する動き累積処理を実行し、
入力された個々のフレーム画像のオブジェクト領域を特定するオブジェクト領域特定処理を実行し、
入力されたフレーム画像のオブジェクト領域に、前記オブジェクトの関連情報の位置合わせを行い、前記フレーム画像に前記関連情報を重畳させ、
前記オブジェクト領域特定処理で、
前記検出処理が完了したと判定したことを条件に、
前記検出処理の対象となったフレーム画像のオブジェクト領域を、前記動き累積処理で導出された動き累積情報を用いて変換することによって、前記検出処理が完了したと判定した時点で入力されている直近のフレーム画像のオブジェクト領域を特定し、
前記動き累積情報を初期化し、
前記直近のフレーム画像を対象として前記検出処理を開始する
ことを特徴とする画像処理方法。
【請求項５】
直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定するときに、検出処理が完了したと判定したことを条件に、検出処理対象のフレーム画像のオブジェクト領域を、動き累積情報を用いて変換することによって、前記直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定する
請求項４に記載の画像処理方法。
【請求項６】
直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定するときに、検出処理を実行中である場合に、前記直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像と前記直近に入力されたフレーム画像との間の動き情報を用いて、前記１つ前のフレーム画像のオブジェクト領域を変換することによって、前記直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定する
請求項４または請求項５に記載の画像処理方法。
【請求項７】
基準となる画像に関して、オブジェクトに該当する領域であるオブジェクト領域と、前記オブジェクト領域内の各特徴点座標とを記憶するオブジェクト情報記憶手段を備えたコンピュータに搭載される画像処理用プログラムであって、
前記コンピュータに、
動画のフレーム画像が入力されると、入力されたフレーム画像における各特徴点座標を導出する特徴点導出処理、
特徴点導出処理で導出した各特徴点座標と、オブジェクト情報記憶手段に記憶された各特徴点座標とを対応付け、対応する特徴点座標間の変位を用いてオブジェクト情報記憶手段に記憶されたオブジェクト領域を変換することによって、入力されたフレーム画像におけるオブジェクト領域を検出する検出処理、
直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像の特徴点座標と、直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標とを対応付け、対応付けた特徴点座標の組毎に、前記１つ前のフレーム画像の特徴点座標から前記直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標への動きを表す動き情報を導出する特徴点対応付け処理、
前記動き情報の累積である動き累積情報を導出する動き累積処理、
入力された個々のフレーム画像のオブジェクト領域を特定するオブジェクト領域特定処理、および、
入力されたフレーム画像のオブジェクト領域に、前記オブジェクトの関連情報の位置合わせを行い、前記フレーム画像に前記関連情報を重畳させる重畳画像生成処理を実行させ、
前記オブジェクト領域特定処理で、
前記検出処理が完了したと判定したことを条件に、
前記検出処理の対象となったフレーム画像のオブジェクト領域を、前記動き累積処理で導出された動き累積情報を用いて変換することによって、前記検出処理が完了したと判定した時点で入力されている直近のフレーム画像のオブジェクト領域を特定させ、
前記動き累積情報を初期化させ、
前記直近のフレーム画像を対象として前記検出処理を開始させる
ための画像処理用プログラム。
【請求項８】
コンピュータに、
直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定させるときに、検出処理が完了したと判定したことを条件に、検出処理対象のフレーム画像のオブジェクト領域を、動き累積情報を用いて変換することによって、前記直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定させる
請求項７に記載の画像処理用プログラム。
【請求項９】
コンピュータに、
直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定させるときに、検出処理を実行中である場合に、前記直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像と前記直近に入力されたフレーム画像との間の動き情報を用いて、前記１つ前のフレーム画像のオブジェクト領域を変換することによって、前記直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定させる
請求項７または請求項８に記載の画像処理用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像内のオブジェクトの関連情報をその画像内に重畳して表示する画像処理システム、画像処理方法および画像処理用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラがオブジェクト（例えば、人、物等の撮影対象）を撮影して得られた画像内のオブジェクトに対して、そのオブジェクトの関連情報を位置合わせして、その関連情報を画像内に重畳して表示するシステムがある。このようなシステムは、ＡＲ（Augmented Reality：拡張現実感）システムと呼ばれる。また、画像内のオブジェクトに関連する情報であって、画像に重畳する情報を、以下、重畳情報と記す。
【０００３】
図１２は、重畳情報を重畳する前後の画像の例を示す。ここでは、オブジェクトが本であり、重畳情報が、本の表紙に記載された日本語の英訳である場合を例にする。図１２（ａ）は、英訳（重畳情報）を重畳する前の画像を模式的に示す。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す画像に英訳を重畳させた後の映像を模式的に示す。
【０００４】
図１３は、一般的なＡＲシステムの処理の流れを模式的に示す説明図である。図１３に示す画像Ａ〜Ｆは、カメラが本を撮影して得られた動画における時系列順の各フレームの画像（フレーム画像）である。各フレーム画像Ａ〜Ｆにおいて、太線で示した部分は、フレーム画像内におけるオブジェクト（ここでは本）の輪郭を示す。図１３において、本の表紙の文字等の図示は省略している。撮影中のカメラの姿勢の変化によって、フレーム画像内におけるオブジェクトの大きさや位置が変化する。画像Ｂ〜Ｆでは、フレーム画像内に本の一部分のみが写っている。ＡＲシステムには、予め検出対象のオブジェクトが登録される。そして、一般的なＡＲシステムは、入力された動画のフレーム画像に対して、画像内におけるオブジェクト領域を検出する処理を行い、オブジェクト領域が検出された場合には、画像内におけるその領域に重畳情報の位置を合わせ、その時点で入力されたフレーム画像に重畳情報を重畳する。なお、図１３では、フレーム画像Ａからオブジェクト領域を検出した結果を“検出結果１”として示している。また、フレーム画像Ｄからオブジェクト領域を検出した結果を“検出結果２”として示している。なお、オブジェクト領域は、画像の２次元空間内でオブジェクトに該当する領域であり、例えば、オブジェクトの輪郭上の各頂点座標によって表される。
【０００５】
また、特許文献１には、特徴点検出のための演算量が多い画像特徴の検出処理を所定のフレーム間隔毎に行う画像処理装置が記載されている。また、特許文献１に記載の画像処理装置は、演算量が多い画像特徴の検出処理を行わないフレームにおける短時間のカメラ位置姿勢の変化に対しては、演算量が少ない画像特徴の検出処理による特徴点検出と、ブロックマッチングを使用することで、カメラ位置姿勢の変化を推定する。
【０００６】
また、非特許文献１には、画像から特徴点座標を抽出し、特徴ベクトルを算出する方法が記載されている。
【０００７】
非特許文献２には、ＲＡＮＳＡＣ（Random Sample Consensus）アルゴリズムが記載されている。ＲＡＮＳＡＣアルゴリズムは、特徴点同士を対応付けた場合における誤対応を除外するために用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２０１１−８６８７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Herbert Bay, Tinne Tuytelaars, Luc Van Gool "SURF: Speeded Up Robust Features," Computer Vision and Image Understanding (CVIU), Vol. 110, No. 3, pp. 346-359, 2008.
