JP2001025021A - 動き検出方法および動き検出装置 - Google Patents
動き検出方法および動き検出装置Info
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Abstract
ンによるエラーを低減し、複数動きの問題を低減する。 【解決手段】メモリ3、5、7、9、11によって、n
フレーム、(n-1) フレーム、(n-2)フレーム、(n-3) フ
レーム、(n-4) フレームの画像データからそれぞれブロ
ックが切り出される。(n-2) フレームの参照ブロックに
対して、n、(n-1) 、(n-3)、(n-4) フレームの各フレ
ームの候補ブロックをサーチ範囲内で移動させて、動き
量検出部13によって、参照ブロックと候補ブロックの
画素の差分の絶対値和による評価値が計算され、評価値
の中の最小値から動きベクトルMVが検出される。(n-
3) フレームの候補ブロックの移動量が(x,y) とされ、
(n-1) フレームの候補ブロックの移動量が(-1)×x,(-1)
×y)とされ、(n-4) フレームの候補ブロックの移動量が
(2×x, 2×y)とされ、nフレームの候補ブロックの移動
量が(-2)×x,(-2)×y)とされる。
Description
検出方法および動き検出装置に関する。
き、すなわち、時間的に異なる画像中の物体の動き方向
と大きさ(または速さ)が用いられる。例えば画像の高
能率符号化における動き補償フレーム間符号化や、フレ
ーム間時間領域フィルタによるテレビジョン雑音低減装
置における動きによるパラメータ制御等に動きが用いら
れる。動きを求める動き検出方法としては、ブロックマ
ッチング法が知られている。
および図5を参照して説明する。まず、1画面を適当な
数画素からなるブロック(例えば2×2画素)に分割す
る。続いてこのようにブロック化された画像データと、
この画像データが動いた領域を検索するために、時間的
に異なる画面(例えば1フレーム前の画面)の画像デー
タがブロック化されてなるサーチ範囲が設定され、サー
チ範囲内で現フレームの参照ブロックと前フレームの候
補ブロックとの間で、評価値が計算される。
囲であり、図の例では、水平(x)方向に±4、垂直
(y)方向に±4のサーチ範囲が設定されている。サー
チ範囲内でx方向およびy方向にそれぞれ1画素ずつ移
動した候補ブロックと、固定の参照ブロックとの間で評
価値が計算される。評価値としては、参照ブロックと候
補ブロックとの間での同一位置の画素間の値の差分の絶
対値をブロック単位で集計したものが使用される。図5
は、このように求めた評価値Ex,y のテーブルを示す。
候補ブロックのいくつかの例に対応した評価値が図5に
示されている。全部では、(9×9)個の評価値が求め
られる。
最小の評価値を生じさせる候補ブロックの位置が動きベ
クトルMVとなる。例えば、E0,3 が最小値であれば、
動きベクトルがMV0,3 である。これによって、ブロッ
ク単位の画像の動きを検出し得るようになされている。
チング法では、ブロック単位で動きを検出する。従っ
て、ブロック内に複数の動きが混在する場合には、正確
な動きを求めることが難しい、という問題があった。例
えばブロック内に動き部分と静止部分とが含まれる時
に、動き部分の動きを検出できたとしても、その動き
は、正確には、ブロックの動きとは言えない。
複数の動きが含まれないように、ブロックのサイズを小
さくすればよい。しかしながら、ブロックサイズを小さ
くした場合には、マッチングの判断の領域が小さくなる
ので、動き検出の精度が低下する問題が生じる。すなわ
ち、マッチングを行う時に、動きに起因しないで、参照
ブロックと似た候補ブロックが現れやすくなる。また、
ブロックサイズを小さくすると、同じ画像のパターンが
反復することが生じやすくなる。例えば、文字テロップ
が水平または垂直方向に動く時には、反復パターンの影
響が現れやすい。漢字の文字パターンの場合では、同じ
文字でも、小さな部分に分割すると、同一のパターンと
なることが多い。従って、サーチ範囲内で、参照ブロッ
クと同一のパターンを持つ候補ブロックが複数個現れ、
正確に動きを検出することが難しい。
イズを大きくすれば良いが、上述したように、複数の動
きが発生し易くなり、また、動きベクトルを求めるため
の演算量が多くなる。このように、ブロックサイズを大
きくすることと、これを小さくすることとは、相反する
ことであり、上述の問題を全て解決することは、困難で
あると考えられてきた。
テレビジョン放送において一般的な画像(シーン)であ
