JP2002063572A - Image compositing system having camera parameter detecting means - Google Patents
Image compositing system having camera parameter detecting meansInfo
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- Studio Circuits (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Processing Of Color Television Signals (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】 バーチャルスタジオの画像
合成における背景画像生成に係り、クロマキーバックに
設けたマーカーによりカメラ位置を推定する手段に関す
る。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to background image generation in image synthesis in a virtual studio, and to a means for estimating a camera position using a marker provided on a chroma keyback.
【0002】[0002]
【従来の技術】 テレビジョンのバーチャルスタジオ等
で、クロマキーバック(ブルーバック)を背景に、前景
が人物等の被写体の撮影画像から該被写体の画像領域を
クロマキー手段で抽出し、その背景画像をCG(コンピ
ュータグラフィクス)で生成して合成する画像合成シス
テムが利用されている。上記背景画像が、カメラワーク
による変化に対応して違和感なくリアルタイムに適応す
るためには、バーチャルスタジオ空間の3次元座標系に
基づくカメラ位置(x、y、z)、カメラ角度(パン、
チルト、ロール)、及び焦点距離(ズーム)(以後は単
にカメラ位置、カメラ角度、焦点距離、と記載する)を
示すカメラパラメータに基づいて前記背景画像を生成す
る必要がある。カメラパラメータの検知手段は、例えば
機械式検知装置は、スタジオカメラの三脚等カメラ設置
具にロータリーエンコーダ等のセンサを設けてカメラ角
度を、また、レンズにレンズセンサを設けて焦点距離を
検知する。他に、本出願人は、濃/淡ブルーの塗り分け
により格子状パタンを描いたクロマキーバックを背景に
被写体を撮影し、前記格子状パタン画像をパタン認識す
る検知手段によりカメラパラメータを推定する方法を、
先願の特願平11−129426「画像合成におけるカ
メラパラメータ推定方法」により提案している。2. Description of the Related Art In a virtual studio of a television or the like, an image region of a subject such as a person is extracted from a photographed image of the subject by a chroma key means with a chroma key back (blue back) as a background, and the background image is subjected to CG. 2. Description of the Related Art An image synthesizing system for generating and synthesizing (computer graphics) is used. In order for the background image to adapt in real time without any discomfort in response to changes due to camera work, the camera position (x, y, z) and camera angle (pan,
The background image needs to be generated based on camera parameters indicating tilt, roll) and focal length (zoom) (hereinafter simply referred to as camera position, camera angle, and focal length). For example, a mechanical detection device detects a camera angle by providing a sensor such as a rotary encoder on a camera installation tool such as a tripod of a studio camera, and detects a focal length by providing a lens sensor on a lens. In addition, the present applicant has a method of estimating a camera parameter by detecting means for photographing a subject against a chroma key-back in which a lattice pattern is drawn by applying dark / light blue separately and detecting the lattice pattern image in a pattern. To
This is proposed in Japanese Patent Application No. 11-129426, "Method for Estimating Camera Parameters in Image Synthesis".
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】 前記検知手段には長
所/短所があり、前記機械式検知装置は、カメラ角度及
び焦点距離は簡便で迅速に検知できるが、カメラ位置は
レールを敷設してスタジオカメラを台車で移動し、その
車輪の回転を検知するなどであり、大掛かりの上に移動
位置の制約、誤差の累積等がある。前記パタン認識によ
る手段は、全てのカメラパラメータが検知できるが、処
理が複雑、コスト高及び画像処理の遅延等の短所があ
る。ここで、上記に係り、スタジオカメラはカメラ位置
を移動しながら撮影するという観点で述べている。しか
し、実際は一定のカメラ位置での撮影が多く、複数のス
タジオカメラを用いるシステムでも、通常は、位置を移
動しながら撮影するのは1式だけで、残りは一定のカメ
ラ位置であり、カメラパラメータ検知手段を備えていて
も前記レールの敷設等のカメラ位置検知手段は備えてい
ない。カメラ位置が一定であっても、リアルタイムの必
要はないが最初の時点でカメラ位置を一度検知する必要
はある。従来は、セットアップ時などにバーチャルスタ
ジオの3次元座標系に基づくカメラ位置をメジャー等で
計測していた。しかし、リハーサルでの立ち位置合せ等
による頻繁なカメラ位置変更もあり、メジャー等による
計測は面倒で誤差も多かった。更に、限られたスタッフ
人員及び収録時間において、バーチャルスタジオと調整
室との間での前記背景画像の位置合せ、又は修正のため
の遣り取りは困難であった。The detection means has advantages / disadvantages. The mechanical detection device can easily and quickly detect a camera angle and a focal length, but the camera position can be detected by installing a rail on a studio. The camera is moved by a trolley, and the rotation of the wheel is detected. There is a restriction on the movement position and an accumulation of errors on a large scale. The pattern recognition means can detect all camera parameters, but has disadvantages such as complicated processing, high cost, and delay in image processing. Here, in connection with the above, the studio camera is described from the viewpoint of shooting while moving the camera position. However, in practice, photography is often performed at a fixed camera position, and even in a system using a plurality of studio cameras, usually only one set of images is taken while moving the position, and the rest is a fixed camera position. Even if the detecting means is provided, the camera position detecting means such as the installation of the rail is not provided. Even if the camera position is constant, there is no need for real time, but it is necessary to detect the camera position once at the beginning. Conventionally, a camera position based on a three-dimensional coordinate system of a virtual studio is measured by a measure or the like at the time of setup or the like. However, there were frequent changes in camera position due to standing position adjustment during rehearsals, and measurement with a measure or the like was troublesome and had many errors. Furthermore, due to limited staffing and recording time, it was difficult to exchange the background image between the virtual studio and the control room, or to correct the background image.