【非特許文献２】Martin A. Fischler, Robert C.Bolles, “Random Sample Consensus: A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and Automated Cartography,” Communications of the ACM, Vol.24, Number6, pp.381-395, 1981.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、一般的なＡＲシステムは、入力された動画のフレーム画像に対して、オブジェクト領域を検出する処理を行い、オブジェクト領域が検出された場合には、画像内におけるその領域に重畳情報の位置を合わせ、その時点で入力されたフレーム画像に重畳情報を重畳する。また、フレーム間隔は、典型的には３３ｍｓｅｃ等である。このような短いフレーム間隔内では、フレーム画像からオブジェクト領域を検出する処理は完了しない。そのため、カメラの姿勢が変化したり、被写体であるオブジェクト自身が動いたりする場合、フレーム画像内のオブジェクトの位置と重畳情報の位置とがずれるという問題がある。
【００１１】
例えば、図１３に示す例では、フレーム画像Ａからオブジェクト領域を検出する処理が終了したとき（図１３に示す検出結果１が得られたとき）にはフレーム画像Ｃが入力されている。従って、フレーム画像Ａから検出したオブジェクト領域に対して重畳情報の位置合わせを行い、その重畳情報を、その時点で入力されたフレーム画像Ｃに重畳させた場合、重畳情報の表示位置がフレーム画像Ｃ内のオブジェクトの位置とずれてしまう。同様に、フレーム画像Ｄから得た検出結果２にもとづいて重畳情報の位置合わせを行った場合にも、その時点で入力されたフレーム画像Ｆに重畳情報を重畳させると、重畳情報の表示位置が、フレーム画像Ｆ内のオブジェクトの位置とずれてしまう。
【００１２】
また、特許文献１に記載された技術では、演算量が少ない画像特徴の検出処理による特徴点検出と、ブロックマッチングと使用することでカメラ位置姿勢の変化を推定する。しかし、演算量が少ない画像特徴の検出処理で得られた特徴点は精度が低いと考えられる。
【００１３】
そこで、本発明は、画像内のオブジェクトの位置に精度よく関連情報を重畳させることができる画像処理システム、画像処理方法および画像処理用プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による画像処理システムは、動画のフレーム画像が入力されると、入力されたフレーム画像における各特徴点座標を導出する特徴点導出手段と、基準となる画像に関して、オブジェクトに該当する領域であるオブジェクト領域と、そのオブジェクト領域内の各特徴点座標とを記憶するオブジェクト情報記憶手段と、特徴点導出手段によって導出された各特徴点座標と、オブジェクト情報記憶手段に記憶された各特徴点座標とを対応付け、対応する特徴点座標間の変位を用いてオブジェクト情報記憶手段に記憶されたオブジェクト領域を変換することによって、入力されたフレーム画像におけるオブジェクト領域を検出する検出処理を行うオブジェクト領域検出手段と、直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像の特徴点座標と、直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標とを対応付け、対応付けた特徴点座標の組毎に、１つ前のフレーム画像の特徴点座標から直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標への動きを表す動き情報を導出する特徴点対応付け手段と、動き情報の累積である動き累積情報を導出する動き累積手段と、入力された個々のフレーム画像のオブジェクト領域を特定するオブジェクト領域特定手段と、入力されたフレーム画像のオブジェクト領域に、オブジェクトの関連情報の位置合わせを行い、フレーム画像に関連情報を重畳させる重畳画像生成手段とを備え、オブジェクト領域特定手段は、検出処理が完了したと判定したことを条件に、検出処理の対象となったフレーム画像のオブジェクト領域を、動き累積手段によって導出された動き累積情報を用いて変換することによって、検出処理が完了したと判定した時点で入力されている直近のフレーム画像のオブジェクト領域を特定し、動き累積情報を初期化し、その直近のフレーム画像を対象としてオブジェクト領域検出手段に検出処理を開始させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による画像処理方法は、オブジェクト情報記憶手段が、基準となる画像に関して、オブジェクトに該当する領域であるオブジェクト領域と、そのオブジェクト領域内の各特徴点座標とを記憶し、動画のフレーム画像が入力されると、入力されたフレーム画像における各特徴点座標を導出し、導出した各特徴点座標と、オブジェクト情報記憶手段に記憶された各特徴点座標とを対応付け、対応する特徴点座標間の変位を用いてオブジェクト情報記憶手段に記憶されたオブジェクト領域を変換することによって、入力されたフレーム画像におけるオブジェクト領域を検出する検出処理を実行し、直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像の特徴点座標と、直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標とを対応付け、対応付けた特徴点座標の組毎に、１つ前のフレーム画像の特徴点座標から直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標への動きを表す動き情報を導出し、動き情報の累積である動き累積情報を導出する動き累積処理を実行し、入力された個々のフレーム画像のオブジェクト領域を特定するオブジェクト領域特定処理を実行し、入力されたフレーム画像のオブジェクト領域に、オブジェクトの関連情報の位置合わせを行い、フレーム画像に関連情報を重畳させ、オブジェクト領域特定処理で、検出処理が完了したと判定したことを条件に、検出処理の対象となったフレーム画像のオブジェクト領域を、動き累積処理で導出された動き累積情報を用いて変換することによって、検出処理が完了したと判定した時点で入力されている直近のフレーム画像のオブジェクト領域を特定し、動き累積情報を初期化し、その直近のフレーム画像を対象として検出処理を開始することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による画像処理用プログラムは、基準となる画像に関して、オブジェクトに該当する領域であるオブジェクト領域と、そのオブジェクト領域内の各特徴点座標とを記憶するオブジェクト情報記憶手段を備えたコンピュータに搭載される画像処理用プログラムであって、コンピュータに、動画のフレーム画像が入力されると、入力されたフレーム画像における各特徴点座標を導出する特徴点導出処理、特徴点導出処理で導出した各特徴点座標と、オブジェクト情報記憶手段に記憶された各特徴点座標とを対応付け、対応する特徴点座標間の変位を用いてオブジェクト情報記憶手段に記憶されたオブジェクト領域を変換することによって、入力されたフレーム画像におけるオブジェクト領域を検出する検出処理、直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像の特徴点座標と、直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標とを対応付け、対応付けた特徴点座標の組毎に、１つ前のフレーム画像の特徴点座標から直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標への動きを表す動き情報を導出する特徴点対応付け処理、動き情報の累積である動き累積情報を導出する動き累積処理、入力された個々のフレーム画像のオブジェクト領域を特定するオブジェクト領域特定処理、および、入力されたフレーム画像のオブジェクト領域に、オブジェクトの関連情報の位置合わせを行い、フレーム画像に関連情報を重畳させる重畳画像生成処理を実行させ、オブジェクト領域特定処理で、検出処理が完了したと判定したことを条件に、検出処理の対象となったフレーム画像のオブジェクト領域を、動き累積処理で導出された動き累積情報を用いて変換することによって、検出処理が完了したと判定した時点で入力されている最新のフレーム画像のオブジェクト領域を特定させ、動き累積情報を初期化させ、その直近のフレーム画像を対象として検出処理を開始させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、画像内のオブジェクトの位置に精度よく関連情報を重畳させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の画像処理システムの処理の概要を示す模式図である。
