JP2018078528A - Image analysis device, image analysis method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像解析装置、画像解析方法およびプログラムに関し、特に人体表面を測定するための画像解析装置、画像解析方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to an image analysis apparatus, an image analysis method, and a program, and more particularly to an image analysis apparatus, an image analysis method, and a program for measuring a human body surface.
スマートフォン、タブレット端末などに設けられたカメラを用いて人体表面を撮像し、得られた画像に基づいて人体表面の状態を解析する技術が知られている。特許文献1には、スマートフォンのカメラを用いて顔を撮像し、顔画像から肌のシミまたはシワを検出するアプリケーションプログラムが開示されている。特許文献2には、タブレット端末のカメラを用いて肌を撮像し、肌画像の輝度に基づいてメラニン沈着量を算出するアプリケーションプログラムが開示されている。
A technique is known in which a human body surface is imaged using a camera provided in a smartphone, a tablet terminal, or the like, and the state of the human body surface is analyzed based on the obtained image.
特許文献1および2に開示された技術においては、カメラを人体表面に近づけて撮像を行う必要がある。カメラは、通常、オートフォーカス機能を有しており、鮮明な画像を容易に撮像することができる。しかしながら、人体表面とカメラとの間の距離が非常に近い場合、オートフォーカス機能が適切に動作せず、鮮明な画像を撮像することが困難になる可能性がある。
In the techniques disclosed in
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、人体表面に近接して撮像を行う際に、鮮明な画像を容易に取得することが可能な画像解析装置、画像解析方法およびプログラ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 problem, and provides an image analysis apparatus, an image analysis method, and a program capable of easily acquiring a clear image when imaging close to a human body surface. The purpose is to do.
本発明に係る画像解析装置は、所定のフレームレートで複数フレームの画像データの撮像を行う撮像部と、前記撮像部のオートフォーカス機能を無効にすることで前記撮像部の合焦距離を固定し、前記撮像部が人体表面の撮像部位に対して前記合焦距離とは異なる第1の距離に位置する状態において前記撮像を開始し、前記撮像部が前記撮像部位に対して前記合焦距離を越えて第2の距離となる位置に移動するまで前記撮像を継続する制御部と、前記複数フレームの画像データから、前記撮像部位の鮮鋭度に基づく周波数成分のエネルギーが最大の前記画像データを取得する取得部と、前記取得部により取得された前記画像データを解析する解析部とを備える。 An image analysis apparatus according to the present invention fixes an in-focus distance of an image capturing unit that captures image data of a plurality of frames at a predetermined frame rate, and invalidating an autofocus function of the image capturing unit. The imaging unit starts the imaging in a state where the imaging unit is located at a first distance different from the in-focus distance with respect to the imaging site on the human body surface, and the imaging unit sets the in-focus distance to the imaging site. The control unit that continues the imaging until it moves to a position that becomes the second distance beyond, and the image data with the maximum frequency component energy based on the sharpness of the imaging region is acquired from the image data of the plurality of frames And an analysis unit that analyzes the image data acquired by the acquisition unit.
本発明に係る画像解析方法は、撮像部のオートフォーカス機能を無効にすることで前記撮像部の合焦距離を固定するステップと、前記撮像部が人体表面の撮像部位に対して前記合焦距離とは異なる第1の距離に位置する状態において、所定のフレームレートで複数フレームの画像データの撮像を開始するステップと、前記撮像部が前記撮像部位に対して前記合焦距離を越えて第2の距離となる位置に移動するまで、前記撮像を継続するステップと、前記複数フレームの画像データから、前記撮像部位の鮮鋭度に基づく周波数成分のエネルギーが最大の前記画像データを取得するステップと、取得した前記画像データを解析するステップとを備える。 The image analysis method according to the present invention includes a step of fixing a focusing distance of the imaging unit by disabling an autofocus function of the imaging unit, and the focusing distance of the imaging unit with respect to an imaging site on a human body surface A step of starting imaging of image data of a plurality of frames at a predetermined frame rate in a state where the imaging unit is positioned at a first distance different from the first distance; The step of continuing the imaging until moving to the position of the distance, obtaining the image data having the maximum frequency component energy based on the sharpness of the imaging region from the image data of the plurality of frames, Analyzing the acquired image data.
本発明によれば、人体表面に近接して撮像を行う際に、鮮明な画像を容易に取得することが可能となり、鮮明な画像を用いて精度の良い解析を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to easily acquire a clear image when performing imaging in the vicinity of the human body surface, and it is possible to perform accurate analysis using the clear image.
