(57)【要約】【課題】撮影中に撮像装置が動いた場合においても、より適切な補間フレームを作成する。【解決手段】画像処理装置１６０は、撮像装置によって取得された動画像中の連続する第１のフレームおよび第２のフレームの間に挿入する補間フレームを生成する。画像処理装置１６０は、第１および第２のフレームの間でブロックマッチングを行うことによって被写体の動きベクトルを算出する動きベクトル算出部３０２と、第１のフレームを取得した時点から第２のフレームを取得した時点までの撮像装置の動きの大きさに応じた処理により、前記補間フレームを生成する補間フレーム生成部３１０と、を備えている。【選択図】図２
2013165487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置によって取得された動画像中の連続する第１のフレームおよび第２のフレームの間に挿入する補間フレームを生成する画像処理装置であって、
前記第１および第２のフレームの間でマッチングを行うことによって被写体の動きベクトルを算出する動きベクトル算出部と、
前記第１のフレームを取得した時点から前記第２のフレームを取得した時点までの前記撮像装置の動きの大きさに応じた処理により、前記補間フレームを生成する補間フレーム生成部と、
を備える画像処理装置。
【請求項２】
前記補間フレーム生成部は、予め定められた閾値よりも前記撮像装置の動きの大きさの方が小さい場合には、前記動きベクトルに基づいて定まる前記第１および第２のフレームの過渡状態を示すフレームを前記補間フレームとして生成し、それ以外の場合には、前記過渡状態を示すフレームよりも前記動きベクトルの依存度の低いフレームを前記補間フレームとして生成する、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記閾値は、前記マッチングの探索範囲の大きさに基づいて設定される、請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記補間フレーム生成部は、前記撮像装置の動きの大きさが前記閾値よりも大きい場合には、前記第１および第２のフレームの加算平均を含む処理によって得られるフレームを前記補間フレームとして生成する、請求項２または３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記補間フレーム生成部は、前記撮像装置の動きの大きさが前記閾値よりも大きい場合には、前記過渡状態を示すフレームと、前記第１および第２のフレームの加算平均によって得られるフレームとの合成フレームを前記補間フレームとして生成する、請求項４に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記補間フレーム生成部は、前記過渡状態を示すフレームと、前記第１および第２のフレームの加算平均によって得られるフレームとを、前記撮像装置の動きの大きさに応じて異なる比率で合成することにより、前記合成フレームを生成する、請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記補間フレーム生成部は、前記撮像装置の動きの大きさが前記閾値よりも大きい場合には、前記第１のフレームまたは前記第２のフレームを前記補間フレームとする、請求項２または３に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記動きベクトル算出部は、前記第１および第２のフレームを複数のブロックに分割し、分割したブロックごとにマッチングを行うことによって前記動きベクトルを算出し、
前記補間フレーム生成部は、前記ブロックごとに算出された前記動きベクトルに基づいて、前記補間フレームを生成する、
請求項１から７のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の画像処理装置と、
撮像によって前記第１および第２のフレームを含む動画像のデータを生成する撮像部と、
前記撮像装置の動きを検出する動き検出器と、
を備える撮像装置。
【請求項１０】
撮像装置によって取得された動画像中の連続する第１のフレームおよび第２のフレームの間に挿入する補間フレームを生成する画像処理装置に用いられるコンピュータプログラムであって、前記画像処理装置に搭載されたコンピュータに、
前記第１および第２のフレームの間でマッチングを行うことによって被写体の動きベクトルを算出するステップと、
前記第１のフレームを取得した時点から前記第２のフレームを取得した時点までの前記撮像装置の動きの大きさに応じた処理により、前記補間フレームを生成するステップと、
を実行させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮影によって取得された動画像のフレームレートを変換可能な画像処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は画像処理装置を開示する。この画像処理装置は、複数のフレーム画像間に内挿する補間フレーム画像を生成する。特許文献１の画像処理装置は、複数のフレーム画像の各フレーム内の画素値の変化に基づいて、補間フレーム画像に含まれる補間画素の動きベクトルの探索範囲を算出し、算出した探索範囲内において推定した動きベクトルに基づいて、補間フレーム画像を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７７７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、動画撮影中にユーザによる手ブレやパンニング操作によってデジタルビデオカメラが動いてしまった場合に、信頼性の高い動きベクトルが取得できず、適切な補間フレームが作成できないことがあった。
