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(In Japanese)物体運動推定装置、物体運動推定方法、プログラム及び記録媒体 foreign

Patent code P120007306
File No. 8093PCT/JP
Posted date Apr 11, 2012
Application number P2011-501533
Patent number P5504426
Date of filing Jan 25, 2010
Date of registration Mar 28, 2014
International application number JP2010050924
International publication number WO2010098160
Date of international filing Jan 25, 2010
Date of international publication Sep 2, 2010
Priority data
  • P2009-041360 (Feb 24, 2009) JP
Inventor
  • (In Japanese)瀬部 昇
  • (In Japanese)延山 英沢
  • (In Japanese)榎田 修一
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人九州工業大学
Title (In Japanese)物体運動推定装置、物体運動推定方法、プログラム及び記録媒体 foreign
Abstract (In Japanese)従来の勾配法において、オプティカルフローの並進性(つまり、空間勾配が0)を仮定するという問題点を克服した、撮像画像における画像解析処理によるオプティカルフローの推定に適した物体動作推定装置等を提供する。物体運動推定装置は、物体を撮像した撮像画像を画像解析処理して前記物体の運動を推定するものであり、オプティカルフローの時不変性を仮定し、かつ、並進性を仮定せずに、撮像画像の各点の輝度を観測量としてオプティカルフローを推定すると同時に、オプティカルフローの空間勾配をも推定する画像解析処理部15を備える。オプティカルフローの並進性の仮定は、本来未知であるオプティカルフローに対する仮定であり、これを可能な限り緩めることができる。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

オプティカルフローは、観測者と物体との相対運動によって生じる画像上の見かけの速度分布である。オプティカルフローは、通常、画像上の各点での見かけの速度ベクトルとして表現される。

従来の勾配法では、動画像処理において、物体の画像の輝度が移動後も保存されることを仮定し、その保存則を表現したオプティカルフロー方程式と呼ばれる式(1)の偏微分方程式をもとにオプティカルフローを推定している(非特許文献1参照)。ただし、I(x,y,t)は輝度、(x,y)は画像上の座標、tは時刻、[u v]Tはオプティカルフローを表す。

式(1)だけでは2変数u、vを決定する方程式としては拘束条件が不足する。そこで、注目点の近傍でオプティカルフローがすべて等しいと仮定することにより、式(2)というオプティカルフローに関する線形方程式が得られる(非特許文献5参照)。ただし、添字はItx=(∂2/∂t∂x)Iのように偏微分を表す。この線形方程式がオプティカルフローの本質的な推定原理を与えている。ここに現れる輝度のヘッセ行列(3)は、画像中の物体の角と密接に関連した量であり、線形方程式の解きやすさと関連した判別式det(H)という量は推定されたオプティカルフローの信頼度としても利用されている。

【数1】
(省略)

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、物体運動推定装置、物体運動推定方法、プログラム及び記録媒体に関し、特に、撮像手段が物体を撮像した撮像画像を画像解析処理して前記物体の運動を推定する物体運動推定装置等に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
撮像手段が物体を撮像した撮像画像を画像解析処理して前記物体の運動を推定する物体運動推定装置において、
前記撮像画像の注目点における輝度勾配を演算する輝度勾配演算手段と、
前記輝度勾配から時間勾配を演算する時間勾配演算手段と、
連立方程式を解く方程式演算手段とを有する
画像解析処理手段を備え、
前記連立方程式は、
前記撮像手段と前記物体との相対運動の速度分布であるオプティカルフローについて、前記撮像画像における前記物体の輝度の時間に関する1階全微分がゼロという時不変性が仮定されることにより、前記オプティカルフローを変数とし、前記撮像画像の画素の輝度の空間勾配及びその時間微分を係数とするだけでなく、さらに、
前記撮像手段の撮像軸に対して垂直な平面上を前記物体が移動するという並進性が仮定されないことにより、前記オプティカルフローの空間勾配をも変数とし、前記輝度及びその空間勾配の時間に関して2階微分した値をも係数とするものであり、
前記画像解析処理手段が有する方程式演算手段が、前記連立方程式を解くことにより、前記オプティカルフローを推定すると同時に、前記推定されるオプティカルフローの空間勾配をも推定する物体運動推定装置。