【図２】本発明の画像処理システムの構成例を示すブロック図である。
【図３】特徴点の例を示す模式図である。
【図４】オブジェクトとなる本を正面から撮影して得られたフレーム画像を模式的に示す図である。
【図５】オブジェクト領域検出処理の例を示すフローチャートである。
【図６】オブジェクト領域検出処理における変位に関する処理を示す模式図である。
【図７】本発明の画像処理システムの処理経過の例を示すフローチャートである。
【図８】第１の動き補償の処理経過の例を示すフローチャートである。
【図９】画像内に３つのオブジェクト領域が存在する場合における第１の動き補償の例を示す模式図である。
【図１０】第２の動き補償の処理経過の例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の最小構成の例を示すブロック図である。
【図１２】重畳情報を重畳する前後の画像の例を示す説明図である。
【図１３】一般的なＡＲシステムの処理の流れを模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の画像処理システムの処理の概要を示す模式図である。図１に示すフレーム画像Ａ〜Ｆは、カメラが本を撮影して得られた動画における時系列順の各フレーム画像である。図１では、フレーム画像Ａ〜Ｆを例示しているが、本発明の画像処理システムに入力されるフレーム画像の枚数は限定されない。また、ここでは、カメラが本を撮影して得られた本の画像が入力される場合を例示するが、オブジェクト（撮影対象）は本に限定されない。各フレーム画像Ａ〜Ｆにおいて、太線で示した部分は、フレーム画像内におけるオブジェクト（ここでは本）の輪郭を示す。また、図１において、本の表紙の文字等の図示は省略している。
【００２１】
本発明の画像処理システムは、フレーム画像からオブジェクト領域を検出する。この検出に要する時間は、フレーム間隔（例えば、３３ｍｓｅｃ）よりも長い。そして、フレーム画像からオブジェクト領域を検出する処理の実行している間に入力されたフレーム画像に対しては、画像処理システムは、オブジェクト領域の検出を行わない。図１に示す例では、画像処理システムはフレーム画像Ａからオブジェクト領域を検出する処理を行い、その検出結果を“検出結果１”として示している。同様に、画像処理システムはフレーム画像Ｃからオブジェクト領域を検出する処理を行い、その検出結果を“検出結果２”として示している。また、オブジェクト領域の検出処理実行中に入力されたフレーム画像Ｂや、フレーム画像Ｄ，Ｅについては、画像処理システムはオブジェクト領域の検出を行わない。
【００２２】
カメラの姿勢が変化したり、被写体自身が動いたりすれば、フレーム画像から検出したオブジェクト領域の位置は、その検出処理が完了したと判定した時点において入力されている最新のフレーム画像におけるオブジェクト領域とはずれる。例えば、図１に示す検出結果１が示すオブジェクト領域と、オブジェクト領域の検出処理が完了したと判定した時点において入力されている最新のフレーム画像Ｃにおけるオブジェクト領域とはずれている。本発明の画像処理システムは、このずれを解消するために、オブジェクト領域を検出したフレーム画像から、その検出処理が完了したと判定した時点において入力されている最新のフレーム画像までのオブジェクト領域の動きを示す情報（後述の動き累積ベクトル）を記憶しておき、その情報が示す動きを、検出されたオブジェクト領域に適用することで、検出されたオブジェクト領域を補正する。この補正を第１の動き補償と記す。
【００２３】
例えば、画像処理システムは、フレーム画像Ａ，Ｂ間でのオブジェクト領域の動きと、フレーム画像Ｂ，Ｃ間でのオブジェクト領域の動きとを累積していき、フレーム画像Ａからフレーム画像Ｃまでのオブジェクト領域の動きを示す情報を求める。そして、画像処理システムは、その動きを、フレーム画像Ａから得られたオブジェクト領域に適用し、フレーム画像Ａから得られたオブジェクト領域を補正する（第１の動き補償）。この結果得られたオブジェクト領域は、検出処理が完了したと判定したにおいて入力されている最新のフレーム画像Ｃにおけるオブジェクト領域であるとみなすことができる。なお、画像処理システムは、第１の動き補償の動き補償を行った後、フレーム画像間のオブジェクト領域の動きを累積した情報を初期化する。そして、画像処理システムは、その最新のフレーム画像Ｃを対象にしてオブジェクト領域の検出処理を行い、フレーム画像Ｃから得られたオブジェクト領域に関しても同様に、第１の動き補償を行う。なお、以下の説明において、フレーム画像間のオブジェクト領域の動きを累積した情報の初期化をリセットと称する場合がある
【００２４】
また、画像処理システムは、最新のフレーム画像が入力される毎に、その最新のフレーム画像の１つ前のフレーム画像におけるオブジェクト領域からその最新のフレーム画像におけるオブジェクト領域までの動きを示す情報（後述の動きベクトル）を求める。そして、１つ前のフレーム画像におけるオブジェクト領域に、その２つのフレーム画像間のオブジェクト領域の動きを適用することによって、最新のフレーム画像におけるオブジェクト領域を求める。このオブジェクト領域の導出を、第２の動き補償と記す。また、画像処理システムは、第１の動き補償後のオブジェクト領域を得た後、最初にフレーム画像が入力された場合には、その最新のフレーム画像の１つ前のフレーム画像におけるオブジェクト領域として、第１の動き補償で得られたオブジェクト領域を用いる。
【００２５】
例えば、画像処理システムは、検出結果１（図１参照）が示すオブジェクト領域に対して第１の動き補償を行ってオブジェクト領域Ｐを求めたとする。その後、フレーム画像Ｄが入力された場合、フレーム画像Ｄの１つ前のフレーム画像Ｃにおけるオブジェクト領域として、オブジェクト領域Ｐを用いる。そして、画像処理システムは、オブジェクト領域Ｐに、画像Ｃ，Ｄ間でのオブジェクト領域の動きを適用することで、最新のフレーム画像Ｄにおけるオブジェクト領域Ｑを求める。さらに、次のフレーム画像Ｅが入力された場合、画像処理システムは、１つ前のフレーム画像Ｄにおけるオブジェクト領域Ｑに、画像Ｄ，Ｅ間でのオブジェクト領域の動きを適用することで、最新のフレーム画像Ｅにおけるオブジェクト領域Ｒを求める。
【００２６】
なお、画像処理システムは、２つのフレーム画像からそれぞれ得られる特徴点同士を対応付け、その対応する特徴点の動きを、その２つのフレーム画像間におけるオブジェクト領域の動きとして用いる。
【００２７】
図２は、本発明の画像処理システムの構成例を示すブロック図である。本発明の画像処理システムは、特徴点抽出手段１と、オブジェクト検出手段２と、特徴点対応付け手段３と、動き累積手段４と、動き補償手段５と、重畳画像生成手段６と、特徴点情報記憶手段１１と、オブジェクト情報記憶手段１２と、累積動き記憶手段１３と、オブジェクト領域記憶手段１４とを備える。
【００２８】
本発明の画像処理システムには、動画における各フレーム画像が時系列順に入力される。
【００２９】