【0004】本発明は、このような背景に鑑みてなさ
れ、スタジオカメラのカメラ位置は一定、又は時により
頻繁に変更することもある画像合成システムにおいて、
カメラ角度等の検知は簡便で迅速な機械式検知装置を用
い、カメラ位置の変更時には、クロマキーバックに設け
た複数のマーカーのそれぞれを画面の所定位置に捉える
だけでカメラ位置を示すカメラパラメータを推定でき
て、前述のメジャー等の計測やレールの敷設又はパタン
認識の検知手段による短所を排除し、また、背景画像の
位置合わせが容易なカメラパラメータ検知手段を有する
画像合成システムを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such a background, and an image synthesizing system in which a camera position of a studio camera is constant or sometimes changes frequently.
The camera angle is easily and quickly detected using a mechanical detection device. When changing the camera position, the camera parameters that indicate the camera position can be estimated simply by capturing each of the markers provided on the chroma key back at the specified positions on the screen. It is an object of the present invention to provide an image composition system having a camera parameter detecting means capable of eliminating the above-mentioned disadvantages of measuring means, measuring rails, laying rails or detecting patterns, and easily aligning a background image. And
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】 本発明者は、上記に鑑
み鋭意研究の結果、次の手段によりこの問題を解決し
た。 (1)クロマキー手段による画像合成システムにおい
て、その表面と同色で濃/淡の異なるマーカーが複数配
設されたクロマキーバックと、カメラ設置具上のスタジ
オカメラと、該スタジオカメラを制御する映像装置と、
前記スタジオカメラの撮像画面の所定位置に、前記複数
のマーカー画像の一部を順次撮像した時のカメラ角度に
基づくカメラパラメータを検知・記録する機械式検知装
置と、該装置のカメラパラメータ出力に基づき背景画像
を生成するCG生成装置と、該CG生成装置と前記映像
装置のそれぞれの出力信号を合成する合成装置を備え、
前記機械式検知装置が、前記検知・記録したカメラ角度
に基づきカメラ位置を示すカメラパラメータを推定でき
ることを特徴とするカメラパラメータ検知手段を有する
画像合成システム。Means for Solving the Problems The present inventor has solved the problem by the following means as a result of intensive studies in view of the above. (1) In an image synthesizing system using chroma key means, a chroma key back in which a plurality of markers of the same color as the surface and having different densities / shades are arranged, a studio camera on a camera installation tool, and a video device for controlling the studio camera ,
A mechanical detection device that detects and records a camera parameter based on a camera angle when a part of the plurality of marker images is sequentially captured at a predetermined position on an imaging screen of the studio camera, based on a camera parameter output of the device. A CG generation device that generates a background image; and a synthesis device that synthesizes respective output signals of the CG generation device and the video device.
An image synthesizing system comprising a camera parameter detecting means, wherein the mechanical detecting device can estimate a camera parameter indicating a camera position based on the detected and recorded camera angle.
【0006】(2)前記クロマキーバックに配設された
マーカーが、少なくとも2個又はそれ以上の個数で構成
されてなることを特徴とする前項(1)に記載のカメラ
パラメータ検知手段を有する画像合成システム。 (3)前記機械式検知装置が、前記スタジオカメラの撮
像画面の中央位置に、前記複数のマーカー画像のそれぞ
れの中心部を順次撮像した時の検知・記録したカメラ角
度に基づきカメラ位置を示すカメラパラメータを推定で
きることを特徴とする前項(1)又は(2)に記載のカ
メラパラメータ検知手段を有する画像合成システム。 (4)前記機械式検知装置が、前記スタジオカメラの撮
像画面の所定位置に、前記複数のマーカー画像の一部を
順次撮像した時のカメラ角度を設定できるスイッチを備
えてなることを特徴とする前項(1)〜(3)のいずれ
か1項に記載のカメラパラメータ検知手段を有する画像
合成システム。 (5)前記機械式検知装置が、該機械式検知装置出力の
それぞれの前記カメラパラメータに対するオフセット値
を付加調整できるカメラパラメータ調整器を備えてなる
ことを特徴とする前項(1)〜(4)のいずれか1項に
記載のカメラパラメータ検知手段を有する画像合成シス
テム。 (6)前記機械式検知装置が、前記カメラ設置具に装着
されてなることを特徴とする前項(1)〜(5)のいず
れか1項に記載のカメラパラメータ検知手段を有する画
像合成システム。(2) The image synthesizing apparatus having the camera parameter detecting means according to the above (1), wherein the markers arranged on the chroma key back are constituted by at least two or more markers. system. (3) A camera indicating the camera position based on the detected and recorded camera angle when the mechanical detection device sequentially captures the center of each of the plurality of marker images at the center position of the imaging screen of the studio camera. An image synthesizing system comprising the camera parameter detecting means according to the above (1) or (2), wherein a parameter can be estimated. (4) The mechanical detection device includes a switch at a predetermined position on an imaging screen of the studio camera, the switch being capable of setting a camera angle when sequentially capturing a part of the plurality of marker images. An image composition system comprising the camera parameter detection means according to any one of the above items (1) to (3). (5) The mechanical detection device includes a camera parameter adjuster that can add and adjust an offset value for each of the camera parameters of the output of the mechanical detection device. An image composition system comprising the camera parameter detection means according to any one of the above. (6) The image synthesizing system according to any one of (1) to (5), wherein the mechanical detection device is mounted on the camera installation tool.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】 本発明の実施の形態を、実施例