【０００５】
本開示は、自機が動いた場合においても、より適切な補間フレームを生成することができる画像処理技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のある実施形態における画像処理装置は、撮像装置によって取得された動画像中の連続する第１のフレームおよび第２のフレームの間に挿入する補間フレームを生成する。画像処理装置は、第１および第２のフレームの間でマッチングを行うことによって被写体の動きベクトルを算出する動きベクトル算出部と、第１のフレームを取得した時点から第２のフレームを取得した時点までの前記撮像装置の動きの大きさに応じた処理により、補間フレームを生成する補間フレーム生成部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の技術によれば、撮影中に撮像装置が動いた場合においても、より適切な補間フレームを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な実施の形態１にかかるデジタルビデオカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】例示的な実施の形態１にかかるデジタルビデオカメラの画像処理部１６０の構成を示すブロック図である。
【図３】例示的な実施の形態１にかかるデジタルビデオカメラの画像処理部による動作を示すフローチャートである。
【図４】連続する第１および第２のフレームから動きベクトルおよび動き補償補間フレームを生成する処理を説明するための図である。
【図５Ａ】デジタルビデオカメラが静止しているときの動きベクトルの算出の例を示す図である。
【図５Ｂ】デジタルビデオカメラが移動しているときの動きベクトルの算出の例を示す図である。
【図５Ｃ】デジタルビデオカメラが大きく移動しているときの動きベクトルの算出の例を示す図である。
【図６】例示的な実施の形態１にかかるデジタルビデオカメラの動きの大きさに対する補間フレームの合成比率の変化を説明するための図である。
【図７】デジタルビデオカメラの動きの大きさに対する補間フレームの合成比率の決定のために、２つの閾値を設けた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、本発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１０】
（実施の形態１）
まず、本開示の技術をデジタルビデオカメラに適用した実施の形態１を説明する。以下の説明において、動画像を構成する個々の静止画像を示すデータを「フレーム画像」または単に「フレーム」と称する。また、連続する２つのフレームの間に挿入するフレームを「補間フレーム画像」または単に「補間フレーム」と称する。
【００１１】
［１−１．概要］
本実施の形態のデジタルビデオカメラ（以下、単に「カメラ」と呼ぶことがある。）は、動画像を撮影できる撮像装置である。本実施の形態のデジタルビデオカメラは、動画像の撮影の際リアルタイムに、または撮影後、ユーザの指示などによってフレームレートを変換することができる。本実施の形態のデジタルビデオカメラは、撮影により得られたフレーム画像間に、補間フレーム画像を挿入することにより、フレームレートを変更する。例えば、毎秒６０フレームの動画撮影を行っている状態から、フレーム間に補間フレーム画像を挿入することによって毎秒１２０フレームの動画撮影へと切り替えることができる。デジタルビデオカメラがフレームレートを切り替えるタイミングは、ユーザによるフレームレート変更の指示があったときでもよいし、撮影によって取得した画像（以下、「撮影画像」と称する場合がある。）から得られる情報（輝度情報など）が変更されたときであってもよいし、所定のモード（低速撮影モードなど）が選択されたときでもよい。
【００１２】
［１−２．デジタルビデオカメラの構成］
以下、図１を参照しながら、本実施の形態にかかるデジタルビデオカメラの構成を説明する。図１は、デジタルビデオカメラ１００の構成を示すブロック図である。デジタルビデオカメラ１００は、１または２以上のレンズを含む光学系１１０により形成された被写体像をＣＭＯＳイメージセンサ１４０で撮像する。ＣＭＯＳイメージセンサ１４０で生成された画像データは、画像処理部１６０で各種処理が施され、メモリカード２００に格納される。
【００１３】
光学系１１０は、ズームレンズやフォーカスレンズを含む複数のレンズ群を有する。ズームレンズを光軸に沿って移動させることにより、被写体像を拡大または縮小することができる。また、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させることにより、被写体像のピントを調整することができる。なお、図１には３つのレンズが例示されているが、光学系１１０を構成するレンズの数は、要求される機能に応じて適宜決定される。
【００１４】
レンズ駆動部１２０は、光学系１１０に含まれる各種レンズを駆動する。レンズ駆動部１２０は、例えばズームレンズを駆動するズームモータや、フォーカスレンズを駆動するフォーカスモータを含む。
【００１５】
絞り２５０は、使用者の設定に応じて若しくは自動で、開口部の大きさを調整し、透過する光の量を調整する。
【００１６】
シャッタ１３０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１４０に入射させる光を遮光する。
【００１７】