る。このようなシーンは、複数の動きおよび反復パター
ンの両方の問題を同時に持つ典型的な例である。ブロッ
ク内に文字テロップが含まれる場合では、そのブロック
内に複数の動きが混在することが多い。また、文字パタ
ーンは、幾何学的な要素からなることが多く、しばしば
反復的なパターンを生み出す。このような画像を対象に
した場合、従来のブロックマッチング法では、正確に動
きを検出することが難しい。さらに、動き文字テロップ
は、視覚的に注視される度合いが高く、ここで発生する
動き検出のエラーにより引き起こされる画像の劣化が非
常に目立つことになる。
を解決することにあり、複数の動きや、反復パターンが
存在する時でも、高い精度でもって動きを検出すること
が可能な動き検出方法および動き検出装置を提供するこ
とにある。
した課題を解決するために、画像信号中の動きを検出す
る動き検出方法において、時間的に異なる少なくとも3
枚のフレーム画像を用い、第1の画素または第1のブロ
ックを固定し、第2の画素または第2のブロックを所定
の範囲内で移動させ、第1の画素または第1のブロック
と第2の画素または第2のブロック間のマッチングの度
合いを示す評価値テーブルを生成するステップと、評価
値テーブルに基づいて、動きベクトルを検出するステッ
プとからなり、評価値テーブルを生成するステップにお
いて、第2の画素または第2のブロックの移動量を、第
1の画素または第1のブロックが属するフレームと、第
2の画素または第2のブロックの属するフレーム間の時
間間隔に比例させることを特徴とする動き検出方法であ
る。
出する動き検出装置において、時間的に異なる少なくと
も3枚のフレーム画像を用い、第1の画素または第1の
ブロックを固定し、第2の画素または第2のブロックを
所定の範囲内で移動させ、第1の画素または第1のブロ
ックと第2の画素または第2のブロック間のマッチング
の度合いを示す評価値テーブルを生成する手段と、評価
値テーブルに基づいて、動きベクトルを検出する手段と
からなり、評価値テーブルを生成する手段において、第
2の画素または第2のブロックの移動量を、第1の画素
または第1のブロックが属するフレームと、第2の画素
または第2のブロックの属するフレーム間の時間間隔に
比例させることを特徴とする動き検出装置である。
タを用いて動きを検出するので、ブロックサイズを小さ
くしても、動き検出精度が低下したり、反復パターンの
影響を受けにくくできる。また、ブロックサイズを小さ
くできるので、ブロック内に複数の動きが生じることを
防止できる。
図面を参照しながら説明する。図1において、1は、全
体として動き検出装置を示す。動き検出装置1は、現フ
レームから2フレーム過去に位置するフレーム(以降、
(n−2)フレームと表記)の画像データのブロック領
域(参照ブロック)を切り出し、現フレーム(以降、n
フレームと表記)内の画像データから動きを検出するた
めのブロック領域(候補ブロック)、現フレームから1
フレーム過去に位置するフレーム(以降、(n−1)フ
レームと表記)の画像データから動きを検出するための
ブロック領域(候補ブロック)、現フレームから3フレ
ーム過去に位置するフレーム(以降、(n−3)フレー
ムと表記)の画像データ、現フレームから4フレーム過
去に位置するフレーム(以降、(n−4)フレームと表
記)の画像データから動きを検出するためのブロック領
域(候補ブロック)をそれぞれ切り出す。そして、候補
ブロックを所定のサーチ範囲内で移動させることによ
り、参照ブロックと候補ブロックとの間で動きベクトル
を検出するようになされる。
に説明する。図1において、2が入力端子を示し、現フ
レームの画像データSn が入力端子2から供給される。
画像データは、例えばカラー映像信号のコンポーネント
信号中の輝度信号である。入力端子2に対して、メモリ
3および遅延部4が接続される。遅延部4に対して遅延
部6、8および10が直列に接続される。これらの遅延
部4、6、8、10は、それぞれ画像データを1フレー
ム分蓄え、1フレーム期間遅延された画像データを出力
する。遅延部4、6、8、10によって遅延された画像
データがメモリ5、7、9、11に対して供給される。
遅延部4の出力Sn-1 が(n−1)フレームの画像デー
タであり、遅延部6の出力Sn-2 が(n−2)フレーム
の画像データであり、遅延部8の出力Sn-3 が(n−
3)フレームの画像データであり、遅延部10の出力S
n-4 が(n−4)の画像データである。
モリコントロール部12によって制御され、各フレーム
の映像信号から所定の大きさおよび所定の位置のブロッ
クを切り出す。メモリコントロール部12からは、動き