の図を参照して説明する。図1は本発明実施例の画像合
成システムの要部構成図。図2は同実施例のマーカーに
よるカメラ位置推定概念図。図3は同実施例のピンホー
ルカメラモデルの説明図。図4は図3の画像平面を焦点
面にもってきた図。図5は同実施例の座標系の運動の説
明図、である。図において、1はクロマキーバック、
〜nはマーカー、3は被写体、4はスタジオカメラ、5
はレンズセンサ、6はカメラ角度センサ、7はカメラ設
置具、8は機械式検知装置、9は映像装置、10はCG
生成装置、11は合成装置、12は端子、13はレン
ズ、14は画面、である。Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of an image composition system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a conceptual diagram of camera position estimation using a marker according to the embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram of a pinhole camera model of the embodiment. FIG. 4 is a diagram in which the image plane of FIG. 3 is brought to a focal plane. FIG. 5 is an explanatory diagram of the movement of the coordinate system of the embodiment. In the figure, 1 is a chroma key back,
N is a marker, 3 is a subject, 4 is a studio camera, 5
Is a lens sensor, 6 is a camera angle sensor, 7 is a camera installation tool, 8 is a mechanical detection device, 9 is a video device, 10 is CG
A generation device, 11 is a synthesis device, 12 is a terminal, 13 is a lens, and 14 is a screen.
【0008】図1で、その表面と同色で濃/淡の異なる
マーカー〜nが複数配設されたクロマキーバック1
と、カメラ設置具7上のスタジオカメラ4と、該スタジ
オカメラ4を制御する映像装置9と、前記スタジオカメ
ラ4の撮像画面の所定位置に、前記複数のマーカー〜
nの画像のそれぞれの中心部を順次撮像した時のカメラ
角度に基づくカメラパラメータを検知・記録する機械式
検知装置8と、該装置のカメラパラメータ出力に基づき
背景画像を生成するCG生成装置10と、該CG生成装
置10と前記映像装置9のそれぞれの出力信号を合成す
る合成装置を備えて、前記機械式検知装置が、前記検知
・記録したカメラ角度に基づきカメラ位置を示すカメラ
パラメータを推定して、スタジオカメラ4の撮影位置は
一定、又は時により変更して撮影されるカメラパラメー
タ検知手段を有する画像合成システムである。ここで、
本発明の特徴とするところは、バーチャルスタジオにお
けるクロマキーバック1の表面の設定位置に、これと同
色で濃/淡が異なりそれぞれ適当な相互間隔を有するマ
ーカー〜nを複数備えることにある。マーカー〜n
は、その中心部が判別できるように、例えばテープ等を
十文字状に貼付けるなどによるものであり、これらは前
記バーチャルスタジオの空間に基づく3次元座標が既知
である。前記カメラ位置を示すカメラパラメータは、撮
像画面の所定位置に前記濃/淡差により表示される前記
マーカー画像を撮像した状態で、演算回路を備えた機械
式検知装置8が検知したカメラ角度に基づき推定する。In FIG. 1, a chroma key back 1 in which a plurality of markers of the same color as the surface and having different darkness / lightness is provided.
A studio camera 4 on a camera installation tool 7, a video device 9 for controlling the studio camera 4, and the plurality of markers at predetermined positions on an imaging screen of the studio camera 4.
a mechanical detection device 8 for detecting and recording camera parameters based on a camera angle when each central portion of the n images is sequentially imaged, and a CG generation device 10 for generating a background image based on the camera parameter output of the device. And a synthesizing device for synthesizing output signals of the CG generating device 10 and the video device 9, wherein the mechanical detection device estimates a camera parameter indicating a camera position based on the detected and recorded camera angle. Further, this is an image synthesizing system having a camera parameter detecting means for photographing with the photographing position of the studio camera 4 being fixed or changed with time. here,
A feature of the present invention resides in that a plurality of markers to n having the same color but different in density / lightness and having an appropriate mutual interval are provided at a set position on the surface of the chroma key back 1 in the virtual studio. Marker ~ n
Is based on, for example, pasting a tape or the like in a cross shape so that the center of the virtual studio can be identified, and these three-dimensional coordinates based on the space of the virtual studio are known. The camera parameter indicating the camera position is based on a camera angle detected by the mechanical detection device 8 including an arithmetic circuit in a state where the marker image displayed by the density difference is captured at a predetermined position on an imaging screen. presume.