ＣＭＯＳイメージセンサ１４０は、光学系１１０によって形成された被写体像を光電変換することにより、画像データを生成する撮像素子である。ＣＭＯＳイメージセンサ１４０は、露光、転送、電子シャッタなどの各種の動作を行う。ＣＭＯＳイメージセンサ１４０は、一定時間ごとに新しい画像データを生成する。本実施形態では撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサ１４０を用いているが、ＣＣＤイメージセンサやＮＭＯＳイメージセンサなどの他の種類の撮像素子を用いてもよい。
【００１８】
Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）１５０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１４０に電気的に接続され、ＣＭＯＳイメージセンサ１４０で生成されたアナログ画像データをデジタル画像データに変換する回路である。
【００１９】
本実施形態では、光学系１１０、絞り２５０、シャッタ１３０、ＣＭＯＳセンサ１４０、ＡＤＣ１５０を含む複数の要素が、撮像部４００を構成している。撮像部４００により、連続する複数のフレームを含むデジタル動画像データが生成され、出力される。
【００２０】
画像処理部１６０は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）またはマイクロコンピュータ（マイコン）などで実現され得る。画像処理部１６０は、ＡＤＣ１５０に電気的に接続され、ＣＭＯＳイメージセンサ１４０で生成された画像データに対して各種処理を施し、表示モニタ２２０に表示するための画像データや、メモリカード２００に格納するための画像データを生成する。画像処理部１６０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１４０で生成された画像データに対して、例えばガンマ補正、ホワイトバランス補正、傷補正などの各種の処理を行う。また、画像処理部１６０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１４０で生成された画像データを、Ｈ．２６４規格やＭＰＥＧ２規格等に準拠した圧縮形式により圧縮する。
【００２１】
画像処理部１６０は、さらに、ＣＭＯＳイメージセンサ１４０によって生成される画像データ（フレーム画像）に基づいて、動きベクトルを算出することができる。そして、画像処理部１６０は、算出した動きベクトルと、当該動きベクトルに関連するフレーム画像とに基づいて、動き補償による補間フレーム画像を生成することができる。また、画像処理部１６０は、動き補償によらず、関連する複数のフレーム画像を所定の比率で足し合わせて平均化することにより、補間フレームを生成することができる。これらの補間フレームの生成処理の詳細については後述する。
【００２２】
コントローラ１８０は、デジタルビデオカメラ全体を制御する制御手段である。コントローラ１８０は、半導体素子などで実現可能である。コントローラ１８０は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。コントローラ１８０は、例えばマイコンなどで実現できる。あるいは、画像処理部１６０等とともに１つの半導体チップで実現してもよい。コントローラ１８０は、図１に示すように、画像処理部１６０その他の各部に電気的に接続され、各部に制御信号を送る。
【００２３】
なお、画像処理部１６０およびコントローラ１８０は、それぞれ別個の半導体チップで構成してもよいし、１つの半導体チップで構成してもよい。後述する処理が実現できれば、これらの物理的構成はどのようなものでもよい。
【００２４】
バッファ１７０は、画像処理部１６０およびコントローラ１８０に電気的に接続され、これらのワークメモリとして機能する記憶領域である。バッファ１７０は、例えば、ＤＲＡＭ、強誘電体メモリなどで実現できる。
【００２５】
カードスロット１９０は、メモリカード２００を装着可能であり、機械的および電気的にメモリカード２００と接続可能である。メモリカード２００は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどを内部に含み、画像処理部１６０で生成された画像ファイル等のデータを格納可能である。
【００２６】
内部メモリ２３０は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどで構成される。内部メモリ２３０は、デジタルビデオカメラ１００全体を制御するための制御プログラム等を記憶している。制御プログラムは、コントローラ１８０によって実行される。
【００２７】
操作部材２１０は、使用者からの操作を受け付けるユーザーインターフェースの総称である。操作部材２１０は、例えば、使用者からの操作を受け付ける十字キーや決定ボタン等を含む。
【００２８】
表示モニタ２２０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１４０で生成した画像データが示す画像（スルー画像）や、メモリカード２００から読み出した画像データが示す画像を表示可能である。また、表示モニタ２２０は、デジタルビデオカメラ１００の各種設定を行うための各種メニュー画面等も表示可能である。
【００２９】
ジャイロセンサ２４０は、デジタルビデオカメラ１００の単位時間あたりの角度変化すなわち角速度に基づいてヨーイング方向のぶれおよびピッチング方向の動きを検出する動き検出器である。ジャイロセンサ２４０は、検出した動きの量を示すジャイロ信号をコントローラ１８０に出力する。なお、ジャイロセンサ２４０の代わりに、またはジャイロセンサ２４０に加えて加速度センサのような他の種類の動き検出器が設けられていてもよい。動き検出器は、撮影時の自機の動きを検出できるセンサであれば、その構成は特定のものに限定されない。
【００３０】