[第1実施形態]
図1は、本実施形態に係る画像解析装置100の外観図である。画像解析装置100は、例えばスマートフォン、タブレットコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistant)、ラップトップコンピュータ、携帯電話などの携帯情報端末であり得る。以下、画像解析装置100の一例としてスマートフォンを例に挙げて説明する。画像解析装置100の前面にはタッチパネル101が設けられ、背面上部には撮像部(カメラ)102が設けられている。撮像部102は、画像解析装置100の背面だけでなく、前面に設けられていても良い。画像解析装置100には、肌の状態を測定するためのアプリケーションプログラム(以下、測定アプリ)が予めインストールされている。測定アプリは図示されていないネットワークからダウンロードされてもよく、メモリカードなどの記録媒体を通じて画像解析装置100に供給されてもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an external view of an
タッチパネル101には測定アプリのアイコンが表示され、ユーザがアイコンに触れることにより測定アプリが起動する。ユーザは、画像解析装置100を把持し、撮像部102を頬、手の甲などの被写体に向けながら、被写体に対して近接または離隔させると、画像解析装置100は合焦した画像を自動的に撮像する。画像解析装置100は撮像された画像を解析し、解析結果をタッチパネル101に表示することができる。
An icon of the measurement application is displayed on the
図2は、本実施形態に係る画像解析装置100のブロック図である。画像解析装置100は、撮像部102、信号処理回路204、タイミング発生回路205、レンズ駆動回路206、LED207、スピーカ208、タッチセンサ209、座標検出回路210を備えている。さらに、画像解析装置100は、ディスプレイ211、ディスプレイコントローラ212、フレームメモリ213、CPU214、RAM215、ROM216、ストレージ217、モーションセンサ218、無線通信モジュール219を備えている。
FIG. 2 is a block diagram of the
撮像部102は、光学系201、撮像素子202、A/D変換器203を備える。光学系201は、光学フィルタ、固定レンズ、フォーカスレンズを含み、被写体(撮像部位)からの光を撮像素子202の撮像面に結像させ、被写体像を形成する。撮像素子202は、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサであり、2次元配列された複数の画素、色フィルタ、マイクロレンズを備える。複数の画素は撮像用の画素、焦点検出用の画素を含み得る。また、撮像素子202は、電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能を有している。複数の画素のそれぞれは、光学系201からの入射光に基づく画素信号を出力する。
The
A/D(Analog/Digital)変換器203は、比較回路、ラッチ回路などから構成され、撮像素子202からのアナログの画素信号をデジタルの画像データに変換する。A/D変換器203は、撮像素子202内に設けられてもよい。タイミング発生回路205は、水平同期信号、垂直同期信号を含む駆動信号を発生させ、撮像素子202、A/D変換器203に出力する。撮像部102は、静止画像の他、所定のフレームレートの動画像を出力することができる。フレームレートは例えば1/4秒、1/30秒、1/60秒などの任意の値であり得る。
An A / D (Analog / Digital)
信号処理回路204は、数値演算回路を含み、A/D変換器203からの画像データに対して、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、画素補間、輪郭強調、階調変換、ノイズリダクション、圧縮などのデジタル信号処理を行う。レンズ駆動回路206は、アクチュエータなどを備え、光学系201のフォーカスレンズを駆動し、合焦距離を調節する。タイミング発生回路205は、クロック信号、同期信号などのタイミング信号を撮像素子202、A/D変換器203に出力する。
The
LED(Light Emitting Diode)207は、光学系201の近傍に設けられた光源である。LED207は、撮像に適した照度を得るために、撮像部位に向けて光を照射する照明部として使用される。LED207は、光色の異なる複数のLEDから構成されてもよく、各LEDの発光強度を調整することにより、撮像部位に最適な色温度、彩度の光を発することができる。スピーカ208は、圧電式の振動ユニットを備え、電流駆動回路によって駆動される。スピーカ208は、音楽、メッセージ、効果音などの音声信号を出力し、撮像が終了したことをユーザに通知するための通知部として使用される。
An LED (Light Emitting Diode) 207 is a light source provided in the vicinity of the
タッチセンサ209は、透明なマトリクス状の電極を備えた容量性センサであり、ディスプレイ211上に設けられている。ユーザの指がタッチセンサ209に触れることにより、電極における静電容量が変化する。座標検出回路210は、タッチセンサ209における静電容量の変化を検出し、ユーザの指が接触した位置を算出することができる。タッチセンサ209は、ユーザからの指示を受け付ける操作部として使用される。
The
ディスプレイ211は、例えばTFT(Thin Film Transistor)液晶ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイであり、ディスプレイコントローラ212からの表示信号に応じて、画像、動画、テキスト、アイコンなどの表示を行う。ディスプレイコントローラ212は、ビデオメモリを含むプロセッサであり、ディスプレイ211の表示を制御する。ディスプレイコントローラ212は、CPU214からの表示データを一時記憶するとともに、表示信号を生成し、ディスプレイ211に出力する。タッチセンサ20、ディスプレイ211は一体的に形成され、タッチパネル101を構成する。