【0009】即ち、図1及び図2において、まず、例え
ばスタジオカメラ4が水平位置で、かつクロマキーバッ
ク1の中心付近方向を撮像している位置等で、カメラ角
度センサ6の図示しないリセットボタンでセンサの値を
リセットする。これをセンサの零点として設定してから
後に、スタジオカメラ4による画面14のレンズ13の
光軸に基づく、スタジオカメラ4の撮像画面14中央の
設定位置に、マーカー〜nのうちの一つのマーカー画
像の中心部を撮像する。図1において、前記マーカー画
像の中心部を撮像した状態の時に、機械式検知装置8に
設けた図示しないマーカー捕捉スイッチボタン等を押す
などのタイミングで、検知したカメラ角度をメモリに記
録する。同様にして、マーカー〜nのそれぞれについ
て順次撮像し、それぞれのカメラ角度を記録する。この
場合、レンズ13の焦点距離は任意の一定値でよい。こ
のように、機械式検知装置8出力のカメラパラメータの
うち、カメラ位置については、前記検知して記録したカ
メラ角度に基づき、次のようにカメラ位置推定アルゴリ
ズムにより計算されることを特徴とする。In FIG. 1 and FIG. 2, first, for example, at a position where the studio camera 4 is in a horizontal position and an image is taken in a direction near the center of the chroma key back 1, a reset button (not shown) of the camera angle sensor 6 is used. Reset the sensor value. After setting this as the zero point of the sensor, one marker image of the markers to n is set at the center position of the imaging screen 14 of the studio camera 4 based on the optical axis of the lens 13 of the screen 14 by the studio camera 4. Of the center of the image. In FIG. 1, when the central part of the marker image is imaged, the detected camera angle is recorded in the memory at a timing such as when a marker capture switch button (not shown) provided on the mechanical detection device 8 is pressed. Similarly, images are sequentially taken for each of the markers to n, and the respective camera angles are recorded. In this case, the focal length of the lens 13 may be any constant value. As described above, the camera position among the camera parameters output from the mechanical detection device 8 is calculated by the camera position estimation algorithm as follows based on the detected and recorded camera angle.
【0010】1.ピンホールカメラと中心射影 図3にピンホールカメラを示す。画像平面Iから距離f
のところに画像平面Iに平行な面Fを置き、その面上の
点Cにピンホールを明ける。物体からくる光りはピンホ
ール、すなわち点Cを通り、画像平面上に像を結ぶ。物
体の点とピンホール、画像平面上の像は一直線上にあ
る。このような射影は中心射影(perspectiv
e projection)と呼ばれる。点Cをレンズ
中心(focal point)、又は、焦点(foc
us)、面Fを焦点面(Focal plane)、点
C(レンズ中心)から画像平面までの距離fを焦点距離
(focal length)という。点Cを通り画像
平面に垂直な線を光軸(optical axis)と
いい、それと画像平面との交点cを画像中心(prin
cipal point)という。いうまでもなく、光
軸は焦点面にも直交する。まず、中心射影の方程式を記
述する座標系を定義する。画像座標系は、画像中心cを
原点とし、x軸とy軸はそれぞれカメラ素子の配置軸に
合わせる。光軸を第3の軸としたときに、右手系となる
ように順序を決める。さらに3次元空間の座標系は、焦
点Cを原点に、光軸をZ軸とし、X軸とY軸はそれぞれ
x軸とy軸の反対方向に置く。このようにすれば、右手
系が保たれる。右手系は回転行列を用いるときに都合が
よい。以上の座標系を用いると、3次元空間内の点の3
次元座標とその2次元像との間に、次の関係が成り立
つ。[0010] 1. Pinhole Camera and Center Projection FIG. 3 shows a pinhole camera. Distance f from image plane I
And place a plane F parallel to the image plane I, and make a pinhole at point C on that plane. Light coming from the object passes through a pinhole, ie, point C, and forms an image on an image plane. The point of the object, the pinhole, and the image on the image plane are on a straight line. Such a projection is a central projection (perspectiv).
e projection). The point C is located at the lens center (focal point) or the focal point (foc).
us), the plane F is referred to as a focal plane, and the distance f from the point C (the center of the lens) to the image plane is referred to as a focal length. A line passing through the point C and perpendicular to the image plane is called an optical axis, and an intersection c between the optical axis and the image plane is defined as an image center (prin).
chip point). Of course, the optical axis is also orthogonal to the focal plane. First, a coordinate system that describes the equation of central projection is defined. In the image coordinate system, the origin is the image center c, and the x-axis and the y-axis are respectively aligned with the arrangement axes of the camera elements. When the optical axis is the third axis, the order is determined so as to be a right-handed system. Further, in the coordinate system of the three-dimensional space, the focal point C is set as the origin, the optical axis is set as the Z axis, and the X axis and the Y axis are set in directions opposite to the x axis and the y axis, respectively. In this way, the right-handed system is maintained. The right-handed system is convenient when using a rotation matrix. Using the above coordinate system, three points in a three-dimensional space
The following relationship holds between the dimensional coordinates and the two-dimensional image.