特徴点抽出手段１は、最新のフレーム画像が入力されると、そのフレーム画像内の特徴点の座標を抽出し、特徴ベクトルを算出する。特徴点とは、際立った特徴に基づいて検出される点である。特徴点の例として、方向の異なるエッジ同士が交差する点、画素値が周囲よりも高い点、輝度勾配の強度が周囲よりも高い点等が挙げられる。図３は、特徴点の例を示す模式図である。図３では、図１２（ａ）に例示する本を撮影して得られた６種類のフレーム画像における特徴点をそれぞれ模式的に黒丸で示している。また、特徴ベクトルは、各特徴点の周辺のパターン情報を表すベクトルである。
【００３０】
オブジェクト検出手段２は、フレーム画像からオブジェクト領域を検出する処理（以下、オブジェクト領域検出処理と記す。）が完了したと判定されたときに、その時点で入力されている直近のフレーム画像からオブジェクト領域を検出する。このとき、オブジェクト検出手段２は、オブジェクト領域検出処理の対象となるフレーム画像から求められた特徴点の座標および特徴ベクトルを用いて、そのフレーム画像からオブジェクト領域を検出する。ここでは、オブジェクト領域が、オブジェクトの輪郭上の各頂点の座標で表される場合を例にして説明する。
【００３１】
オブジェクト情報記憶手段１２は、オブジェクトが写っている基準となるフレーム画像から予め求められたオブジェクト領域内の各特徴点座標、各特徴ベクトル、およびオブジェクト領域を記憶する記憶装置である。図４は、オブジェクトとなる本を正面から撮影して得られたフレーム画像を模式的に示す図である。ただし、図４では特徴点の位置も丸印で図示しているが、実際の画像ではそのような丸印は存在しない。例えば、図４に例示するようなオブジェクト全体を写した画像から、オブジェクト領域内の各特徴点座標、各特徴ベクトル、およびオブジェクト領域（ここでは、フレーム画像内でのオブジェクトの輪郭上の各頂点の座標）を求めておき、それらの情報をオブジェクト情報記憶手段１２に予め記憶させておけばよい。
【００３２】
オブジェクト情報記憶手段１２は、複数のオブジェクトに関して、オブジェクト毎に、特徴点座標、特徴ベクトルおよびオブジェクト領域を記憶してもよい。
【００３３】
また、オブジェクト情報記憶手段１２は、重畳情報（画像内のオブジェクトに関連する情報であって、画像に重畳する情報）も予め記憶する。本実施形態では、オブジェクト情報記憶手段１２が、図４に示す本の表紙に記載された日本語の英訳を重畳情報として記憶している場合を例にして説明する。
【００３４】
オブジェクト検出手段２は、特徴点抽出手段１によって求められた特徴点座標および特徴ベクトルと、オブジェクト情報記憶手段１２に記憶された特徴点座標および特徴ベクトルとを用いて、特徴点同士を対応付ける。そして、オブジェクト検出手段２は、対応付けた特徴点の各組において、オブジェクト情報記憶手段１２に記憶された特徴点座標から、特徴点抽出手段１によって求められた特徴点座標までの動きを示す情報を作成する。オブジェクト検出手段２は、その情報が示す動きを、オブジェクト情報記憶手段１２に記憶されたオブジェクト領域に適用することによって、特徴点抽出手段１によって特徴点座標および特徴ベクトルが求められたフレーム画像におけるオブジェクト領域を算出する。オブジェクト領域検出処理については、フローチャートを用いて後述する。
【００３５】
オブジェクト領域検出処理に要する時間は、フレーム間隔（すなわち、フレーム画像の入力間隔）よりも長い。オブジェクト検出手段２は、オブジェクト領域検出処理の実行中に新たに画像処理システムに入力されたフレーム画像に対してはオブジェクト領域検出処理を行わない。そして、オブジェクト検出手段２は、オブジェクト領域検出処理を実行中であるか否かを示すフラグを管理する。具体的には、オブジェクト検出手段２は、オブジェクト領域検出処理を開始するとフラグをオンに設定し、オブジェクト領域検出処理を終えるとフラグをオフに設定する。以下、このフラグを処理実行フラグと記す。
【００３６】
特徴点情報記憶手段１１は、特徴点抽出手段１によってフレーム画像から求められた特徴点座標および特徴ベクトルを記憶する記憶装置である。この特徴点座標および特徴ベクトルは、次に特徴点抽出手段１に最新のフレーム画像が入力されたときには、その最新のフレーム画像の１つ前のフレーム画像における特徴点座標および特徴ベクトルに該当することになる。
【００３７】
特徴点対応付け手段３は、特徴点抽出手段１によって求められた最新のフレーム画像における特徴点座標および特徴ベクトルと、特徴点情報記憶手段１１に記憶された１つ前のフレーム画像における特徴点座標および特徴ベクトルとを用いて、最新のフレーム画像の特徴点と１つ前のフレーム画像の特徴点とを対応付ける。そして、特徴点対応付け手段３は、対応付けた特徴点の各組において、１つ前のフレームにおける特徴点から最新のフレームにおける特徴点までの動きを表す情報を算出する。この動きを表す情報は、ベクトルとして表される。以下、この動きを表すベクトルを動きベクトルと記す。動きベクトルは、１つ前のフレームと最新のフレームとの間でのオブジェクト領域の動きを表しているということができる。
【００３８】
特徴点対応付け手段３は、連続する２つのフレーム画像間での各特徴点の動きベクトルを動き累積手段４および動き補償手段５に入力する。
【００３９】
動き累積手段４は、対応する特徴点毎に順次求められる動きベクトルを順次加算することで、２つ以上のフレーム画像に渡る特徴点の動きを示す情報を求める。この情報もベクトルとして表され、以下、このベクトルを動き累積ベクトルと記す。例えば、図１に例示するフレーム画像Ａ，Ｂ間の動きベクトルに、フレーム画像Ｂ，Ｃ間の動きベクトルを加算することで、フレーム画像Ａからフレーム画像Ｃまでの特徴点の動きを示す動き累積ベクトルが得られる。動き累積ベクトルは、２つ以上のフレーム画像に渡るオブジェクト領域の動きを表しているということができる。
【００４０】
累積動き記憶手段１３は、動き累積ベクトルを記憶する。動き累積手段４は、画像処理システムに最新のフレーム画像が入力され、１つ前のフレームにおける特徴点から最新のフレームにおける特徴点までの動きを表す動きベクトルが算出されたならば、特徴点毎に、累積動き記憶手段１３に記憶された動き累積ベクトルにその動きベクトルを加算し、動き累積ベクトルを更新する。
【００４１】
オブジェクト領域記憶手段１４は、オブジェクト領域を記憶する記憶装置である。オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されたオブジェクト領域は、最新のフレーム画像が入力されたとき、そのフレーム画像の１つ前のフレームにおけるオブジェクト領域に該当することになる。
【００４２】
動き補償手段５は、オブジェクト検出手段２によるオブジェクト領域検出処理が完了したと判定した場合、累積動き記憶手段１３から読み込んだ特徴点毎の動き累積ベクトルと、そのオブジェクト領域検出処理で検出されたオブジェクト領域とを用いて、第１の動き補償を行う。動き補償手段５は、第１の動き補償によって得られたオブジェクト領域をオブジェクト領域記憶手段１４に記憶させる。
【００４３】
例えば、オブジェクト検出手段２によるオブジェクト領域検出処理が完了して、図１に例示する検出結果１が得られているとする。すると、動き補償手段５は、フレーム画像Ａからフレーム画像Ｃまでの特徴点の動きを示す特徴点毎の動き累積ベクトルと、検出結果１が示すオブジェクト領域とを用いて、第１の動き補償を行い、オブジェクト領域Ｐを求める。そして、動き補償手段５は、オブジェクト領域Ｐをオブジェクト領域記憶手段１４に記憶させる。なお、オブジェクト領域記憶手段１４に既にオブジェクト領域が記憶されている場合、動き補償手段５は、第１の動き補償で得たオブジェクト領域で、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されているオブジェクト領域を更新する。
【００４４】
また、動き補償手段５は、第１の動き補償の後、累積動き記憶手段１３にリセット信号を送信し、累積動き記憶手段１３に記憶されている特徴点毎の動き累積ベクトルを０ベクトルに初期化させる。累積動き記憶手段１３は、リセット信号を受けると、動き累積ベクトルを０ベクトルに初期化する。
【００４５】