ベクトル情報を算出しようとする(n−2)フレームの
ブロックアドレス情報がメモリ7に送出され、この結
果、メモリ7からは、画像データSn-2 の所定ブロック
が切り出され、切り出された画像データSn-2 のブロッ
クが動き検出部13に供給される。
リ9には、所定のサーチ範囲内で候補ブロックを移動さ
せるための(n−3)フレームのアドレス情報が送出さ
れ、メモリ9は、与えられたアドレスに対応する(n−
3)フレームの候補ブロックのデータを動き検出部13
に出力する。(n−3)フレームの候補ブロックがサー
チ範囲内で持つ移動量を(x,y)で表す。
は、所定のサーチ範囲内で候補ブロックを移動させるた
めの(n−1)フレームのアドレス情報が送出され、メ
モリ5は、与えられたアドレスに対応する(n−1)フ
レームの候補ブロックのデータを動き検出部13に出力
する。(n−1)フレームの候補ブロックがサーチ範囲
内で持つ移動量は、((−1)×x,(−1)×y)で
ある。これは、(n−2)フレームに対して、(n−
3)フレームが1フレーム過去であるのに対して、(n
−1)フレームが1フレーム未来であるからである。
には、所定のサーチ範囲内で候補ブロックを移動させる
ための(n−4)フレームのアドレス情報が送出され、
メモリ11は、与えられたアドレスに対応する(n−
4)フレームの候補ブロックのデータを動き検出部13
に出力する。(n−4)フレームの候補ブロックがサー
チ範囲内で持つ移動量は、(2×x,2×y)である。
これは、(n−2)フレームに対して、(n−3)フレ
ームが1フレーム過去であるのに対して、(n−4)フ
レームが2フレーム過去であるからである。
は、所定のサーチ範囲内で候補ブロックを移動させるた
めのnフレームのアドレス情報が送出され、メモリ5
は、与えられたアドレスに対応するnフレームの候補ブ
ロックのデータを動き検出部13に出力する。nフレー
ムの候補ブロックがサーチ範囲内で持つ移動量は、
((−2)×x,(−2)×y)である。これは、(n
−2)フレームに対して、(n−4)フレームが2フレ
ーム未来であるからである。
位置関係を概略的に示すものである。簡単のため、サー
チ範囲内の候補ブロックの移動をx方向のみとする。図
3Aに示すように、(n−2)フレームの参照ブロック
に対して、(n−3)フレームの候補ブロックの移動量
を(a,0)とすると、(n−4)フレームの候補ブロ
ックの移動量が(2a,0)とされ、(n−1)フレー
ムの候補ブロックの移動量が(−a,0)とされ、nフ
レームの候補ブロックの移動量が(−2a,0)とされ
る。また、図3Bに示すように、(n−2)フレームの
参照ブロックに対して、(n−3)フレームの候補ブロ
ックの移動量を(−b,0)とすると、(n−4)フレ
ームの候補ブロックの移動量が(−2b,0)とされ、
(n−1)フレームの候補ブロックの移動量が(b,
0)とされ、nフレームの候補ブロックの移動量が(2
b,0)とされる。すなわち、動きを等速度運動である
とみなし、フレーム間の時間間隔に比例して、候補ブロ
ックの移動量が設定され、時間の前後関係に対応して移
動の方向(極性)が設定される。
よって、動きベクトルMVを検出する。この動きベクト
ルMVは、(n−2)フレームに属する参照ブロックの
動きを表している。動き検出部13では、nフレームの
候補ブロックと(n−2)フレームの参照ブロックとの
間の同一位置の画素値の差分の絶対値を積算し、絶対値
和が計算される。同様に、(n−1)フレームの候補ブ
ロックと(n−2)フレームの参照ブロックとの間の差
分の絶対値和、(n−3)フレームの候補ブロックと
(n−2)フレームの参照ブロックとの間の差分の絶対
値和、(n−4)フレームの候補ブロックと(n−2)
フレームの参照ブロックとの間の差分の絶対値和が計算
される。上述したように、これらの候補ブロックの参照
ブロックに対する位置的オフセット(移動量および移動
方向)は、参照ブロックが属するフレームと候補ブロッ
クが属するフレーム間の時間間隔と、2フレームの時間
的な前後関係によって設定される。
つの移動に対応して、4個の差分の絶対値和が求められ
る。この差分の絶対値和が積算されて、その移動に対応
する評価値が求められる。この評価値の中の最小値を生
じさせる候補ブロックの位置的オフセットを検出するこ
とによって、参照ブロックの動きベクトルが決定され
る。
は、下記の数式によって計算される。この式において、
nフレームの各画素レベルをZn(i,j)、(n−1)フレ
ームの各画素レベルをZn-1(i,j)、(n−2)フレーム