なお、上記の構成はあくまでも一例であり、画像処理部１６０が後述する動作を実行するように構成されている限り、デジタルビデオカメラ１００はどのように構成されていてもよい。
【００３１】
［１−３．動作］
続いて、本実施の形態にかかるデジタルビデオカメラ１００の動作を説明する。デジタルビデオカメラ１００は、時間的に連続している第１のフレームおよび第２のフレームから、第１のフレームと第２のフレームとの間に挿入する補間フレームを生成する。デジタルビデオカメラ１００は、ジャイロセンサ２４０によって検出された自機の動きの大きさに応じた処理により、適切な補間フレームを生成する。
【００３２】
図２は、本実施の形態にかかるデジタルビデオカメラの上記の動作を実現するための画像処理部１６０の構成を示すブロック図である。図２には、画像処理部１６０のほか、ジャイロセンサ２４０も表されている。なお、ジャイロセンサ２４０は、図１に示すように、コントローラ１８０を介して画像処理部１６０との間で電気信号のやり取りを行うように構成されているが、図２では簡単のため、コントローラ１８０の記載は省略している。
【００３３】
画像処理部１６０は、撮像部４００から出力された動画像データを受け取る画像入力部３００と、連続する２つのフレーム間の動きベクトルを算出する動きベクトル算出部３０２と、２つのフレーム間に挿入する補間フレームを生成する補間フレーム生成部３１０と、補間フレームが挿入された動画像データを外部に出力する画像出力部３０４とを備えている。補間フレーム生成部３１０は、動きベクトルに基づく補間フレームを生成する動き補償補間画像生成部３０３と、第１および第２のフレームを加算平均することによって得られる補間フレームを生成する加算平均補間画像生成部３０７と、ジャイロセンサ２４０によって検出された撮影時のデジタルビデオカメラ１００の動きに基づいて補正フレームを生成する合成部３０６とを有している。
【００３４】
画像処理部１６０における上記の各要素は、物理的に分離され、電気的に接続された個々の回路ブロックから実現されていてもよいし、各要素の処理を規定するプログラムを画像処理部１６０に実装されたプロセッサが実行することによって実現されていてもよい。これらの各部間の接続は、図２の構成に限らず、不図示のバスおよび記録媒体を介して信号のやりとりを行うように構成されていてもよい。また、各機能部がさらに複数の機能部に分離されていてもよいし、複数の機能部が１つの機能部として統合されていてもよい。
【００３５】
画像入力部３００は、外部から連続する複数のフレームを受けて動きベクトル算出部３０２、加算平均補間画像生成部３０７、および画像出力部３０４に送出する端子およびその周辺の回路によって構成される。動きベクトル算出部３０２は、連続する第１および第２のフレーム間でマッチングを行うことにより、動きベクトルを算出する。動きベクトル算出部３０２は、算出した動きベクトルと、連続する第１および第２のフレームとを動き補償補間画像生成部３０３に出力する。動き補償補間画像生成部３０３は、受け取った第１および第２のフレームと動きベクトルとから、第１および第２のフレームの中間状態を示すフレーム（動き補償補間フレーム）を生成して合成部３０６に出力する。一方、加算平均補間画像生成部３０７は、画像入力部３００から入力された連続する２つのフレームを画素ごとに加算平均したフレーム（加算平均補間フレーム）を生成して合成部３０６に出力する。合成部３０６は、動き補償補間画像生成部３０３および加算平均補間画像生成部３０７から入力された画像と、ジャイロセンサ２４０から入力されたデジタルビデオカメラ１００の動きを示す情報とに基づいて、適切な補間フレームを生成して画像出力部３０４に出力する。画像主力部３０４は、合成部３０６から出力された補間フレームを、連続する第１および第２のフレーム間に挿入して外部に出力する。
【００３６】
以下、デジタルビデオカメラ１００の撮影時の動作を説明する。
【００３７】
電源がＯＮされると、コントローラ１８０は、デジタルビデオカメラ１００を構成する各部に電力を供給する。デジタルビデオカメラ１００は、ユーザの操作等により、撮影モードと再生モードとを切り換えることができる。電力が供給された後、撮影モードに設定されていれば、コントローラ１８０は、光学系１１０やＣＭＯＳイメージセンサ１４０などを初期化して、撮影可能な状態にするためのセットアップを行う。撮影可能な状態へのセットアップが完了すると、コントローラ１８０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１４０が撮影し、Ａ／Ｄコンバータ１５０によってデジタル信号に変換された画像信号をスルー画像として表示可能な信号に変換するように画像処理部１６０に指示し、生成されたスルー画像を表示モニタ２２０に表示するように制御する。表示モニタ２２０に表示されたスルー画像を見ることにより、ユーザは撮影中の画角や被写体などを確認することができる。ユーザは、任意のタイミングで、動画記録ボタン（操作部材２１０の一つ）を押下することにより、コントローラ１８０に動画像の記録指示を行うことができる。コントローラ１８０は、動画像の記録指示を受け付けると、ＣＭＯＳイメージセンサ１４０が撮影している画像を、所定の規格に準拠した形式により動画像として処理し、処理後の動画像データのメモリカード２００への記録を開始する。一方、ユーザは、動画記録中の任意のタイミングで、動画記録ボタンを押下することにより、コントローラ１８０に動画像の記録終了指示を行うことができる。
【００３８】
デジタルビデオカメラ１００は、動画記録中において、撮影する動画像のフレームレートを変更することができる。フレームレートが変更されるタイミングは、例えば、ユーザによる指示があったとき、撮影画像から得られる情報（輝度情報など）が変更されたとき、所定のモード（低速撮影モードなど）が選択されたとき等であり得る。或いは、予めフレームレートの変更を行うように設定しておいてもよい。