また、動き補償手段５は、オブジェクト検出手段２によるオブジェクト領域検出処理が実行中である場合、第２の動き補償を行う。具体的には、動き補償手段５は、特徴点対応付け手段３から入力された特徴点毎の動きベクトルと、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されているオブジェクト領域（１つ前のフレーム画像におけるオブジェクト領域）とを用いて、最新のフレーム画像におけるオブジェクト領域を計算する。動き補償手段５は、第２の動き補償によって得られたオブジェクト領域で、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されたオブジェクト領域を更新する。
【００４６】
例えば、上記の例のように、オブジェクト領域記憶手段１４にオブジェクト領域Ｐ（図１参照）が記憶されたとする。そして、フレーム画像Ｃに対してオブジェクト領域検出処理が開始されたとする。この場合、動き補償手段５は、特徴点対応付け手段３によって算出されたフレーム画像Ｃ，Ｄ間の動きベクトルを、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されたオブジェクト領域Ｐに適用して、最新のフレーム画像Ｄに対応するオブジェクト領域Ｑ（図１参照）を求める。そして、動き補償手段５は、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されたオブジェクト領域Ｐをオブジェクト領域Ｑで更新する。さらに、オブジェクト領域検出処理の実行中に、新たなフレーム画像Ｅ（図１参照）が入力されたとする。この場合、動き補償手段５は、特徴点対応付け手段３によって算出されたフレーム画像Ｄ，Ｅ間の動きベクトルを、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されたオブジェクト領域Ｑに適用して、最新のフレーム画像Ｅに対応するオブジェクト領域Ｒ（図１参照）を求める。そして、動き補償手段５は、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されたオブジェクト領域Ｑをオブジェクト領域Ｒで更新する。
【００４７】
また、動き補償手段５は、第１の動き補償および第２の動き補償で得たオブジェクト領域を重畳画像生成手段６に入力する。
【００４８】
重畳画像生成手段６は、動き補償手段５から入力されたオブジェクト領域の位置に合わせて、オブジェクト情報記憶手段１２に記憶されている重畳情報の配置位置を決定し、そのオブジェクト領域に対応するフレーム画像（すなわち、最新のフレーム画像）に、その重畳情報を重畳する。
【００４９】
特徴点抽出手段１、オブジェクト検出手段２、特徴点対応付け手段３、動き累積手段４、動き補償手段５、重畳画像生成手段６および累積動き記憶手段１３は、例えば、画像処理用プログラムに従って動作するコンピュータのＣＰＵによって実現される。例えば、ＣＰＵが、画像処理用プログラムを読み込み、そのプログラムに従って、特徴点抽出手段１、オブジェクト検出手段２、特徴点対応付け手段３、動き累積手段４、動き補償手段５、重畳画像生成手段６および累積動き記憶手段１３として動作してもよい。また、これらの各要素が別々のユニットで実現されていてもよい。
【００５０】
次に、動作について説明する。
【００５１】
まず、オブジェクト検出手段２によるオブジェクト領域検出処理について説明する。オブジェクト検出手段２は、特徴点抽出手段１がフレーム画像から求めた各特徴点座標および各特徴ベクトルと、オブジェクト情報記憶手段１２に予め記憶されているオブジェクト領域内の各特徴点座標、各特徴ベクトル、およびオブジェクト領域とを用いて、フレーム画像にオブジェクト領域が存在するか否かを判定する。オブジェクト領域が存在すると判定した場合、オブジェクト検出手段２は、そのフレーム画像内におけるオブジェクト領域を検出する。以下、図５に示すフローチャートを参照して、オブジェクト領域検出処理をより具体的に説明する。
【００５２】
図５は、オブジェクト領域検出処理の例を示すフローチャートである。なお、オブジェクト情報記憶手段１２は、図４に例示する画像におけるオブジェクト領域内の各特徴点座標、その個々の特徴点座標と対になる特徴ベクトル、およびオブジェクト領域（本例では、本の輪郭上の各頂点の座標として表される。）を予め記憶しているものとする。
【００５３】
オブジェクト領域検出処理において、まず、オブジェクト検出手段２は、処理実行フラグをオンにする（図５において図示略）。そして、オブジェクト検出手段２は、オブジェクト情報記憶手段１２に記憶されたオブジェクト領域内の各特徴点座標、各特徴ベクトル、およびオブジェクト領域を読み込む（ステップＳ２１）。
【００５４】
次に、オブジェクト検出手段２は、特徴点抽出手段１がオブジェクト領域検出処理の処理対象のフレーム画像から求めた特徴点座標と、オブジェクト情報記憶手段１２から読み込んだオブジェクト領域内の各特徴点座標とを対応づける（ステップＳ２２）。特徴点抽出手段１が求めた各特徴点座標はそれぞれ特徴ベクトルと対になっている。また、オブジェクト情報記憶手段１２に記憶された各特徴点座標もそれぞれ特徴ベクトルと対になっている。オブジェクト検出手段２は、オブジェクト情報記憶手段１２から読み込んだ特徴点座標を順次選択する。そして、オブジェクト検出手段２は、選択した特徴点座標と対になる特徴ベクトルと距離が最も近い特徴ベクトルと対になっている特徴点座標を、特徴点抽出手段１から入力された特徴点座標の中から探す。そして、オブジェクト検出手段２は、その特徴点座標と、選択した特徴点座標とを対応付ける。オブジェクト検出手段２は、選択した特徴点座標毎に同様の処理を行えばよい。なお、オブジェクト検出手段２は、特徴ベクトル同士の距離として、例えば、ユークリッド距離を計算すればよい。
【００５５】
また、オブジェクト検出手段２は、ステップＳ２２において、対応付けた特徴点座標の組毎に、オブジェクト情報記憶手段１２から読み込んだ特徴点座標から、特徴点抽出手段１が求めた特徴点座標までの変位（ベクトル）を求める。図６は、この変位に関する処理を示す模式図である。図６（ａ）は、オブジェクト情報記憶手段１２から読み込んだ特徴点座標から、特徴点抽出手段１によって入力された特徴点座標までの変位を表している。これらの変位の中には、特徴点座標同士が誤って対応付けられたことによるアウトライヤが存在する。また、図６（ａ）〜（ｃ）において、破線は、オブジェクト情報記憶手段１２から読み込んだオブジェクト領域を表す。
【００５６】
ステップＳ２２の後、オブジェクト検出手段２は、ステップＳ２２で求めた変位のうち、アウトライヤに該当する変位を削除する（ステップＳ２３）。オブジェクト検出手段２は、例えば、オブジェクトが平面であると仮定して、ＲＡＮＳＡＣアルゴリズムでアウトライヤに該当する変位を削除してもよい。あるいは、他の方法で、アウトライヤに該当する変位を削除してもよい。図６（ｂ）は、アウトライヤを除外した後の変位（すなわち、インライヤに該当する変位）を表している。
【００５７】
ステップＳ２３の後、オブジェクト検出手段２は、オブジェクト情報記憶手段１２から読み込んだオブジェクト領域から、オブジェクト領域検出処理の処理対象のフレーム画像内のオブジェクト領域への幾何変形を表す平面射影変換パラメータを、インライヤに該当する変位に基づいて算出する（ステップＳ２４）。
【００５８】
そして、オブジェクト検出手段２は、オブジェクト情報記憶手段１２から読み込んだオブジェクト領域（具体的には、オブジェクトの輪郭上の各頂点）に対して、その平面射影変換パラメータを用いて平面射影変換を行う（ステップＳ２５）。この変換によって得られた各頂点は、オブジェクト領域検出処理の処理対象のフレーム画像内のオブジェクト領域を表す。図６（ｃ）は、ステップＳ２５における平面射影変換を模式的に示す。図６（ｃ）に示す実線の四辺形は、オブジェクト領域検出処理の処理対象のフレーム画像内のオブジェクト領域のオブジェクト領域を表す。
【００５９】
ステップＳ２５における平面射影変換によって得られるオブジェクト領域は、例えば、図１に示す検出結果１や検出結果２が示すオブジェクト領域に該当する。オブジェクト検出手段２は、ステップＳ２５における平面射影変換後のオブジェクト領域を動き補償手段５に入力する。
【００６０】