の各画素レベルをZn-2(i,j)、(n−3)フレームの各
画素レベルをZn-3(i,j)、(n−4)フレームの各画素
レベルをZn-4(i,j)と表す。また、ブロックサイズをM
画素×Nラインとする。
分の絶対値和を求める場合に、(n−2)フレームと他
のフレーム間の差分の絶対値和を計算しているが、隣接
する2フレーム間の差分の絶対値和を求め、差分の絶対
値和を積算することによって評価値を求めるようにして
も良い。この場合の評価値の計算式を下記に示す。
して説明する。(n−2)フレームの画像データSn-2
が格納されているメモリ7からの出力信号(画素デー
タ)がレジスタ31に供給され、並列に4個の同一のデ
ータがレジスタ31から出力される。レジスタ31から
の4個の画素データがそれぞれ反転されて加算器36、
37、38、39に供給される。加算器36、37、3
8、39は、減算器としての機能を有するので、以下に
おいては、減算器と称する。
いるメモリ3からの出力信号(画素データ)がレジスタ
32を介して減算器36に供給される。(n−1)フレ
ームの画像データSn-1 が格納されているメモリ5から
の出力信号(画素データ)がレジスタ33を介して減算
器37に供給される。同様に、(n−3)フレームの画
像データSn-3 が格納されているメモリ9からの出力信
号(画素データ)、並びに(n−4)フレームの画像デ
ータSn-4 が格納されているメモリ11からの出力信号
(画素データ)がレジスタ34および35をそれぞれ介
して減算器38および39に供給される。
照ブロックの画素データと、それに対応するnフレーム
の候補ブロックの画素データとの差分が計算される。こ
の差分値が絶対値化回路40によって絶対値に変換され
る。絶対値化回路40に対しては、加算器44およびレ
ジスタ48からなる累積加算器が接続される。ブロック
内のM×N個の画素に関する差分値の計算が終了する
と、レジスタ48には、積算値(絶対値和)が発生す
る。この絶対値和が評価値メモリ52に供給される。
照ブロックの画素データと、それに対応する(n−1)
フレームの候補ブロックの画素データとの差分が計算さ
れ、差分出力が絶対値化回路41により絶対値に変換さ
れ、差分の絶対値が加算器45およびレジスタ49によ
って累積加算される。絶対値和が評価値メモリ52に供
給される。
て、(n−2)フレームの参照ブロックの画素データ
と、それに対応する(n−3)フレームの候補ブロック
の画素データとの差分の絶対値が生成される。加算器4
6およびレジスタ50によって絶対値和が生成され、絶
対値和が評価値メモリ52に供給される。さらに、減算
器39、絶対値化回路43、加算器47およびレジスタ
51によって、(n−2)フレームの参照ブロックの画
素データと、それに対応する(n−4)フレームの候補
ブロックの画素データとの差分の絶対値和が生成され
る。この絶対値和が評価値メモリ52に供給される。
2フレームの組み合わせで発生した差分の絶対値和を集
計する積算回路が設けられており、4個の差分の絶対値
和を集計したものが評価値E(x,y) として評価値メモリ
52に格納される。評価値メモリ52は、サーチ範囲の
原点と、原点からx方向および/またはy方向に1画素
ずつオフセットを有する位置とにそれぞれ評価値を格納
する。それによって、評価値テーブルが作成される。評
価値メモリ52の書き込み動作、読み出し動作がメモリ
コントロール部53によって制御される。また、移動量
(x,y)に対応する評価値が評価値メモリ52に格納
されると、レジスタ48、49、50、51の内容がク
リアされる。
れたアドレスに従って評価値が読み出される。読み出さ
れた評価値が比較回路54およびレジスタ55に供給さ
れる。レジスタ55の出力が比較回路54に供給され
る。また、メモリコントロール部53が発生した読み出
しアドレスがレジスタ56に供給される。レジスタ55
および56に対して比較回路54の出力がライト(入
力)イネーブルとして供給される。
さい方の値を出力する。すなわち、評価値メモリ52か
ら読み出された評価値がレジスタ55に格納されている
それまでの最小の評価値よりも小さい時には、レジスタ
55および56に対するライトイネーブルとしての比較
出力が発生する。それによって、新たな最小の評価値が
レジスタ55に取り込まれると共に、その新たな評価値
のアドレスがレジスタ56に取り込まれる。逆の場合で
は、比較回路54からは、ライトイネーブルとしての出
力が発生せず、レジスタ55および56の内容が更新さ
れない。
ての評価値についての最小値が検出されると、最小の評