【0011】[0011]
【数1】 (Equation 1)
【0012】図4に示すように、焦点面の後ろにある画
像面を、焦点面の前にもってきて、反転させても上記関
係は成り立つ。As shown in FIG. 4, the above relationship holds even if the image plane behind the focal plane is brought forward of the focal plane and inverted.
【0013】2.射影行列と外部変数 非線形の式(1)は次のように線形表現できる。2. Projection matrix and external variables Non-linear equation (1) can be linearly expressed as follows.
【0014】[0014]
【数2】 (Equation 2)
【0015】[0015]
【数3】 (Equation 3)
【0016】[0016]
【数4】 (Equation 4)
【0017】3.導出式(9)を要素によって書き表す
と、3. When the derivation equation (9) is written by an element,
【0018】[0018]
【数5】 (Equation 5)
【0019】 ここで、R =rij(i,j=1,2,3) ri=(ri1,ri2,ri3)T(i=1,2,
3)である。任意のベクトルa,bに対して、ベクトル
の内積を(a,b)と表す。これを式(3)に代入する
と、Here, R = rij (i, j = 1,2,3) ri = (ri1, ri2, ri3) T (i = 1,2,2)
3). For any vectors a and b, the inner product of the vectors is represented as (a, b). Substituting this into equation (3) gives
【0020】[0020]
【数6】 (Equation 6)
【0021】すなわち、ひとつのマーカー点から二つの
式が得られる。求める未知数は、tx,ty,tzの3
つだから最低2つの3次元位置が既知のマーカー点を観
測できればよい。いま、第一のマーカー点M=(X1,
Y1,Z1)Tを画像中心に観測したときの回転行列を
Rとし、第二のマーカー点M’=(X2,Y2,Z2)
Tを画像中心に観測したときの回転行列をR’とする。
これをひとつにまとめると、次のように書ける。That is, two equations are obtained from one marker point. The unknown to be determined is tx, ty, and tz.
Therefore, it is sufficient that at least two three-dimensional positions can observe a known marker point. Now, the first marker point M = (X1,
Y, Z1) The rotation matrix when observing T around the image is R, and the second marker point M ′ = (X2, Y2, Z2)
Let R 'be the rotation matrix when T is observed around the center of the image.
Putting this together, we can write:
【0022】[0022]
【数7】 (Equation 7)
【0023】未知数tx,ty,tzに対して方程式が
4つとなるが、これは最小二乗法により解けばよい。一
般に、方程式Aχ=bをχについて最小二乗の意味にお
いて解くことは、‖Aχ−b‖2を最小にすることであ
る。これは簡単には正規方程式ATAχ=ATbを解く
ことである。There are four equations for the unknowns tx, ty and tz, which can be solved by the least squares method. In general, solving the equation Aχ = b in the sense of least squares for χ is to minimize ‖Aχ−b‖2. This is simply to solve the normal equation ATAχ = ATb.
【0024】4.アルゴリズム ブルーバック上にn点のマーカーM1=(X1,Y
1,Z1)T,・・・・,Mn=(Xn,Yn,Zn)
Tを設置し、これらの3次元位置は既知とする。 カメラのファインダー内センタに各々のマーカー点を
撮像し、そのときのセンサからの各々の回転行列を、 R1=(rij(1)),・・・,Rn=(rij
(n)) (ij=1,2,3)とする。このとき焦点距離は任意
で構わない。 各々のマーカー点を観測したときのセンサからの回転
行列を用いて、次の方程式を最小二乗法によって解くこ
とからカメラ位置tx,ty,tzを求める。4. Algorithm n points of marker M1 = (X1, Y
1, Z1) T,..., Mn = (Xn, Yn, Zn)
T is set, and these three-dimensional positions are assumed to be known. Each marker point is imaged at the center in the viewfinder of the camera, and each rotation matrix from the sensor at that time is represented by R1 = (rij (1)),..., Rn = (rij
(N)) (ij = 1, 2, 3). At this time, the focal length may be arbitrary. Using the rotation matrix from the sensor at the time of observing each marker point, the following equations are solved by the least-squares method to obtain camera positions tx, ty, and tz.