オブジェクト情報記憶手段１２が、複数のオブジェクトに関して、オブジェクト毎に特徴点座標、特徴点ベクトルおよびオブジェクト領域を記憶している場合、オブジェクト検出手段２は、そのオブジェクト毎にステップＳ２１〜Ｓ２５を実行すればよい。
【００６１】
オブジェクト検出手段２は、全てのオブジェクトに関して、ステップＳ２１〜Ｓ２５を実行した後、処理実行フラグをオフにする（図５において図示略）。
【００６２】
なお、オブジェクト検出手段２が行うオブジェクト領域検出処理に要する時間は、フレーム間隔（換言すれば、フレーム画像の入力間隔）よりも長い。
【００６３】
図７は、本発明の画像処理システムの処理経過の例を示すフローチャートである。本発明の画像処理システムには、動画における各フレーム画像が時系列順に入力されるが、図７に示すフローチャートは、１つのフレーム画像が入力された場合の処理経過を示している。
【００６４】
まず、画像処理システムには、最新の１枚のフレーム画像が入力される（ステップＳ１）。すると、特徴点抽出手段１は、その最新のフレーム画像内の特徴点の座標を抽出し、特徴ベクトルを算出する（ステップＳ２）。特徴点座標の抽出および特徴ベクトルの算出は、例えば、非特許文献１に記載された方法で行えばよい。
【００６５】
具体的には、特徴点抽出手段１は、ステップＳ１で入力された最新のフレーム画像にＤｏＧ（Difference-of-Gaussian）フィルタを適用し、その結果生成された画像中において画素値が極大となる点を特徴点として、その特徴点の座標を特定すればよい。続いて、特徴点抽出手段１は、特徴点座標を中心とする局所領域内での平均輝度勾配方向を求め、特徴点座標を中心として、平均輝度勾配方向がｙ軸となり、その方向に直交する方向がｘ軸となる４×４のブロックを特定し、各ブロックについて、輝度勾配に関する４次元ベクトルを計算する。そして、特徴点抽出手段１は、４×４のブロックにおいて、それぞれのブロックについて計算した４次元ベクトルを並べることで、６４次元のベクトルを得る。この６４次元ベクトルを特徴点ベクトルとする。特徴点抽出手段１は、特徴点座標毎に特徴ベクトルを求める。
【００６６】
本実施形態では、上記のように特徴点座標および特徴ベクトルを求める場合を例にして説明するが、特徴点座標および特徴ベクトルを求める方法は非特許文献１に記載された方法に限定されない。
【００６７】
また、ステップＳ２において、特徴点抽出手段１は、ステップＳ２で求めた各特徴点座標および各特徴ベクトルを特徴点対応付け手段３に入力する。
【００６８】
特徴点対応付け手段３は、特徴点情報記憶手段１１に記憶されている１つ前のフレーム画像の特徴点座標および特徴ベクトルと、ステップＳ２で特徴点抽出手段１から入力された特徴点座標および特徴ベクトル（最新のフレーム画像の特徴点座標および特徴ベクトル）とを用いて、１つ前のフレーム画像の特徴点座標と、最新のフレーム画像の特徴点座標とを対応付ける（ステップＳ３）。特徴点対応付け手段３は、ステップＳ２２（図５参照）におけるオブジェクト検出手段２の処理と同様の処理を行って、特徴点座標を対応付ければよい。例えば、特徴点対応付け手段３は、１つ前のフレーム画像の特徴点座標を順次選択する。そして、特徴点対応付け手段３は、選択した特徴点座標と対になる特徴ベクトルと距離が最も近い特徴ベクトルと対になっている特徴点座標を、最新のフレーム画像の特徴点座標の中から探す。そして、特徴点対応付け手段３は、その特徴点座標と、選択した特徴点座標とを対応付ける。特徴点対応付け手段３は、選択した特徴点座標毎に同様の処理を行えばよい。なお、特徴点対応付け手段３は、特徴ベクトル同士の距離として、例えば、ユークリッド距離を計算すればよい。
【００６９】
また、特徴点対応付け手段３は、ステップＳ３において、対応付けた特徴点座標の組毎に、１つ前のフレーム画像の特徴点座標から、最新のフレーム画像の特徴点座標までのベクトルを求める。このベクトルが動きベクトルである。特徴点対応付け手段３は、対応付けた特徴点座標の組毎に求めた動きベクトルを動き累積手段４および動き補償手段５に入力する。
【００７０】
また、ステップＳ３で特徴点の対応付けが完了した後、特徴点抽出手段１は、ステップＳ２で求めた各特徴点座標および各特徴ベクトルを特徴点情報記憶手段１１に記憶させる。特徴点情報記憶手段１１に記憶された各特徴点座標および各特徴ベクトルは、次のフレーム画像が新たに入力されたときに、そのフレーム画像の１つ前のフレーム画像の特徴点座標および特徴ベクトルとして用いられる。
【００７１】
ステップＳ３の後、動き累積手段４は、累積動き記憶手段１３に記憶される各動き累積ベクトルを読み込み、個々の動き累積ベクトルに、対応する動きベクトルを加算することで、各動き累積ベクトルを更新する（ステップＳ４）。ステップＳ４に移行した時点で、累積動き記憶手段１３に記憶される各動き累積ベクトルは、１つ前のフレーム画像までの各特徴点の累積的な動きを表している。従って、この動き累積ベクトルに動きベクトルを加算することで、最新のフレームまでの各特徴点の累積的な動きを表していると言える。
【００７２】
なお、累積動き記憶手段１３は、例えば、動き累積ベクトル毎に対になる特徴ベクトルを記憶し、動き累積手段４は、動きベクトルの算出に用いた特徴点座標の特徴ベクトルを用いて、特徴ベクトル同士の距離が最も近いという基準に従って、動き累積ベクトルと、ステップＳ３で求められた動きベクトルとを対応付ければよい。また、動き累積手段４は、累積動き記憶手段１３に記憶された動き累積ベクトルを更新する場合、その動き累積ベクトルと対になる特徴ベクトルも最新の特徴ベクトルで更新すればよい。
【００７３】
ステップＳ４の後、動き補償手段５は、オブジェクト検出手段２がオブジェクト領域検出処理を実行中であるか否かを判定する（ステップＳ５）。動き補償手段５は、処理実行フラグを参照し、処理実行フラグがオンであれば、オブジェクト領域検出処理が実行中であると判定すればよい。また、処理実行フラグがオフであれば、オブジェクト領域検出処理は実行されていないと判定すればよい。オブジェクト領域検出処理が実行中でないという判定は、オブジェクト領域検出処理が完了したという判定であると言うことができる。
【００７４】
オブジェクト領域検出処理が実行中でない場合（ステップＳ５におけるＮｏ）、動き補償手段５は、第１の動き補償を行う（ステップＳ６）。オブジェクト領域検出処理が実行中でないということは、オブジェクト領域検出処理が完了していて、オブジェクト検出手段２が図１に示す検出結果１または検出結果２等が示すオブジェクト領域が求めており、そのオブジェクト領域が動き補償手段５に入力されていることになる。ここでは、検出結果１に示すオブジェクト領域が動き補償手段５に入力されている場合を例にして説明する。動き補償手段５は、検出結果１が示すオブジェクト領域に対して第１の動き補償を行うことで、オブジェクト領域検出処理が完了したと判定した時点で入力されている最新のフレーム画像Ｃにおけるオブジェクト領域Ｐ（図１参照）を求める。
【００７５】
図８は、第１の動き補償の処理経過の例を示すフローチャートである。第１の動き補償において、動き補償手段５は、累積動き記憶手段１３に記憶された特徴点毎の動き累積ベクトルを読み込む（ステップＳ３１）。本例では、図１に示す検出結果１を導出したオブジェクト領域検出処理はフレーム画像Ａ（図１参照）を対象に行われたものである。そして、累積動き記憶手段１３に記憶されている動き累積ベクトルは、オブジェクト領域検出処理の対象となったフレーム画像Ａ，Ｂ間の動きベクトル、および、フレーム画像Ｂ，Ｃ間の動きベクトルを累積したものである。すなわち、動き累積ベクトルは、フレーム画像Ａ〜Ｃに渡る特徴点の動きを表している。
【００７６】
次に、動き補償手段５は、ステップＳ３１で読み込んだ動き累積ベクトルのうち、アウトライヤに該当する動き累積ベクトルを削除する（ステップＳ３２）。動き補償手段５は、例えば、ステップＳ２３（図５参照）の処理と同様に、ＲＡＮＳＡＣアルゴリズムでアウトライヤに該当する動き累積ベクトルを削除してもよい。あるいは他の方法でアウトライヤに該当する動き累積ベクトルを削除してもよい。ステップＳ３２で削除されずに残った動き累積ベクトルはインライヤに該当する。