【請求項2】
 
前記撮像画像は、二次元の画像であり、少なくとも3画素×3画素の大きさの画像であって、撮像時刻が異なる3枚の画像であり、撮像画像記憶手段に記憶されており、
前記輝度勾配演算手段は、前記撮像画像の注目点P(x0,y0)における輝度Iの輝度勾配Ix(x0,y0,t)、Iy(x0,y0,t)、Ixx(x0,y0,t)、Ixy(x0,y0,t)及びIyy(x0,y0,t)を演算して、式(eq1)に示される観測量z(t)を求めるものであり、
前記時間勾配演算手段は、前記輝度I及び前記輝度勾配Ix、Iy、Ixx、Ixy及びIyyから時間勾配It、Itx、Ity、Itxx、Itxy、Ityy、Itt、Ittx、Itty、Ittxx、Ittxy及びIttyyを演算するものであり、
前記方程式演算手段は、線形方程式(eq2)を解くことにより、前記オプティカルフロー[u v]Tを推定すると同時に、その空間勾配[ux vx uy vyTも推定するものである、請求項1記載の物体運動推定装置。
【数1】
 
(省略)

【請求項3】
 
撮像手段が物体を撮像した撮像画像を画像解析処理して前記物体の運動を推定する物体運動推定装置において、
推定モデルに対して、状態変数の逐次推定を行う状態推定処理手段
を有する画像解析処理手段を備え、
前記推定モデルは、
前記撮像手段と前記物体との相対運動の速度分布であるオプティカルフローについて、前記撮像画像における前記物体の輝度の時間に関する1階全微分がゼロという時不変性が仮定されることにより、前記オプティカルフローを状態変数に含むだけでなく、
前記撮像手段の撮像軸に対して垂直な平面上を前記物体が移動するという並進性が仮定されないことにより、前記オプティカルフローの空間勾配をも状態変数に含み、
さらに、前記撮像画像上の注目点の空間近傍の輝度を観測量とする観測方程式を含むものであり、
前記状態推定処理手段が、前記状態変数の逐次推定を行うことにより、前記オプティカルフローを推定すると同時に、前記推定されるオプティカルフローの空間勾配をも推定する物体運動推定装置。

【請求項4】
 
前記観測方程式は、システム雑音と観測雑音という雑音を加味したものであり、
前記状態変数の逐次推定は、推定値の共分散を近似するカルマンフィルタを用いて前記状態変数を逐次推定するものである、
請求項3に記載の物体運動推定装置。

【請求項5】
 
撮像手段が物体を撮像した撮像画像を画像解析処理して前記物体の運動を推定する物体運動推定方法において、
輝度勾配演算手段が、前記撮像画像の注目点における輝度勾配を演算するステップと、
時間勾配演算手段が、前記輝度勾配から時間勾配を演算するステップと、
方程式演算手段が、前記撮像手段と前記物体との相対運動の速度分布であるオプティカルフローについて、前記撮像画像における前記物体の輝度の時間に関する1階全微分がゼロという時不変性が仮定されることにより、前記オプティカルフローを変数とし、前記撮像画像の画素の輝度の空間勾配及びその時間微分を係数とするだけでなく、さらに、前記撮像手段の撮像軸に対して垂直な平面上を前記物体が移動するという並進性が仮定されないことにより、前記オプティカルフローの空間勾配をも変数とし、前記輝度及びその空間勾配の時間に関して2階微分した値をも係数とする連立方程式を解くステップ
を含むことにより、前記オプティカルフローを推定すると同時に、前記推定されるオプティカルフローの空間勾配をも推定する物体運動推定方法。

【請求項6】
 
撮像手段が物体を撮像した撮像画像を画像解析処理して前記物体の運動を推定する物体運動推定方法において、
状態推定処理手段が、前記撮像手段と前記物体との相対運動の速度分布であるオプティカルフローについて、前記撮像画像における前記物体の輝度の時間に関する1階全微分がゼロという時不変性が仮定されることにより、前記オプティカルフローを状態変数に含むだけでなく、前記撮像手段の撮像軸に対して垂直な平面上を前記物体が移動するという並進性が仮定されないことにより、前記オプティカルフローの空間勾配をも状態変数に含み、さらに、前記撮像画像上の注目点の空間近傍の輝度を観測量とする観測方程式を含む推定モデルに対して、前記状態変数の逐次推定を行うステップ
を含むことにより、前記オプティカルフローを推定すると同時に、前記推定されるオプティカルフローの空間勾配をも推定する物体運動推定方法。

【請求項7】
 
コンピュータを、請求項1から4のいずれかの物体運動推定装置として動作させるためのプログラム。

【請求項8】
 
請求項7記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2011501533thum.jpg
State of application right Registered
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