The display 211 is, for example, a TFT (Thin Film Transistor) liquid crystal display or an organic EL (Electro Luminescence) display, and displays images, moving images, texts, icons, and the like in accordance with display signals from the display controller 212. The display controller 212 is a processor including a video memory, and controls display on the display 211. The display controller 212 temporarily stores display data from the
フレームメモリ213は、複数フレームの画像データを一時的に保持可能であって、信号処理回路204、CPU214による画像処理において使用され得る。例えば、信号処理回路204は、複数フレームの画像データにおいて動きベクトルを検出することにより、手振れ補正、ノイズリダクションを行なってもよい。また、動画撮像において、フレームメモリ213は、時間的に連続する複数フレームの画像データを記憶することができる。なお、RAM215の一部がフレームメモリ213として使用されてもよい。CPU(Central Processing Unit)214は、CPUコア、キャッシュメモリなどを備え、画像解析装置100の各デバイスを統括的に制御する。CPU214は、ROM216、ストレージ217から所定のプログラムを読み出し実行することにより、画像解析装置100の各部の機能を実現する。
The
RAM(Random Access Memory)215は、例えばDRAM(Dynamic RAM)であり、CPU214のワーク領域、プログラムのロード領域などに使用される。ROM(Read Only Memory)216は、例えばEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)であり、BIOS(Basic Input Output System)、各種設定ファイルなどを格納する。ストレージ217は、例えばフラッシュメモリであり、OS(Operating System)などの基本プログラム、測定アプリなどの各種アプリケーションプログラムを格納する。ストレージ217は、測定アプリによる測定結果、撮像部102による画像、動画などの様々なデータも格納する。
A RAM (Random Access Memory) 215 is, for example, a DRAM (Dynamic RAM), and is used as a work area of the
モーションセンサ218は、加速度センサ、ジャイロセンサを含み、画像解析装置100の動きを検出する。加速度センサは、静電容量検出素子などから構成され、画像解析装置100に引加された加速度を検出する。ジャイロセンサは、圧電振動素子などから構成され、画像解析装置100の向きを検出する。画像解析装置100は、さらに、GPS(Global Positioning System)センサ、照度センサ、近接センサなどを備えていてもよい。
The
無線通信モジュール219は、インターネットなどの通信ネットワークと無線通信を行うためのインタフェースである。無線通信モジュール219はアンテナを含み、LTE(Long Term Evolution)、4G(4th Generation)などの移動体通信方式、または無線LAN(Local Area Network)などの無線通信方式を用いて通信ネットワークに接続する。無線通信モジュール219は、通信ネットワークを介して外部の機器とデータの送受信を行うことができる。
The
図3は、本実施形態に係る測定アプリケーションプログラムの機能ブロック図である。測定アプリ300は、制御部301、取得部302、解析部303を有している。測定アプリ300の機能は、CPU214がストレージ217に格納された測定アプリ300を読み出し、実行することにより実現される。すなわち、CPU214は、測定アプリ300による画像解析方法の実行時に、制御部301、取得部302、解析部303として機能する。
FIG. 3 is a functional block diagram of the measurement application program according to the present embodiment. The
制御部301は、撮像部(カメラ)102、LED207、スピーカ208の動作を制御する。制御部301は、オートフォーカス(AF)機能を有しており、撮像部102の合焦距離を調節する。AF処理において、制御部301は、撮像した画像のコントラストが最大となるように、レンズ駆動回路206を介して光学系201のフォーカスレンズの位置を制御する。制御部301は、コントラスト方式によるAF処理に限らず、撮像面位相差方式によるAF処理を行ってもよい。また、制御部301は、自動露出(AE)機能を有しており、撮像素子202のISO感度、電子シャッタのスピードを制御する。制御部301は、AF機能、AE機能を有効または無効に設定することができる。制御部301は、さらにLED207、スピーカ208を制御するとともに、タッチセンサ209を介してユーザからの指示を取得する。
The
取得部302は、フレームメモリ213から複数フレームの画像データを読み出し、複数フレームの画像データの中から最も鮮明な画像データを取得する。取得部302は、画像データから撮像部位の鮮鋭度に基づく周波数成分を抽出し、周波数成分に基づいて画像データの合焦を判定することができる。取得部302は、フーリエ変換などの周波数変換を用いて周波数成分を抽出する。取得部302は、取得した画像データをストレージ217に格納する。周波数変換の結果得られた周波数スペクトルなどのデータは、RAM215において保持される。
The