【００３９】
画像処理部１６０は、フレームレートの変更を要する場合、フレーム画像間に挿入する補間フレーム画像を生成する。以下、画像処理部１６０による補間フレームを生成する処理を説明する。
【００４０】
図３は、画像処理部１６０が実行する補間フレームの生成処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ３０１において、画像入力部３００は、撮像部４００から出力されるフレーム画像を順次取得する。画像入力部３００が取得したフレーム画像は、動きベクトル算出部３０２、加算平均補間画像生成部３０７、画像出力部３０４へと送られる。
【００４１】
次に、ステップＳ３０２において、動きベクトル算出部３０２は、画像入力部３００から入力される連続する２つのフレーム間の動きベクトルを算出する。動きベクトルは、連続する２つのフレーム間で後述するブロックマッチングを行うことによって算出される。算出された動きベクトルを示す情報は、動き補償補間画像生成部３０３に送られる。
【００４２】
続いて、ステップＳ３０３において、合成部３０６は、ジャイロセンサ２４０によって検出されたデジタルビデオカメラ１００の動きを示すジャイロ信号を取得する。なお、ステップＳ３０３は、ステップＳ３０１もしくはステップＳ３０２と並行して、またはそれらの前に行われてもよい。
【００４３】
次に、ステップＳ３０４において、合成部３０６は、ジャイロセンサから出力されたジャイロ信号が示すカメラの動きの大きさが、予め定められた閾値よりも小さいか否かを判定する。本実施形態では、閾値はブロックマッチングの探索範囲に基づいて定められる。そして、カメラの動きの大きさが閾値よりも小さい場合、ステップＳ３０５において、動き補償補間画像生成部３０３によって生成される動き補償補間画像が補間フレームとして出力される。一方、カメラの動きの大きさが閾値以上である場合、ステップＳ３０６において、動き補償補間フレームと、加算平均補間画像生成部３０７によって生成される加算平均補間フレームとの合成フレームが補間フレームとして生成され、画像出力部３０４に出力される。その後、ステップＳ３０７において、画像出力部３０４は、合成部３０６から受け取った補間フレームを、対応する２つのフレームの間に挿入して補間後の動画像を出力する。
【００４４】
以上の処理により、連続する２つのフレームの間に補間フレームが挿入されたフレームレートの高い動画像が生成される。以下、ステップＳ３０２における動きベクトル算出処理、およびステップＳ３０４〜Ｓ３０６の補間フレーム生成処理をより具体的に説明する。
【００４５】
動きベクトル算出部３０２は、画像入力部３００から、時間的に連続する複数のフレームを取得する。動きベクトル算出部３０２は、時間的に連続する２つのフレームについてブロックマッチングを行うことにより、動きベクトルを算出する。ブロックマッチングは、一方のフレームを複数のマクロブロックに分割し、個々のマクロブロックをテンプレートとして、他方のフレームにおける対応するマクロブロックの位置を中心とする所定の探索範囲内を移動しながら両者の類似度を求めることによってマッチングを行う方法である。これにより、一方のフレーム内の各マクロブロックについて、他方のフレームにおける対応する位置を特定することができるため、マクロブロックごとに動きベクトルを得ることができる。
【００４６】
動きベクトル算出部３０２は、例えば１６画素×１６画素のマクロブロック単位で動きベクトルを算出する。具体的には、時間的に連続した第１および第２のフレームのうち、一方のフレーム内のあるマクロブロックについて、当該マクロブロックに対応する他方のフレーム内の画素の位置から水平方向および垂直方向に所定の探索範囲内でずらした同じく１６画素×１６画素のブロックと比較し、差分（例えばＳＡＤ：Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を順次計算する。ＳＡＤの代わりにＳＳＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）のような他の評価値を計算してもよい。動きベクトル算出部３０２は、画素を除々にずらしながら当該差分を算出する。そして、処理対象のマクロブロックの中心位置に対応する画素から、この差分が最小となった画素の位置までの距離および方向（水平成分および垂直成分）を検出する。このような処理により、動きベクトル算出部３０２は、動きベクトルを算出する。
【００４７】
評価関数としてＳＡＤを用いる場合、画像上の座標（ｘ，ｙ）における動きベクトル（ｄｘ（ｘ，ｙ），ｄｙ（ｘ，ｙ））は、以下の式１で表される評価関数Ｐ１（ｘ，ｙ，ｄｘ，ｄｙ）を最小にするｄｘ，ｄｙを求めることによって決定される。ここで、画像の水平方向（ｘ方向）および垂直方向（ｙ方向）についてのマクロブロックのサイズ（画素数に換算された値）を、それぞれＢｘ、Ｂｙとする。また、比較対象の２つのフレームのうち、先のフレームの画素値（輝度値または特定の色成分の値）をＬ１、後のフレームの画素値をＬ２とする。
【数１】
2013165487.tif 000003
【００４８】
一方、評価関数としてＳＳＤを用いる場合、画像上の座標（ｘ，ｙ）における動きベクトル（ｄｘ（ｘ，ｙ），ｄｙ（ｘ，ｙ））は、以下の式２で表される評価関数Ｐ２（ｘ，ｙ，ｄｘ，ｄｙ）を最小にするｄｘ，ｄｙを求めることによって決定される。
【数２】
2013165487.tif 000004
【００４９】
動きベクトル算出部３０２は、式１、２で表されるような評価関数を用いることにより、動きベクトル（ｄｘ（ｘ，ｙ），ｄｙ（ｘ，ｙ））をマクロブロックごとに計算することができる。
【００５０】