【0025】[0025]
【数8】 (Equation 8)
【0026】[0026]
【実施例】 本発明の実施例を図1を参照して説明す
る。バーチャルスタジオにおいて、クロマキーバック1
の表面の適当な相互間隔を有した設定位置に、これと同
色で濃/淡が異なるマーカー〜nを設ける。三脚等の
設置具7に設置されたスタジオカメラ4は、クロマキー
バック1を背景に前景としての被写体3を撮影し、その
画像信号出力はカメラコントロール機能を有する映像装
置9を介し、クロマキー手段を有する合成装置11に入
力して被写体3の画像領域が抽出される。上記画像領域
の抽出において、マーカー〜nはクロマキーバック1
と同色であるので抽出は可能である。機械式検知装置8
は、スタジオカメラ4のレンズ13に設けたレンズセン
サ5、及びカメラ設置具7に設けたカメラ角度センサ6
が接続され、カメラワークに対応した前記カメラ角度及
び焦点距離をリアルタイムに検知する。演算回路を備え
た機械式検知装置8は、カメラ角度、焦点距離、及び後
述のようにカメラ角度のデータに基づき推定され計算さ
れたカメラ位置を示すカメラパラメータを出力してCG
生成装置10に入力し、CG生成装置10は、カメラパ
ラメータに基づき前記抽出された被写体3画像の背景と
なるCG画像を生成出力する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Chroma key back 1 in virtual studio
Markers -n of the same color but different in darkness / lightness are provided at set positions having appropriate mutual intervals on the surface of. A studio camera 4 installed on an installation tool 7 such as a tripod captures a subject 3 as a foreground with a chroma key back 1 as a background, and outputs an image signal via a video device 9 having a camera control function and has a chroma key unit. The image area of the subject 3 is extracted by input to the synthesizing device 11. In the above-described extraction of the image area, the markers to n indicate the chroma key back 1.
Since it is the same color as, extraction is possible. Mechanical detection device 8
Are the lens sensor 5 provided on the lens 13 of the studio camera 4 and the camera angle sensor 6 provided on the camera
Are connected, and the camera angle and the focal length corresponding to the camera work are detected in real time. The mechanical detection device 8 including the arithmetic circuit outputs the camera parameters indicating the camera angle, the focal length, and the camera position estimated and calculated on the basis of the data of the camera angle as described later, and performs CG.
The CG image is input to the generation device 10, and the CG image generation device 10 generates and outputs a CG image as a background of the extracted three subject images based on the camera parameters.
【0027】合成装置11には前記生成出力された背景
用のCG画像が入力され、前記抽出された被写体画像に
対し、カメラワークの動きに対応して適応する背景画像
として合成し、合成画像が端子12に出力される。即
ち、本装置システムのセットアップ時又はカメラ位置の
変更時などに、例えば、スタジオカメラ4のレンズ13
の光軸に基づくスタジオカメラ4の撮像画面の中央位置
に、前記マーカー〜nのうち一つの中心部の画像を撮
像する。上記の状態の時に、機械式検知装置8は、これ
に設けた図示しないマーカー捕捉スイッチボタン等を押
すなどのタイミングで、検知した前記カメラ角度をメモ
リに記録する。同様にマーカー〜nのそれぞれを順次
撮像し、検知したそれぞれのカメラ角度を記録する。そ
して、前述のカメラ位置を示すカメラパラメータは、前
記記録したカメラ角度を用い、前述したカメラ位置推定
アルゴリズムにより計算される。 また、機械式検知装
置8は図示しないカメラパラメータ調整器を備えること
により、機械式検知装置8より出力されるカメラパラメ
ータの値のそれぞれは、オフセット値を付加調整して出
力することができる。更に、機械式検知装置8は、三脚
等のカメラ設置具7の脚部又はカメラ角度を操作するパ
ン棒等に締め付け金具等により装着して使用すれば、カ
メラマンはスタジオカメラ4を操作しながら機械式検知
装置8の前記カメラパラメータ調整器を操作できる。こ
こでマーカーは、大きな面積を有するクロマキーバック
1であっても、少なくても2個又はそれに以上の個数で
構成してもよい。例えば2個のマーカーであっても、カ
メラ位置を推定可能であり、上記カメラパラメータ調整
器により、オフセット値を付加調整することにより正確
なカメラ位置を推定できる。The background CG image generated and output is input to the synthesizing device 11 and synthesized with the extracted subject image as a background image adapted to the motion of the camera work. Output to terminal 12. That is, for example, when setting up the apparatus system or changing the camera position, for example, the lens 13 of the studio camera 4 is used.
An image of the central part of one of the markers to n is captured at the center position of the imaging screen of the studio camera 4 based on the optical axis of (1). In the above state, the mechanical detection device 8 records the detected camera angle in the memory at a timing such as when a marker capture switch button (not shown) provided on the mechanical detection device 8 is pressed. Similarly, each of the markers to n is sequentially imaged, and the detected camera angle is recorded. The camera parameters indicating the camera position are calculated by the above-described camera position estimation algorithm using the recorded camera angle. Further, since the mechanical detection device 8 includes a camera parameter adjuster (not shown), each of the camera parameter values output from the mechanical detection device 8 can be output with an offset value added and adjusted. Further, if the mechanical detection device 8 is used by attaching it to a leg of the camera installation tool 7 such as a tripod or a pan stick for controlling the camera angle with a fastener or the like, the cameraman can operate the studio camera 4 while operating the studio camera 4. The camera parameter adjuster of the type detection device 8 can be operated. Here, the marker may be a chroma key back 1 having a large area, or at least two or more markers. For example, even with two markers, the camera position can be estimated, and an accurate camera position can be estimated by adding and adjusting the offset value by the camera parameter adjuster.