価値のアドレスがレジスタ56から動きベクトルMVと
して出力端子14に取り出される。
分の絶対値和を計算しているが、差分の自乗和、しきい
値以上またはしきい値以下の差分の絶対値の個数、差分
の極値等を使用することができる。また、一実施形態で
は、時間的に連続する5フレームを使用し、その中央の
フレームの動きを検出している。しかしながら、動き検
出に使用するフレーム数は、5フレームに限らず、3フ
レーム以上であれば良い。マッチングをとる2フレーム
の間隔は、1フレームに限定されず、2フレーム間隔の
マッチングをとるようにしても良い。さらに、一実施形
態では、ブロック単位で動きを検出しているが、多フレ
ームデータを利用することによりブロックの大きさを小
さくできる利点を活かして、ブロックの大きさを最小に
する、つまり、画素単位で動きを検出するようにしても
良い。
く、より多くのフレームの画像を用いて動き検出がなさ
れる。この発明では、空間的に従来よりも小さな領域を
使用しても、検出精度を保つことができる。ブロックサ
イズを小さくできるので、複数動きの問題を低減でき
る。一方、3フレーム以上のフレームの画像を用いて動
き検出を行うので、反復パターンに関して、従来に比し
てエラーを低減できる。
例の構成を示すブロック図である。
ある。
に用いる略線図である。
に用いる略線図である。
8,10・・・1フレーム遅延部、13・・・動き検出
部、52・・・評価値メモリ、54・・・比較回路
Claims (2)
- 【請求項1】 画像信号中の動きを検出する動き検出方
法において、 時間的に異なる少なくとも3枚のフレーム画像を用い、
第1の画素または第1のブロックを固定し、第2の画素
または第2のブロックを所定の範囲内で移動させ、上記
第1の画素または第1のブロックと上記第2の画素また
は第2のブロック間のマッチングの度合いを示す評価値
テーブルを生成するステップと、 上記評価値テーブルに基づいて、動きベクトルを検出す
るステップとからなり、 上記評価値テーブルを生成するステップにおいて、上記
第2の画素または第2のブロックの移動量を、上記第1
の画素または第1のブロックが属するフレームと、上記
第2の画素または第2のブロックの属するフレーム間の
時間間隔に比例させることを特徴とする動き検出方法。 - 【請求項2】 画像信号中の動きを検出する動き検出装
置において、 時間的に異なる少なくとも3枚のフレーム画像を用い、
第1の画素または第1のブロックを固定し、第2の画素
または第2のブロックを所定の範囲内で移動させ、上記
第1の画素または第1のブロックと上記第2の画素また
は第2のブロック間のマッチングの度合いを示す評価値
テーブルを生成する手段と、 上記評価値テーブルに基づいて、動きベクトルを検出す
る手段とからなり、 上記評価値テーブルを生成する手段において、上記第2
の画素または第2のブロックの移動量を、上記第1の画
素または第1のブロックが属するフレームと、上記第2
の画素または第2のブロックの属するフレーム間の時間
間隔に比例させることを特徴とする動き検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19053099A JP2001025021A (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | 動き検出方法および動き検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19053099A JP2001025021A (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | 動き検出方法および動き検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001025021A true JP2001025021A (ja) | 2001-01-26 |
Family
ID=16259631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19053099A Pending JP2001025021A (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | 動き検出方法および動き検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001025021A (ja) |
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