動きベクトル算出部３０２は、画像入力部３３０から取得した時間的に連続した複数のフレーム画像と、処理対処のフレームを構成するマクロブロックのそれぞれについて算出した動きベクトルとを、動き補償補間画像生成部３０３に送る。
【００５１】
動き補償補間画像生成部３０３は、時間的に連続した複数のフレーム画像の一方から、動きベクトルによって定まる中間の位置へと、当該動きベクトルを算出した際に処理対象としたマクロブロックが示す画像の部分をシフトさせる。すなわち、当該マクロブロックの動きベクトルが（ｄｘ，ｄｙ）で表される場合、このマクロブロックが示す画像の部分を、（ｄｘ／２，ｄｙ／２）だけシフトさせる。以下、この処理を、「動き補償補間」と呼ぶ。動き補償補間画像生成部３０３は、フレームを構成するそれぞれのマクロブロックについて、同様の動き補償補間を行なうことにより、時間的に連続する複数のフレーム画像間に挿入する補間フレーム画像（動き補償補間フレーム）を生成することができる。動き補償補間画像生成部３０３は、生成した補間フレーム画像を合成部３０６に送る。なお、動き補償補間フレーム画像は、動きベクトルに基づいて生成される連続する２つのフレームの過渡状態を示すフレームであれば、必ずしも中間状態のフレームである必要はない。例えば、連続する２つのフレームの間に２枚以上の補間フレームを挿入する場合、動き補償補間フレーム画像は、中間状態よりもいずれか一方のフレームに近い状態を示す。        
【００５２】
図４は、動きベクトル算出部３０２および動き補償補間画像生成部３０３の処理のイメージを示す図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ第１のフレーム、動き補償補間フレーム、第２のフレームの例を示している。図４（ｂ）、（ｃ）には、第１および第２のフレームの間で動きが検出されたマクロブロック（点線）が描かれている。この例では、点線で表されているマクロブロック以外では動きが検出されていない。動きベクトル算出部３０２は、図４（ｃ）において点線で表されているいくつかのマクロブロックについて、動きベクトル４０を算出する。図４（ｃ）では左上の１つのマクロブロックに対応する動きベクトル４０のみが例示されている。続いて、動き補償補間画像生成部３０３は、図４（ｂ）に示すように、動きが検出された各マクロブロックを、対応する動きベクトル４０の半分の長さのベクトル４４の分だけ第１のフレームの位置から移動させる。図４（ｂ）でも、左上の１つのマクロブロックに対応するベクトルのみが例示されている。このようにして、図４（ｂ）に示す動き補償補間フレームが生成される。
【００５３】
一方、加算平均補間画像生成部３０７は、画像入力部３００から、時間的に連続した複数のフレームを取得する。そして、加算平均補間画像生成部３０７は、挿入予定の補間フレームを挟むフレームであって、時間的に連続した２つのフレームを、画素ごとに加算平均する。これにより、加算平均補間画像生成部３０７は、加算平均補間フレーム画像を生成する。加算平均補間画像生成部３０７は、生成した加算平均補間フレーム画像を合成部３０６に送る。
【００５４】
合成部３０６には、ジャイロセンサ２４０によって検出されたジャイロ信号が入力される。ジャイロセンサ２４０は、検出したデジタルビデオカメラ１００（自機）の動きの量を示すジャイロ信号を、フレーム取得のタイミングに同期してコントローラ１８０に出力する。コントローラ１８０は、ジャイロセンサ２４０から取得したジャイロ信号に基づいて、自機が動いた量を画素数に換算する。コントローラ１８０は、画素数に換算した自機の動きの量を合成部３０６に送る。
【００５５】
合成部３０６は、ステップＳ３０４において、コントローラ１８０から取得した自機の動きの大きさ（画素数に換算された値）に基づいて、動き補償画像生成部３０３から取得した動き補償補間フレーム画像および加算平均補間画像生成部３０７から取得した加算平均補間フレーム画像の合成比率を決定する。すなわち、合成部３０６は、自機の動きの大きさに基づいて、フレーム画像間に挿入する補間フレーム画像を生成する。
【００５６】
ここで、動き補償補間フレームをＦ１、加算平均補間フレームをＦ２とし、それぞれの係数をα（０＜α＜１）、β（＝１−α）とする。最終的に採用する補間フレームＦは、次式に従って生成される。
Ｆ  ＝  αＦ１  ＋  βＦ２                            （式３）
ここで、式３の演算は、例えば画素ごとに行われる。
【００５７】
ジャイロセンサ２４０が検出している自機の動きの大きさ（画素数に換算された値）が、所定の閾値よりも小さい場合、自機の動き（ぶれ）に起因する動きベクトルの誤検出の可能性が低い。このため、合成部３０６は、動き補償補間フレーム画像を、フレーム画像間に挿入する補間フレーム画像として採用する。一方、ジャイロセンサ２４０が検出している自機の動きの大きさ（画素数に換算された値）が、所定の閾値以上である場合、自機の動き（ぶれ）に起因する動きベクトルの誤検出の可能性が高い。そのため、自機の動きの大きさと閾値との差が大きいほど、動きベクトルの誤検出の影響のない加算平均補間フレーム画像の比率を高めていく。
【００５８】
図５Ａ〜５Ｃは、撮影中のデジタルビデオカメラ１００の動きが大きいほど動きベクトルの誤検出の可能性が高くなることを説明するための図である。図５Ａは、第１のフレームを取得した時点から第２のフレームを取得した時点までの間にカメラが動いていない場合における被写体の動きベクトルの例を示す図である。この例では、カメラが静止しているため、移動している被写体（飛行機）については画像上の座標が変化するが、移動していない被写体（太陽、雲など）については座標が変化しない。移動している飛行機の一部が含まれるマクロブロック７０に着目すると、第１のフレームにおいてマクロブロック７０の位置にあった飛行機の先端部は、第２のフレームにおいてはブロック７１の位置に移動している。ブロック７１は、ブロックマッチングの探索範囲７２の内部に納まっているため、マクロブロック７０に対応する動きベクトル７４が正しく求められる。