解析部303は、取得部302が取得した画像データを解析し、測定結果を生成する。解析部303は、周波数変換を用いて画像データの特徴量を抽出し、画像データの特徴量から測定結果を導出する。解析部303は、取得部302による周波数変換の結果を利用することができる。すなわち、解析部303は、合焦判断における周波数変換の結果を用いて画像データの特徴量を抽出することができる。これにより、CPU214の処理負担の軽減および高速化を実現することが可能となる。解析部303は、測定結果をストレージ217に格納する。周波数変換は、フーリエ変換に限らず、ウェーブレット変換、ラプラシアン演算、離散コサイン変換、アダマール変換、KL(Karhunen-Loeve)変換などであってもよい。
The
図4は、本実施形態に係る画像解析方法のフローチャートである。ここでは測定アプリ300を用いてユーザが頬の状態を測定する例を説明する。画像解析装置100において、ユーザが測定アプリ300を起動すると、制御部301は、撮像部102のAF機能を無効にし、合焦距離を所定の距離に固定する(ステップS401)。すなわち、制御部301は、光学系201を固定焦点の状態とする。ここで、合焦距離は、撮像された画像のサイズが画像解析において最適となるように定められ得る。例えば、合焦距離は、50mm〜100mmの範囲であってもよく、また、撮像部102において設定可能な最短距離であってもよい。制御部301は、撮像に適した光環境が得られるようにLED207の光量、色温度、彩度を設定し、LED207を点灯する。
FIG. 4 is a flowchart of the image analysis method according to the present embodiment. Here, an example in which the user measures the cheek state using the
続いて、制御部301は、撮像部102がユーザの頬に対して第1の距離に位置する状態において、撮像を開始する(ステップS402)。第1の距離は、合焦距離とは異なる距離であり、例えば合焦距離よりも短い。制御部301は、「カメラを頬に近づけ、画面をタップしてください」、「画面をタップすると撮影を開始します。カメラを頬からゆっくり遠ざけてください」などのメッセージをディスプレイ211に表示する。制御部301は、メッセージとともにアニメーションを表示してもよく、音声によってメッセージを発してもよい。ユーザがメッセージに従って撮像部102を頬に近づけ、タッチパネル101をタップすると(図1参照)、制御部301は、撮像部102による撮像を開始する。撮像は、所定のフレームレート(例えば4〜5フレーム毎秒)で行われる。撮像開始時における撮像部102と撮像部位との間の距離、すなわち第1の距離が合焦距離よりも短いことから、最初に撮像される画像の鮮鋭度は低い。
Subsequently, the
続いて、制御部301は、撮像部102がユーザの頬に対して第2の距離となる位置に移動するまで、撮像を継続する(ステップS403)。ここで第2の距離は、合焦距離を越える距離であり、例えば合焦距離よりも長い。ユーザは、タッチパネル101をタップした後、撮像部102を頬に対して垂直な方向に徐々に遠ざけていく。制御部301は、画像の鮮鋭度の変化に基づいて、撮像部102がユーザの頬に対して合焦距離を越える第2の距離まで移動したか否かを判断する。なお、制御部301は、所定時間(例えば6〜10秒)が経過したときに、撮像部102が第2の距離となる位置に移動したとみなしてもよい。
Subsequently, the
次に、取得部302は、撮像で得られた複数フレームの画像データの中から、高周波数成分のエネルギーが最大の画像データを取得する(ステップS404)。画像データの取得処理(ステップS404)は、上述の撮像処理(ステップS403)と同時に実行されてもよい。取得部302は、フーリエ変換を用いて各フレームの画像データを周波数成分に分解し、空間周波数画像500を生成する。
Next, the
図5は、空間周波数画像500を説明するための図である。空間周波数画像500において、X軸は水平方向の空間周波数、Y軸は垂直方向の空間周波数を表している。XY軸の原点(空間周波数画像500の中心)に近い成分の空間周波数は低く、原点から離れた成分の空間周波数は高い。取得部302は、原点からの距離に応じて空間周波数画像500を低周波数成分501、中周波数成分502、高周波数成分503に分割し、高周波数成分503内の楔領域9〜16におけるエネルギーを合計する。取得部302は、複数フレームの画像データの中から、合計したエネルギーが最大となる画像データを選択する。空間周波数画像500は、画像データの取得処理(ステップS404)の終了後もRAM215に保持される。
FIG. 5 is a diagram for explaining the
解析部303は、取得部302が取得した画像データをストレージ217から読み出し、画像データの解析を行う。解析部303は、解析対象となる画像データを取得部302から直接に取得してもよい。解析部303は、画像データをフーリエ変換し、周波数空間において画像データの特徴量を抽出する(ステップS405)。ここで解析部303は、取得部302が生成した空間周波数画像500を利用することができる。例えば、解析部303は、中周波数成分502、高周波数成分503内の楔領域1〜16におけるエネルギーをそれぞれ算出する。図5に示されるように、楔領域1〜16は、周波数空間において異なる8つの方向性を有する周波数成分と、異なる2つの周波数帯域を有する周波数成分とを含んでいる。解析部303は、算出した16個の周波数エネルギーを画像データの特徴量として使用する。なお、空間周波数成分の方向および周波数帯域は、撮像部位に応じて選択可能であってもよく、本実施形態の例に限定されない。
The
続いて、解析部303は、画像データの特徴量から頬の測定結果を導出する(ステップS405)。解析部303は、画像データの特徴量に所定の変換行列を適用することにより、測定結果(例えば肌の水分量、キメの細かさ)を生成する。解析部303は、肌に限らず、頭皮、爪、毛髪、唇などの人体表面の部位に合わせた変換行列を適用することができる。これらの変換行列は、例えば、マイクロスコープなどの専用の撮像機器を用いた測定結果を教師データとして機械学習を行うことにより、事前に決定することができる。解析部303は、測定結果をディスプレイ211に表示し、図4のフローチャートの処理を終了する。
Subsequently, the