【0028】[0028]
【発明の効果】 本願発明によれば、次のような効果が
発揮できる。 1.本願の請求項1の発明によれば、前記機械式検知装
置が、前記検知・記録したカメラ角度に基づきカメラ位
置を示すカメラパラメータを推定できるので、スタジオ
カメラのカメラ位置が一定又は時により頻繁に変更する
ことのある場合にも、カメラ角度及び焦点距離の検知は
迅速で簡便な機械式検知装置が利用でき、カメラ位置の
検知操作は前記それぞれのマーカー画像を画面の所定位
置に撮像するだけであり、前述のメジャー計測の面倒で
誤差の多い手段や前記レール敷設、又はパタン認識手段
の短所を排除して、簡便で正確及びローコストでカメラ
パラメータを検知し、画像合成を行うことができる。According to the present invention, the following effects can be obtained. 1. According to the invention of claim 1 of the present application, since the mechanical detection device can estimate the camera parameter indicating the camera position based on the detected and recorded camera angle, the camera position of the studio camera is constant or more frequently. Even when there is a change, the camera angle and focal length can be detected by a quick and simple mechanical detection device, and the camera position can be detected simply by capturing the respective marker images at predetermined positions on the screen. In addition, it is possible to easily, accurately and at low cost detect camera parameters and synthesize images by eliminating the disadvantages of the above-mentioned means for measuring the measurement, which is troublesome and has a lot of errors, the above-mentioned rail laying, or the pattern recognition means.
【0029】2.本願の請求項2の発明によれば、前記
クロマキーバックに配設されたマーカーが、少なくとも
2個又はそれ以上の個数で構成するのみでカメラ位置を
推定できるので、大きな面積を有するクロマキーバック
でも簡便で正確な画像合成を行うことができる。2. According to the invention of claim 2 of the present application, since the camera position can be estimated only by configuring at least two or more markers disposed on the chroma key back, even a chroma key back having a large area is simple. Thus, accurate image synthesis can be performed.
【0030】3.本願の請求項3の発明によれば、前記
機械式検知装置が、前記スタジオカメラの撮像画面の中
央位置に、前記複数のマーカー画像のそれぞれの中心部
を順次撮像した時の検知・記録したカメラ角度に基づき
カメラ位置を示すカメラパラメータを推定できるので、
より正確なカメラ位置によって画像合成を行うことがで
きる。3. According to the invention of claim 3 of the present application, a camera that detects and records when the mechanical detection device sequentially captures the center of each of the plurality of marker images at the center position of the imaging screen of the studio camera. Since camera parameters indicating the camera position can be estimated based on the angle,
Image composition can be performed with a more accurate camera position.
【0031】4.本願の請求項4の発明によれば、前記
機械式検知装置が、前記スタジオカメラの撮像画面の所
定位置に、前記複数のマーカー画像の一部を順次撮像し
た時のカメラ角度を設定できるスイッチを備えているの
で、カメラの上下、左右位置変更、又はカメラを他の番
組等に流用後復帰した場合でも、簡単に、かつ正確にカ
メラ角度の再設定が可能である。4. According to the invention of claim 4 of the present application, the mechanical detection device is provided with a switch that can set a camera angle when sequentially capturing a part of the plurality of marker images at a predetermined position on an imaging screen of the studio camera. Since the camera is provided, the camera angle can be easily and accurately reset even when the camera is moved up and down, left and right, or returned after diverting the camera to another program or the like.
【0032】5.本願の請求項5の発明によれば、前記
機械式検知装置が、該機械式検知装置出力のそれぞれの
前記カメラパラメータに対するオフセット値を付加調整
できるカメラパラメータ調整器を備えているので、限ら
れたスタッフ人員及び収録時間においても、カメラマン
と調整室との間での前記背景画像との微妙な位置合せ、
又は修正のやり取りが容易にできる。5. According to the invention of claim 5 of the present application, the mechanical detection device is provided with a camera parameter adjuster that can additionally adjust an offset value of the output of the mechanical detection device with respect to each of the camera parameters. Even in staff personnel and recording time, delicate alignment with the background image between the photographer and the adjustment room,
Or, exchange of corrections can be easily performed.
【0033】6.本願の請求項6の発明によれば、前記
機械式検知装置が、前記カメラ設置具に装着されている
ので、カメラマンは前記スタジオカメラを操作しながら
でも、手元で該機械式検知装置の前記カメラパラメータ
調整器を操作して背景のCG画像の位置合せが可能とな
る。6. According to the invention of claim 6 of the present application, since the mechanical detection device is mounted on the camera installation tool, the cameraman can operate the studio camera at hand, and at the same time, operate the camera of the mechanical detection device at hand. By operating the parameter adjuster, the position of the background CG image can be adjusted.
【図1】本発明実施例の画像合成システムの要部構成
図。FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of an image composition system according to an embodiment of the present invention.
【図2】同実施例のマーカーによるカメラ位置推定概念
図。FIG. 2 is a conceptual diagram of camera position estimation using a marker according to the embodiment.
【図3】同実施例のピンホールカメラモデルの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a pinhole camera model of the embodiment.
【図4】図3の画像平面を焦点の前にもってきた図。FIG. 4 shows the image plane of FIG. 3 before the focal point.
【図5】同実施例の座標系の運動の説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of movement of a coordinate system according to the embodiment.