【００５９】
図５Ｂは、撮影中にデジタルビデオカメラ１００が左に移動（回転）したことにより、画像全体が右に移動している例を示している。この例では、第１のフレームにおいてマクロブロック７０の位置にあった飛行機の先端部は、仮に飛行機が静止していたとすれば、ブロック７０’の位置に移動する。しかし、実際には飛行機が移動していることから、マクロブロック７０に位置する飛行機の先端部は、ブロック７５の位置まで移動している。ブロック７５は、ブロックマッチングの探索範囲７２を超えているため、ブロックマッチングにおいて検出されない。その結果、本来取得されるべき動きベクトル７６は算出されず、誤った動きベクトルが算出される。一方、この例では、静止物体がちょうど探索範囲７２内に納まる程度にデジタルビデオカメラ１００が動いているため、ほぼ静止している太陽や雲については正しい動きベクトルを求めることができる。
【００６０】
図５Ｃは、撮影中のカメラの動きがさらに大きい場合の例を示している。この例では、第１のフレームにおいてマクロブロック７０の位置にあった飛行機の先端部は、当該飛行機が仮に静止していたとすれば、ブロック７０’’の位置に移動する。しかし、実際には飛行機は移動しているため、マクロブロック７０に位置する飛行機の先端部は、ブロック７７の位置まで移動している。ブロック７７は、ブロックマッチングの探索範囲７２を超えているため、ブロックマッチングにおいて検出されない。その結果、本来取得されるべき動きベクトル７８は算出されず、誤った動きベクトルが算出される。さらに、この例では、静止物体でさえ探索範囲７２を超えるほどデジタルビデオカメラ１００が動いている（回転している）ため、静止物体についても正しい動きベクトルを求めることができない。画像では、一般に移動物体よりも静止物体の占める割合が高いため、図５Ｃのような状況は好ましくない。
【００６１】
そこで、本実施形態では、予め設定された閾値よりもカメラの動きの大きさの方が小さい場合にのみ、２つのフレーム間に挿入する補間フレームとして動き補償補間フレームが採用される。閾値は、カメラの性能に応じて適宜決定されるが、例えば静止物体がちょうどブロックマッチングの探索範囲内に含まれる値よりも小さい値に設定され得る。例えば、マクロブロックのサイズが水平１６画素、垂直１６画素であり、探索範囲の画素数が水平１６０画素、垂直１６０画素であるとすると、閾値は７２（＝８０−８）画素よりも小さい値に設定され得る。このように設定されていれば、静止物体について誤った動きベクトルが算出されても、動きベクトルの依存度の低い加算平均補間フレームの割合が大きくなるため、画像の品質の劣化を抑えることができる。
【００６２】
図６は、所定の閾値に対応する、自機の動きの大きさと係数αとの関係の例を示す図である。図６に示すように、自機の動きの大きさが所定の閾値を超えるまでは、動きベクトルの誤検出の可能性が低いため、より画質の高い動き補償補間フレーム画像を、フレーム画像間に挿入する画像として採用する。自機の動きの大きさが所定の閾値を越えると、動きベクトルの誤検出の可能性が高まっていくため、動き補償補間フレーム画像の合成比率αを除々に減らしていく一方で、動きベクトルの誤検出の影響のない加算平均補間フレーム画像の比率β（＝１−α）を増やしていく。これにより、撮影中に自機の動きが生じたとしても、より適切に補間フレームを作成することができる。なお、所定の閾値は、上記の例に限らず、探索範囲の大きさに基づいて定められる適当な値に決定してもよい。例えば、探索範囲に比例した値に設定され得る。
【００６３】
画像出力部３０４は、合成部３０６によって作成された補間フレーム画像を対応する２つの連続するフレーム画像間に配置して挿入する。これにより、画像処理部１６０は、フレームレートが変更された動画像を出力することができる。
【００６４】
［１−４．効果等］
以上のように、本実施の形態においては、ジャイロセンサ２４０などの動き検出器が検出したデジタルカメラ１００の動きの大きさに基づいて、連続する２つのフレーム画像間に挿入する補間フレーム画像を作成する。これにより、自機の動き（ぶれ）に起因する動きベクトルの誤検出の可能性を考慮したより適切な補間フレーム画像を作成することができる。従って、フレームレートを高フレームレートに変更したとしても、より画質のよい動画像を表示モニタに表示させることができる。
【００６５】
また、補間フレーム生成部３１０は、予め定められた閾値よりもカメラの動きの大きさの方が小さい場合には、動きベクトルに基づいて定まる第１および第２のフレームの過渡状態を示すフレーム（動き補償補間フレーム）を補間フレームとして生成し、それ以外の場合には、過渡状態を示すフレームよりも動きベクトルの依存度の低いフレーム（合成フレームまたは加算平均補間フレーム）を補間フレームとして生成する。これにより、動きベクトルの誤検出の可能性が高い場合に、品質の低い動画像を生成することを回避することができる。
【００６６】
また、上記の閾値は、探索範囲の大きさに比例した値に設定され得る。例えば、静止物体がマッチングの探索範囲内にちょうど納まる値の８割から９割程度の値に設定され得る。これにより、動きベクトルの誤検出の可能性が低い場合、すなわち、静止物体の位置が次のフレームにおいて探索範囲内に納まる場合には、被写体の動きを反映した動きベクトルの依存度の高い補間フレームを生成することができる。
【００６７】