図6は、本実施形態に係る撮像処理(ステップS403)の詳細を示すフローチャートである。まず、制御部301は、1フレームの画像データの撮像を行い、フレームメモリ213から読み出す(ステップS601)。制御部301は、読み出した画像データを所定のサイズ(例えば640×480画素)にトリミングしてもよい。続いて、制御部301は、画像データをフーリエ変換し、高周波数成分のエネルギーを抽出する(ステップS602)。高周波数成分のエネルギーの抽出方法は、上述の画像データの取得処理(ステップS404)における方法と同様である。画像データの取得処理(ステップS404)が同時に実行されている場合、高周波数成分の抽出処理(ステップS602)は省略される。
FIG. 6 is a flowchart showing details of the imaging process (step S403) according to the present embodiment. First, the
次に、制御部301は、直近に撮像されたフレーム間における高周波数成分のエネルギーの変化量を算出する(ステップS603)。例えば、制御部301は、直近のフレームnについてのエネルギーEnと、1つ前のフレームn−1についてのエネルギーEn−1との差En−(En−1)を計算する。高周波数成分のエネルギーは、所定フレーム数の移動平均値を用いてもよい。複数フレーム間における高周波数成分のエネルギーの変化の一例を図7に示す。
Next, the
図7において、縦軸は高周波数成分のエネルギーを表し、横軸は時系列に番号付けされた複数フレームの画像データを表している。すなわち、フレーム1は撮像において最初に撮像されたフレームの画像データであり、撮像が継続している間、フレーム2、フレーム3、・・・、フレームnが順次撮像されていく。図7の例では、エネルギーの差En−(En−1)は、フレーム2からフレーム33まで正の値であり、フレーム34以降は負の値となる。すなわち、高周波数成分のエネルギーのピークがフレーム33に位置している。
In FIG. 7, the vertical axis represents the energy of high frequency components, and the horizontal axis represents image data of a plurality of frames numbered in time series. That is, the
次に、制御部301は、エネルギーの変化量を所定の閾値と比較する(ステップS604)。制御部301は、例えば0を閾値とし、エネルギーの差En−(En−1)が0以上か否か(正負)を判断する。制御部301は、変化量が0以上(正の値)である場合(ステップS604でNo)、撮像を継続し、次のフレームに対してステップS601〜ステップS604の処理を実行する。制御部301は、変化量が0より小さい(負の値)である場合(ステップS604でYes)、撮像を終了し、撮像が正常に終了したことを示す効果音、「撮影が終了しました」などの音声メッセージをスピーカ208から出力する(ステップS605)。図7の例では、フレーム34の処理後に撮像が終了する。制御部301は、LED207を消灯し、図4のフローチャートの処理に戻る。
Next, the
本実施形態によれば、撮像部のオートフォーカス機能を無効にすることで、合焦距離を固定した状態でフレームごとの撮像を行う。撮像は、合焦位置を通過するように撮像部を移動させながら実行されるため、撮像により得られる複数フレームの画像データの中には、結果的に撮像部位に合焦した画像データが含まれる。したがって、オートフォーカス機能を使用することなく鮮明な画像を容易に取得することができる。また、撮像においては、フレーム毎の高周波数成分のエネルギーの変化量を監視し、エネルギーのピークを検出した場合に、撮像を終了する。これにより、ユーザは、撮像部と撮像部位とが合焦距離を越えて離間したことを判断する必要がない。 According to the present embodiment, by disabling the autofocus function of the imaging unit, imaging is performed for each frame with the focus distance fixed. Since the imaging is performed while moving the imaging unit so as to pass through the in-focus position, the image data of the plurality of frames obtained by imaging includes the image data focused on the imaging region as a result. . Therefore, a clear image can be easily acquired without using the autofocus function. In imaging, the amount of change in energy of the high-frequency component for each frame is monitored, and imaging is terminated when an energy peak is detected. Thereby, the user does not need to determine that the imaging unit and the imaging region are separated beyond the in-focus distance.