【００７７】
ステップＳ３２の後、動き補償手段５は、オブジェクト領域検出処理の結果得られたオブジェクト領域（換言すれば、オブジェクト検出手段２から入力されたオブジェクト領域）から、オブジェクト領域検出処理が完了したと判定した時点で入力されていた最新のフレーム画像（本例では、図１に示すフレーム画像Ｃ）内のオブジェクト領域への幾何変形を表す平面射影変換パラメータを、インライヤに該当する動き累積ベクトルに基づいて算出する（ステップＳ３３）。
【００７８】
そして、動き補償手段５は、オブジェクト検出手段２から入力されたオブジェクト領域（具体的には、オブジェクトの輪郭上の各頂点）に対して、ステップＳ３３で算出した平面射影変換パラメータを用いて平面射影変換を行う（ステップＳ３４）。この変換によって得られる各頂点は、オブジェクト領域検出処理が完了したと判定した時点で入力されていた最新のフレーム画像におけるオブジェクト領域を表す。この結果、本例では、図１に示すオブジェクト領域Ｐが得られる。動き補償手段５は、その最新のフレーム画像におけるオブジェクト領域を重畳画像生成手段６に入力する。
【００７９】
動き補償手段５は、ステップＳ３４の変換後のオブジェクト領域で、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されているオブジェクト領域を更新する。オブジェクト領域記憶手段１４に新たに記憶されたオブジェクト領域は、次のフレーム画像が入力されたときに、そのフレーム画像の１つ前のフレーム画像内のオブジェクト領域として用いられる。
【００８０】
上記の説明では、フレーム画像Ａに対するオブジェクト領域の検出結果である検出結果１（図１参照）に対して、フレーム画像Ａ〜Ｃに渡る特徴点の動きを表す動き累積ベクトルを適用して、フレーム画像内のオブジェクト領域Ｐを求める場合を例にした。動き補償手段５は、検出結果２（図１参照）に対して第１の動き補償を行う場合にも同様に、ステップＳ３１〜Ｓ３４を行えばよい。
【００８１】
また、画像内に複数のオブジェクト領域が複数存在する場合には、動き補償手段５は、オブジェクト領域毎に上記の処理を行えばよい。図９は、画像内に３つのオブジェクト領域が存在する場合における第１の動き補償の例を示す模式図である。図９（ａ）は、オブジェクト領域毎の動き累積ベクトルを表している。動き補償手段５は、オブジェクト領域毎にアウトライヤを削除し（図９（ｂ）参照）、オブジェクト領域毎に、インライヤに該当する動き累積ベクトルに基づいて平面射影変換パラメータを算出して、オブジェクト領域に対する変換を行えばよい（図９（ｃ）参照）。
【００８２】
第１の動き補償（ステップＳ６）の後、動き補償手段５は、累積動き記憶手段１３にリセット信号を送信し、累積動き記憶手段１３に記憶されている各動き累積ベクトルを０ベクトルにリセットする（ステップＳ７）。
【００８３】
次に、動き補償手段５は、オブジェクト検出手段２に対して、オブジェクト領域検出処理が完了したと判定した時点で入力されていた最新のフレーム画像（前述の例ではフレーム画像Ｃ）を対象にして、新たにオブジェクト領域検出処理を開始させる（ステップＳ８）。
【００８４】
オブジェクト検出手段２は、動き補償手段５に従って、オブジェクト領域検出処理が完了したと判定した時点で入力されていた最新のフレーム画像（すなわち、直近のステップＳ１で入力されたフレーム画像）を対象に、オブジェクト領域検出処理を開始する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０では、オブジェクト検出手段２は、オブジェクト領域検出処理（図５参照）を実行すればよい。
【００８５】
なお、ステップＳ８の前に動き累積ベクトルが０ベクトルに初期化されているので、新たなフレーム画像の入力に伴って、オブジェクト領域検出処理の対象画像以降の動き累積ベクトルが新たに生成されていくことになる。例えば、フレーム画像Ｃを対象にオブジェクト領域検出処理が開始された後、フレーム画像Ｄ，Ｅ等が順次入力されると、動き累積ベクトルの初期値（０ベクトル）に、画像Ｃ，Ｄ間の動きベクトル、画像Ｄ，Ｅ間の動きベクトル等が加算されていくことになる。
【００８６】
また、オブジェクト領域検出処理が実行中である場合（ステップＳ５におけるＹｅｓ）、動き補償手段５は、第２の動き補償を行う（ステップＳ９）。第２の動き補償では、動き補償手段５は、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されている１つ前のフレーム画像内のオブジェクト領域に、そのフレーム画像と最新のフレーム画像との間の動きベクトルを適用して最新のフレーム画像内のオブジェクト領域を求める。
【００８７】
図１０は、第２の動き補償の処理経過の例を示すフローチャートである。なお、動き補償手段５には、特徴点対応付け手段３によって、１つ前のフレーム画像内の特徴点から最新のフレーム画像内の特徴点への動きベクトルが入力されている。すなわち、動き補償手段５には、ステップＳ３で求められた動きベクトルが入力されている。
【００８８】
動き補償手段５は、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されているオブジェクト領域を読み込む（ステップＳ４１）。このオブジェクト領域は、直近のステップＳ１で入力された最新のフレーム画像の１つ前のフレーム画像におけるオブジェクト領域である。
【００８９】
また、動き補償手段５は、特徴点対応付け手段３から入力された各特徴点の動きベクトルのうち、アウトライヤに該当する動きベクトルを削除する（ステップＳ４２）。動き補償手段５は、例えば、ステップＳ２３（図５参照）の処理と同様に、ＲＡＮＳＡＣアルゴリズムでアウトライヤに該当する動きベクトルを削除してもよい。あるいは他の方法でアウトライヤに該当する動きベクトルを削除してもよい。ステップＳ４２で削除されずに残った動きベクトルはインライヤに該当する。
【００９０】
ステップＳ４２の後、動き補償手段５は、ステップＳ４１で読み込んだオブジェクト領域（１つ前のフレーム画像におけるオブジェクト領域）から、直近のステップＳ１で入力された最新のフレーム画像におけるオブジェクト領域への幾何変形を表す平面射影変換パラメータを、インライヤに該当する動きベクトルに基づいて算出する（ステップＳ４３）。
【００９１】
そして、動き補償手段５は、ステップＳ４１で読み込んだオブジェクト領域に対して、ステップＳ４３で算出した平面射影変換パラメータを用いて平面射影変換を行う（ステップＳ４４）。この変換によって得られる各頂点は、直近のステップＳ１で入力された最新のフレーム画像におけるオブジェクト領域を表す。動き補償手段５は、その最新のフレーム画像におけるオブジェクト領域を重畳画像生成手段６に入力する。
【００９２】
また、動き補償手段５は、ステップＳＳ４４の変換後のオブジェクト領域で、オブジェクト領域記憶手段１４に記憶されているオブジェクト領域を更新する。オブジェクト領域記憶手段１４に新たに記憶されたオブジェクト領域は、次のフレーム画像が入力されたときに、そのフレーム画像の１つ前のフレーム画像内のオブジェクト領域として用いられる。
【００９３】
以上のような第２の動き補償によって、例えば、最新のフレーム画像としてフレーム画像Ｄ（図１参照）が入力されたときに、オブジェクト領域Ｐ（図１参照）に、画像Ｃ，Ｄ間の動きベクトルを適用してフレーム画像Ｄにおけるオブジェクト領域Ｑを得ることができる。また、例えば、最新のフレーム画像としてフレーム画像Ｅが入力されたときに、オブジェクト領域Ｑに、画像Ｄ，Ｅ間の動きベクトルを適用してフレーム画像Ｅにおけるオブジェクト領域Ｒを得ることができる。
【００９４】
ステップＳ８またはステップＳ９の後、重畳画像生成手段６は、オブジェクト情報記憶手段１２から重畳情報を読み込む。そして、重畳画像生成手段６は、動き補償手段５から入力されたオブジェクト領域の位置に合わせて、その重畳情報の配置位置を決定する。そして、重畳画像生成手段６は、直近のステップＳ１で入力されたフレーム画像におけるその配置位置に、重畳情報を重畳する（ステップＳ１０）。
【００９５】