また、補間フレーム生成部３１０は、上記の閾値よりもカメラの動きの大きさの方が大きい場合には、第１および第２のフレームの加算平均を含む処理によって得られるフレームを補間フレームとして生成する。これにより、動きベクトルの誤検出の可能性が高い場合に、不適切な補間フレームが生成されることを回避することができる。
【００６８】
より具体的には、補間フレーム生成部３１０は、上記の閾値よりもカメラの動きの大きさの方が大きい場合には、動き補償補間フレームと、加算平均補間フレームとの合成フレームを補間フレームとして生成する。さらに、動き補償補間フレームと加算平均補間フレームとの合成比率をカメラの動きの大きさに応じて変える。これにより、閾値を境に補間フレームの内容が急激に変わることによる不自然な動画像の生成が回避され、より自然な補間フレームを生成し得る。
【００６９】
また、動きベクトル算出部３０２は、連続する第１および第２のフレームを複数の部分（例えばマクロブロック）に分割し、分割した部分ごとに第１および第２のフレーム間でマッチングを行うことによって当該部分ごとに動きベクトルを算出する。また、補間フレーム生成部３１０は、当該部分ごとに算出された動きベクトルに基づいて、補間フレームを生成する。これにより、フレームの部分ごとに被写体の動きを反映した補間処理が可能となり、より適切な補間フレームを生成することができる。
【００７０】
（他の実施の形態）  
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
【００７１】
上記の実施形態では、合成部３０６は、図６に示すように、カメラの動きの大きさが所定の閾値よりも小さいときにはα＝１に設定し、当該閾値を超えると、カメラの動きの大きさに対してαを線形的に減少させるが、このような例に限定されない。カメラの動きの大きさに対するαの減少のさせ方は、曲線状であってもよい。
【００７２】
また、上記の実施形態では、１つの閾値が設定されるが、２つ以上の閾値が設定されていてもよい。例えば、合成部３０６は、図７に示すように、カメラの動きの大きさが第１の閾値以下のときにはα＝１に設定し、第２の閾値以上のときはα＝０に設定し、第１の閾値から第２の閾値までの値のときにはαを０〜１の間の値に設定してもよい。この例では、第２の閾値を、静止物体がブロックマッチングの探索範囲内にちょうど納まる値に設定することにより、静止物体について誤った動きベクトルに基づく補間フレームが生成されることを回避できる。
【００７３】
また、所定の閾値よりも撮像装置の動きの大きさの方が大きい場合に採用される補間フレームは、動き補償補間フレームと加算平均補間フレームとの合成フレームに限らず、動き補償補間フレームよりも動きベクトルの依存度の低いフレームであればどのようなフレームであってもよい。例えば、加算平均補間フレーム自体や、第１のフレームまたは第２のフレーム自体を補間フレームとして利用してもよい。後者の場合、図２における加算平均補間画像生成部３０７は設けられている必要はない。
【００７４】
上記の実施形態では、本開示の技術をデジタルビデオカメラ１００（撮像装置）に適用した例を示した。しかし、本開示の技術は、撮像装置に限らず、例えば上記の画像処理部１６０の機能を有する画像処理装置に適用することもできる。そのような画像処理装置の構成は、例えば図２に示す構成と同様であり、その動作は、例えば図３に示す動作と同様である。当該画像処理装置は、例えばビデオカメラによって生成され、記録媒体に記録された動画像のデータや、電気通信回線によって送信される動画像のデータを事後的に取得し、上述の処理によって補間フレームを挿入して他の動画像のデータとして記録することもできる。この場合、画像処理装置は、動画像のデータに加えて、撮影時の撮像装置の動きを示す情報も取得することになる。
【００７５】
また、本開示の技術はさらに、上述の補間フレーム生成処理を規定するソフトウェア（プログラム）にも適用され得る。そのようなプログラムに規定される動作は、例えば図３に示すとおりである。このようなプログラムは、可搬型の記録媒体に記録されて提供され得る他、電気通信回線を通じても提供され得る。コンピュータに内蔵されたプロセッサがこのようなプログラムを実行することにより、上記の実施形態で説明した各種動作を実現することができる。
【００７６】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
【００７７】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００７８】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本開示の技術は、デジタルビデオカメラ１００への適用に限定されない。すなわち、デジタルスチルカメラや、カメラ付き情報端末、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータなど、フレームレートが変換可能な画像処理装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１００    デジタルビデオカメラ
１１０    光学系
１２０    レンズ駆動部
１３０    シャッタ
１４０    ＣＭＯＳイメージセンサ
１５０    Ａ／Ｄコンバータ
１６０    画像処理部
１７０    バッファ
１８０    コントローラ
１９０    カードスロット
２００    メモリカード
２１０    操作部材
２２０    表示モニタ
２３０    内部メモリ
２４０    ジャイロセンサ
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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