本実施形態の画像解析装置は、AF機能が適切に動作しない接写撮像に特に好適である。合焦距離を最短距離に設定することにより、撮像部位を鮮明に拡大した画像を取得することができる。肌測定専用の機器を持たないユーザであっても、スマートフォンのカメラを用いて精度の良い肌測定を行うことができる。 The image analysis apparatus according to the present embodiment is particularly suitable for close-up imaging in which the AF function does not operate properly. By setting the in-focus distance to the shortest distance, it is possible to acquire an image in which the imaging region is clearly enlarged. Even a user who does not have a device dedicated to skin measurement can perform accurate skin measurement using a smartphone camera.
[第2実施形態]
続いて、本発明の第2実施形態に係る画像解析システムを説明する。本実施形態に係る画像解析システムは、第1実施形態に係る画像解析装置100と同様に構成されているため、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。本実施形態において、画像データの高周波数成分はラプラシアン演算により抽出される。
[Second Embodiment]
Next, an image analysis system according to the second embodiment of the present invention will be described. Since the image analysis system according to the present embodiment is configured in the same manner as the
図8は、本実施形態に係る高周波数成分の抽出方法を説明するための図である。図8(a)は、ガウシアン画像G0〜G2およびラプラシアン画像L0〜L2の生成処理の概念図である。各画像には、例として円形と線状の被写体が示されている。レベル0のガウシアン画像G0は、フレームメモリ213から読み出された原画像と同一である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a high-frequency component extraction method according to the present embodiment. FIG. 8A is a conceptual diagram of processing for generating Gaussian images G0 to G2 and Laplacian images L0 to L2. In each image, circular and linear objects are shown as an example. The level 0 Gaussian image G0 is the same as the original image read from the
まず、取得部302は、レベル0のガウシアン画像G0に対して、以下の数式で示されるガウシアンフィルタを適用することにより、画像データの平滑化処理を行う。
次に、取得部302は、レベル0のガウシアン画像G0をダウンサンプリングし、画像を縮小する。これにより、レベル1のガウシアン画像G1が生成される。例えば、取得部302は、ガウシアン画像G0の偶数行と偶数列の画素値から構成される縦横1/2サイズのガウシアン画像G1を生成する。取得部302は、レベル1のガウシアン画像G1に対して、レベル0のガウシアン画像G0と同様の処理を繰り返すことにより、画像をさらに縮小する。これにより、レベル2のガウシアン画像G2が生成される。ガウシアン画像G0〜G2をガウシアンピラミッドと呼ぶ。ガウシアン画像の解像度は、ダウンサンプリングを行うごとに低下する。言い換えれば、ダウンサンプリングにより、画像データの高周波数成分が失われる。
Next, the
取得部302は、レベル1のガウシアン画像G1をアップサンプリングし、画像を元のサイズに拡大する。例えば、取得部302は、ガウシアン画像G1の偶数行および偶数列の画素値から、奇数行および奇数列の画素値を補間し、レベル0のガウシアン画像G0と同じサイズの拡大画像を生成する。そして、取得部302は、ガウシアン画像G0と拡大画像との差分を計算することにより、レベル0のラプラシアン画像L0を取得することができる。レベル0のラプラシアン画像L0は、ガウシアン画像G1の生成過程で失われた高周波数成分の画像である。取得部302は、レベル2のガウシアン画像G2とレベル1のガウシアン画像G1に対して、同様の処理を繰り返すことにより、レベル1のラプラシアン画像L1を取得することができる。レベル1のラプラシアン画像L1は、ガウシアン画像G2の生成過程で失われた高周波数成分の画像である。レベル1のラプラシアン画像L1は、レベル0のラプラシアン画像L0よりも低い周波数成分を有している。取得部302は、より低い周波数成分を有するレベル2のラプラシアン画像L2を生成してもよい。ラプラシアン画像L0〜L2をラプラシアンピラミッドと呼ぶ。
The
取得部302は、上述のガウシアン画像G0〜G2に対してラプラシアンフィルタを適用することにより、ラプラシアン画像L0〜L2を生成してもよい。ラプラシアンフィルタは、画像の2次微分(差分)を計算するフィルタである。8近傍におけるラプラシアンフィルタの一例を図8(c)に示す。取得部302は、注目画素を中心とした近傍画素値に対して、ラプラシアンフィルタの係数をそれぞれ乗算し、乗算結果を合計する。算出された画素値がラプラシアン画像の画素値となる。なお、取得部302は、ガウシアンフィルタにかぎらず、メディアンフィルタ、移動平均フィルタなどの他の平滑化フィルタを用いてもよく、ガウシアンフィルタとラプラシアンフィルタとを組み合わせたLOG(Laplacian Of Gaussian)フィルタを用いてもよい。
The
図9は、本実施形態に係る画像解析方法のフローチャートである。ステップS901〜S903までの処理は、図4のステップS401〜S403と同様の処理であるため、説明を省略する。 FIG. 9 is a flowchart of the image analysis method according to the present embodiment. The processing from step S901 to S903 is the same as the processing from step S401 to S403 in FIG.