そして、重畳画像生成手段６は、重畳情報を重畳したフレーム画像を出力する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１におけるフレーム画像の出力態様は、特に限定されない。例えば、画像処理システムが表示装置を備え、重畳画像生成手段６は、その表示装置にフレーム画像を表示させてもよい。あるいは、重畳画像生成手段６は、他の装置にフレーム画像を送信してもよい。
【００９６】
ステップＳ１１の後、さらに次のフレーム画像が入力されると、画像処理システムはステップＳ１（図７参照）以降の処理を繰り返す。
【００９７】
本実施形態の画像処理システムは、オブジェクト領域検出処理の対象としたフレーム画像（例えば、図１に示すフレーム画像Ａ）から、オブジェクト領域検出処理が完了したと判定した時点において入力されている最新のフレーム画像（例えば、図１に示すフレーム画像Ｃ）までの特徴点の動きを動き累積ベクトルとして保持する。そして、オブジェクト領域検出処理で検出したオブジェクト領域にその動き累積ベクトルを適用して、検出したオブジェクト領域を変換する（第１の動き補償）。従って、オブジェクト領域検出処理に要する時間がフレーム間隔よりも長くても、オブジェクト領域検出処理中に入力された各フレーム画像間での特徴点の動きに合わせて、検出結果となるオブジェクト領域を補正することができる。その結果、オブジェクト領域検出処理が完了したと判定した時点において入力されている最新のフレーム画像のオブジェクト領域を得ることができ、そのオブジェクト領域に合わせて重畳情報の位置合わせを行うことができる。よって、オブジェクト領域検出処理がフレーム間隔より長くても、重畳情報を画像内の適切な位置に表示することができる。
【００９８】
上記の実施形態では、特徴点抽出手段１は、フレーム画像にＤｏＧフィルタを適用して、その結果生成された画像中において画素値が極大となる点を特徴点とする。従って、特徴点座標の抽出精度を高めることができる。その結果、動きベクトルや動き累積ベクトルの精度も高めることができ、重畳情報の位置合わせの精度も高めることができる。
【００９９】
また、一般的なＡＲシステムの処理（図１３参照）では、重畳情報の更新レートが入力画像のフレームレートよりも遅いという問題がある。その理由は、一般的なＡＲシステムは、重畳情報をフレーム画像に重畳して表示する処理を、フレーム画像からオブジェクト領域が検出されるのを待ってから実行するため、オブジェクト領域の検出処理と同等以下のレートでしか重畳情報の更新を実行できないためである。
【０１００】
これに対し本発明では、オブジェクト領域検出処理の実行中に新たなフレーム画像が入力された場合、画像処理システムは、１つ前のフレーム画像の特徴点から最新のフレーム画像の特徴点への動きベクトルを算出する。そして、１つ前のフレーム画像のオブジェクト領域をオブジェクト領域記憶手段１４から読み込み、そのオブジェクト領域を動きベクトルにあわせて変換する。その結果、以前に入力されたフレーム画像に対するオブジェクト領域検出処理が完了していなくても、最新のフレーム画像のオブジェクト領域を得ることができ、そのオブジェクト領域に合わせて重畳情報の位置合わせを行うことができる。従って、重畳情報の更新レートを、入力画像のフレームレートに合わせることができる。
【０１０１】
次に、本発明の最小構成について説明する。図１１は、本発明の最小構成の例を示すブロック図である。本発明の画像処理システムは、特徴点導出手段９１と、オブジェクト情報記憶手段９２と、オブジェクト領域検出手段９３と、特徴点対応付け手段９４と、動き累積手段９５と、オブジェクト領域特定手段９６と、重畳画像生成手段９７とを備える。
【０１０２】
特徴点導出手段９１（例えば、特徴点抽出手段１）は、動画のフレーム画像が入力されると、入力されたフレーム画像における各特徴点座標を導出する。
【０１０３】
オブジェクト情報記憶手段９２（例えば、オブジェクト情報記憶手段１２）は、基準となる画像に関して、オブジェクトに該当する領域であるオブジェクト領域と、そのオブジェクト領域内の各特徴点座標とを記憶する。
【０１０４】
オブジェクト領域検出手段９３（例えば、オブジェクト検出手段２）は、特徴点導出手段９１によって導出された各特徴点座標と、オブジェクト情報記憶手段９２に記憶された各特徴点座標とを対応付け、対応する特徴点座標間の変位を用いてオブジェクト情報記憶手段９２に記憶されたオブジェクト領域を変換することによって、入力されたフレーム画像におけるオブジェクト領域を検出する検出処理を行う。
【０１０５】
特徴点対応付け手段９４（例えば、特徴点対応付け手段３）は、直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像の特徴点座標と、直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標とを対応付け、対応付けた特徴点座標の組毎に、１つ前のフレーム画像の特徴点座標から直近に入力されたフレーム画像の特徴点座標への動きを表す動き情報（例えば、動きベクトル）を導出する。
【０１０６】
動き累積手段９５（例えば、動き累積手段４）は、動き情報の累積である動き累積情報（例えば、動き累積ベクトル）を導出する。
【０１０７】
オブジェクト領域特定手段９６（例えば、動き補償手段５）は、入力された個々のフレーム画像のオブジェクト領域を特定する。
【０１０８】
重畳画像生成手段９７（例えば、重畳画像生成手段６）は、入力されたフレーム画像のオブジェクト領域に、オブジェクトの関連情報の位置合わせを行い、そのフレーム画像に関連情報を重畳させる。
【０１０９】
そして、オブジェクト領域特定手段９６は、検出処理が完了したと判定したことを条件に、検出処理の対象となったフレーム画像のオブジェクト領域を、動き累積手段９５によって導出された動き累積情報を用いて変換することによって、検出処理が完了したと判定した時点で入力されている直近のフレーム画像のオブジェクト領域を特定し、動き累積情報を初期化し、直近のフレーム画像を対象としてオブジェクト領域検出手段９３に検出処理を開始させる。
【０１１０】
以上のような構成によって、画像内のオブジェクトの位置に精度よく重畳情報を重畳させることができる。
【０１１１】
また、オブジェクト領域特定手段９６は、直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定するときに、オブジェクト領域検出手段９３がオブジェクト領域を検出する検出処理が完了したと判定したことを条件に、オブジェクト領域検出手段９３が検出した検出処理対象のフレーム画像のオブジェクト領域を、動き累積情報を用いて変換することによって、直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定する。
【０１１２】
また、オブジェクト領域特定手段９６は、直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定するときに、オブジェクト領域検出手段９３がオブジェクト領域を検出する検出処理を実行中である場合に、直近に入力されたフレーム画像の１つ前のフレーム画像と直近に入力されたフレーム画像との間の動き情報を用いて、１つ前のフレーム画像のオブジェクト領域を変換することによって、直近に入力されたフレーム画像のオブジェクト領域を特定する。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、画像内に重畳情報を重畳して表示する画像処理システムに好適に適用される。
【符号の説明】
【０１１４】
１  特徴点抽出手段
２  オブジェクト検出手段
３  特徴点対応付け手段
４  動き累積手段
５  動き補償手段
６  重畳画像生成手段
１１  特徴点情報記憶手段
１２  オブジェクト情報記憶手段
１３  累積動き記憶手段
１４  オブジェクト領域記憶手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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