1:クロマキーバック 〜n:マーカー 3:被写体 4:スタジオカメ
ラ 5:レンズセンサ 6:カメラ角度セ
ンサ 7:カメラ設置具 8:機械式検知装
置 9:映像装置 10:CG生成装
置 11:合成装置 12:端子 13:レンズ 14:画面1: Chroma key back ~ n: Marker 3: Object 4: Studio camera 5: Lens sensor 6: Camera angle sensor 7: Camera installation tool 8: Mechanical detection device 9: Video device 10: CG generation device 11: Synthesizing device 12: Terminal 13: Lens 14: Screen
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5B057 AA20 BA02 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB08 CB12 CB16 CC04 CE08 CE16 DA07 5C023 AA17 BA01 BA12 CA01 DA08 5C065 AA01 CC02 CC03 EE12 5C066 AA01 AA12 ED03 FA01 GA33 KD06 KE02 KE17 KM17 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference)
Claims (6)
において、その表面と同色で濃/淡の異なるマーカーが
複数配設されたクロマキーバックと、カメラ設置具上の
スタジオカメラと、該スタジオカメラを制御する映像装
置と、前記スタジオカメラの撮像画面の所定位置に、前
記複数のマーカー画像の一部を順次撮像した時のカメラ
角度に基づくカメラパラメータを検知・記録する機械式
検知装置と、該装置のカメラパラメータ出力に基づき背
景画像を生成するCG生成装置と、該CG生成装置と前
記映像装置のそれぞれの出力信号を合成する合成装置を
備え、前記機械式検知装置が、前記検知・記録したカメ
ラ角度に基づきカメラ位置を示すカメラパラメータを推
定できることを特徴とするカメラパラメータ検知手段を
有する画像合成システム。1. An image synthesizing system using chroma key means, a chroma key back in which a plurality of markers of the same color as the surface and having different densities are provided, a studio camera on a camera installation tool, and an image for controlling the studio camera. A device, a mechanical detection device that detects and records a camera parameter based on a camera angle when a part of the plurality of marker images is sequentially captured at a predetermined position on an imaging screen of the studio camera, and a camera parameter of the device. A CG generation device for generating a background image based on the output, and a synthesis device for synthesizing output signals of the CG generation device and the video device, wherein the mechanical detection device is configured to detect a background image based on the detected and recorded camera angle. An image synthesizing system having a camera parameter detecting means, wherein a camera parameter indicating a camera position can be estimated. Tem.
カーが、少なくとも2個又はそれ以上の個数で構成され
てなることを特徴とする請求項1に記載のカメラパラメ
ータ検知手段を有する画像合成システム。2. The image synthesizing system according to claim 1, wherein the number of markers provided on the chroma key back is at least two or more.
メラの撮像画面の中央位置に、前記複数のマーカー画像
のそれぞれの中心部を順次撮像した時の検知・記録した
カメラ角度に基づきカメラ位置を示すカメラパラメータ
を推定できることを特徴とする請求項1又は2に記載の
カメラパラメータ検知手段を有する画像合成システム。3. The camera position based on the detected and recorded camera angle when the mechanical detection device sequentially captures the center of each of the plurality of marker images at the center position of the imaging screen of the studio camera. An image composition system having a camera parameter detection unit according to claim 1, wherein a camera parameter shown can be estimated.
メラの撮像画面の所定位置に、前記複数のマーカー画像
の一部を順次撮像した時のカメラ角度を設定できるスイ
ッチを備えてなることを特徴とする請求項1〜3のいず
れか1項に記載のカメラパラメータ検知手段を有する画
像合成システム。4. The system according to claim 1, wherein the mechanical detection device includes a switch at a predetermined position on an imaging screen of the studio camera, the switch being capable of setting a camera angle when sequentially capturing a part of the plurality of marker images. An image synthesizing system comprising the camera parameter detecting means according to claim 1.
置出力のそれぞれの前記カメラパラメータに対するオフ
セット値を付加調整できるカメラパラメータ調整器を備
えてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項
に記載のカメラパラメータ検知手段を有する画像合成シ
ステム。5. The mechanical detection device according to claim 1, wherein the mechanical detection device includes a camera parameter adjuster capable of additionally adjusting an offset value for each of the camera parameters of the output of the mechanical detection device. An image composition system comprising the camera parameter detection means according to any one of the preceding claims.
具に装着されてなることを特徴とする請求項1〜5のい
ずれか1項に記載のカメラパラメータ検知手段を有する
画像合成システム。6. The image synthesizing system according to claim 1, wherein the mechanical detection device is mounted on the camera installation tool.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000251999A JP2002063572A (en) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | Image compositing system having camera parameter detecting means |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008537649A (en) * | 2005-02-16 | 2008-09-18 | ソニック ソリューションズ | Content creation, organization and / or playback based on embedded parameter identifiers |
JP2010278813A (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | M Soft:Kk | Video synthesizing method, video synthesis system |
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JPH10327349A (en) * | 1997-05-23 | 1998-12-08 | Sony Corp | Image forming device and image forming method |
-
2000
- 2000-08-23 JP JP2000251999A patent/JP2002063572A/en active Pending
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