取得部302は、撮像において得られた複数フレームの画像データに対してラプラシアンフィルタを適用し、各フレームの画像データから高周波数成分を抽出する(ステップS904)。例えば、取得部302は、フレームメモリ213から複数フレームの画像データを読み出し、各フレームの画像データに対してガウシアンフィルタを適用する。図8に示されるように、取得部302は、ガウシアンフィルタにより平滑化された画像データをダウンサンプリングし、レベル1のガウシアン画像G1を生成する。取得部302は、レベル1のガウシアン画像G1に対してラプラシアンフィルタを適用し、レベル1のラプラシアン画像L1を生成する。
The
次に、取得部302は、各フレームのラプラシアン画像L1に基づいて、高周波数成分のエネルギーが最大の画像データを取得する(ステップS905)。具体的には、取得部302は、ラプラシアン画像L1の画素値をフレームごとに合計し、画素値の合計が最大となるフレームを判定する。取得部302は、判定されたフレームの画像データを合焦した画像として取得する。なお、取得部302は、図8に示されるラプラシアンピラミッド(ラプラシアン画像L0、L1、L2)を生成することにより、高周波数成分を抽出してもよい。取得部302は、解像度のレベルが異なるラプラシアン画像L0、L1、L2の何れか、またはこれらの組み合わせに基づいて、高周波数成分のエネルギーの大きさを判断することができる。以降のステップS906、S907の処理は、図4のステップS405、S406と同様の処理であるため、説明を省略する。
Next, the
[変形実施形態]
上述の実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されるものではない。すなわち、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施可能である。
[Modified Embodiment]
The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is not construed as being limited thereto. That is, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上述の実施形態では、第1の距離が第2の距離よりも短く、撮像部102と撮像部位とが合焦距離よりも近接した状態において撮像が開始され、撮像部102と撮像部位とが合焦距離を越えて離間するまで撮像が継続される場合を説明した。これとは逆に、第1の距離が第2の距離よりも長く、撮像部102と撮像部位とが合焦距離よりも離間した状態において撮像が開始され、撮像部102と撮像部位とが合焦距離内に近接するまで撮像が継続されてもよい。すなわち、画像解析装置100は、撮像で得られる複数フレームの画像データについて、撮像部102と撮像部位との間の距離の変化によって高周波数成分のエネルギーのピークを検出できるように構成されていればよい。
For example, in the above-described embodiment, imaging is started in a state where the first distance is shorter than the second distance and the
また、CPU214は、エネルギー変化量の判定処理(ステップS604)において、エネルギーの変化量が所定の閾値より小さい場合であっても即座に撮像を終了しなくてもよい。例えば、CPU214は、次のフレームに対する処理(ステップS601〜S604)を続けて実行し、連続する2つのフレームに対してエネルギーの変化量がともに所定の閾値より小さい場合に撮像を終了してもよい。
Further, in the energy change amount determination process (step S604), the
上述の実施形態では、動画撮像により複数フレームの画像データを撮像する場合を説明したが、静止画像を連続して撮像する場合においても上述の実施形態の処理を適用することができる。さらに、画像解析装置100による測定部位はユーザの頬に限られない。画像解析装置100は、肌、頭皮、爪、毛髪、唇などの人体表面の様々な部位を測定するために適用することが可能である。
In the above-described embodiment, the case where the image data of a plurality of frames is captured by moving image capturing has been described. However, the processing of the above-described embodiment can be applied even when still images are captured continuously. Furthermore, the measurement site | part by the
100 画像解析装置
101 タッチパネル
102 撮像部
213 フレームメモリ
214 CPU
215 RAM
217 ストレージ
300 測定アプリケーションプログラム
301 制御部
302 取得部
303 解析部
500 空間周波数画像
503 高周波数成分
DESCRIPTION OF
215 RAM
Claims (14)
前記撮像部のオートフォーカス機能を無効にすることで前記撮像部の合焦距離を固定し、前記撮像部が人体表面の撮像部位に対して前記合焦距離とは異なる第1の距離に位置する状態において前記撮像を開始し、前記撮像部が前記撮像部位に対して前記合焦距離を越えて第2の距離となる位置に移動するまで前記撮像を継続する制御部と、
前記複数フレームの画像データから、前記撮像部位の鮮鋭度に基づく周波数成分のエネルギーが最大の前記画像データを取得する取得部と、
前記取得部により取得された前記画像データを解析する解析部とを備える画像解析装置。 An imaging unit that captures image data of a plurality of frames at a predetermined frame rate;
The focusing distance of the imaging unit is fixed by disabling the autofocus function of the imaging unit, and the imaging unit is positioned at a first distance different from the focusing distance with respect to the imaging part on the human body surface. A controller that starts the imaging in a state and continues the imaging until the imaging unit moves to a position that becomes the second distance beyond the focusing distance with respect to the imaging part;
An acquisition unit that acquires the image data having the maximum frequency component energy based on the sharpness of the imaging region from the image data of the plurality of frames;
An image analysis apparatus comprising: an analysis unit that analyzes the image data acquired by the acquisition unit.
前記制御部は、前記変化量が所定の閾値よりも小さくなったときに、前記撮像を終了する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の画像解析装置。 The acquisition unit calculates a change amount of the energy between image data of a predetermined number of frames captured most recently among the image data of the plurality of frames,
The image analysis apparatus according to claim 1, wherein the control unit ends the imaging when the amount of change becomes smaller than a predetermined threshold.
前記制御部は、前記指示に応じて前記撮像を開始する請求項1ないし6のいずれか1項に記載の画像解析装置。 It has an operation unit that accepts instructions from users,
The image analysis apparatus according to claim 1, wherein the control unit starts the imaging in response to the instruction.
前記制御部は、前記撮像を継続している間、前記照明部を点灯させる請求項1ないし7のいずれか1項に記載の画像解析装置。 An illumination unit that emits light toward the imaging region;
The image analysis apparatus according to claim 1, wherein the control unit turns on the illumination unit while continuing the imaging.
前記撮像部が人体表面の撮像部位に対して前記合焦距離とは異なる第1の距離に位置する状態において、所定のフレームレートで複数フレームの画像データの撮像を開始するステップと、
前記撮像部が前記撮像部位に対して前記合焦距離を越えて第2の距離となる位置に移動するまで、前記撮像を継続するステップと、
前記複数フレームの画像データから、前記撮像部位の鮮鋭度に基づく周波数成分のエネルギーが最大の前記画像データを取得するステップと、
取得した前記画像データを解析するステップとを備える画像解析方法。 Fixing the focusing distance of the imaging unit by disabling the autofocus function of the imaging unit;
Starting imaging a plurality of frames of image data at a predetermined frame rate in a state where the imaging unit is located at a first distance different from the in-focus distance with respect to an imaging part on the surface of a human body;
Continuing the imaging until the imaging unit moves to a position that becomes the second distance beyond the focusing distance with respect to the imaging site;
Obtaining the image data having the maximum frequency component energy based on the sharpness of the imaging region from the image data of the plurality of frames;
An image analysis method comprising: analyzing the acquired image data.
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