JPH0470292A - クロマキー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クロマキー装置に関し、特に前景画像信号と
背景画像信号とをキー信号に応して切換えて合成するよ
うなりロマキー装置に関する。

〔発明の概要］ 本発明は、前景画像信号から得られたキー信号に応じて
、該前景画像信号と背景画像信号とを選択して出力する
クロマキー装置において、互いに直交する３つの色座標
軸から成る色空間内で、前景画像の任意の点の色座標に
ついて、該前景画像のバックカラーの色座標と原点とを
通る基準軸からの距離と、基準軸方向の成分とに応じて
、キー信号の値を出力することにより、簡単な構成で、
前景画像の色変化によるキー信号の不必要な変化を防止
し、キー信号を増幅してクリップするような処理を不要
とするものである。

〔従来の技術］ クロマキー装置とは、前景画像として、所定のバックカ
ラー（一般には青）のスクリーンの前に人物や物体等の
被写体を配置して得られる画像を用い、この前景画像の
ハックカラーの部分を風景等の背景画像と置き換えるも
のである。このクロマキー装置として、前景画像の信号
から得られたキー信号に応して前景画像と背景画像とを
切換選択して合成画像を得るものが、例えば特開昭５８
−４６７８３号公報等において知られている。

このようなりロマキー装置による画像合成の具体例につ
いて、第６図及び第７図を参照しながら説明する。

第６図Ａは前景画像６１を示し、所定のバックカラー（
通常は青）のバックスクリーン６２の前に例えば人物等
の被写体６３が位置している。この前景画像６１を表示
する前景画像信号ＳＦＧが、第７図の入力端子７１に供
給されている。第６図Ｂは風景等の背景画像６６を示し
ており、これを表示するする背景画像信号Ｓ１が第７図
の入力端子７２に供給されている。キー信号発生回路７
３においては、上記前景画像信号ＳＦ６中のバックカラ
一部分を“０“とし、被写体部分を“１”とするような
キー信号ＳＫを発生する。ただし実際のキー信号は、例
えば０〜２５５のような多値を有し、上記前景画像６１
のバックスクリーン６２に写った影の部分６２３等が中
間値で表されている。

このキー信号Ｓ。で表示される画像は、第６図Ｃのよう
になる。この第６図Ｃにおいて、白抜き部分６７が上記
被写体６３に対応し、黒レベル部分６８が上記バックス
クリーン６２に対応している。

また、上記前景画像６１内のバックスクリーン６２の影
の部分６２．は中間レベル部分６８．となり、被写体６
３の毛髪等の微細部分６３゜は白と黒の微細パターン部
分６７、となっている、このような画像で示されるキー
信号ＳＫが乗算器７４に送られて上記前景画像信号ＳＦ
Ｇと乗算されることで、前景画像６１中の被写体６３の
みが取り出され、これが加算器７５に送られる。また、
キー信号Ｓ、がインバータ（反転器）７６で反転されて
乗算器７７に送られ、上記背景画像信号Ｓ、Ｇと乗算さ
れることで、上記前景画像６１中のバンクスクリーン６
２が見えている領域の分の背景画像のみが取り出され、
加算器７５に送られる。従って、加算器７５から出力端
子７８を介して取り出される出力信号によって表示され
る画像は、第６図のＤに示すような合成画像となる。こ
の第６図りにおいて、上記キー信号の黒レベル部分６８
に上記背景画像６６が配置されて背景部分６４となり、
上記キー信号の白レベル部分６７に上記被写体６３が配
置されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、この第６図のＤに示すようなりロマキー合成
された画像において、（ａ）被写体６３の毛髪等の微細
な部分と背景部分６４とが入り組んで表示される微細パ
ターン部分６５ａが不明瞭となる（デイティルのロス、
細部の損失）、う）特に影の部分６５ｂでのＳ／Ｎが劣
化する、（Ｃ）被写体６３の輪郭部６５ｃにバックカラ
ー（通常は青）の縁取り（いわゆるブルーフリンジ）が
現れる、等の点が従来より問題となっている。

ここで、上記（ａ）のデイティルのロスは、キー信号を
前景画像信号等と乗算することにより生ずるものである
。すなわち、キー信号及び前景画像信号をそれぞれフー
リエ展開したときの任意の周波数順ｓｉｎω、を及びｓ
ｉｎω、１の積Ｐｋｆは、Ｐｋｔ＝　５ｉｎａｌｈＬ　
Ｘ　ｓｉｎωｒｔ＝′／４（ｃｏｓ（ωに一ωｒ）ｔ−
ｃｏｓ（ω鯉＋ωｒ＞　ｔ）となる、このような信号を
ディジタル処理する場合等には、和の周波数ω１＋ω、
がいわゆるナイキスト周波数（すなわちサンプリング周
波数ｆ、の１／２）を越えていると、折り返し雑音（エ
リアシングノイズ）が発生する。また、上記ω、＋ωｆ
がｆ、／２に近いと、この項はＤ／Ａ変換後のフィルタ
により減衰される。さらに、アナログシステムにおいて
、ω、＋ω、が周波数帯域を越えていると、この項は失
われる。このようなことから、上記細部の損失が生ずる
ものである。

次に、上記０））のＳ／Ｎの劣化については、キー信号
を得る際の増幅及びクリップ処理により生ずるものであ
る。すなわち、前景画像信号から得られる第８図のＡの
ような信号を増幅して第８図のＢのような信号とした後
、レベルＬ□てクリップ（ピーククリップ）処理してキ
ー信号を形成する場合に、上記第６図Ａの前景画像６１
内の影の部分６２．に対応する信号部分子ｓや、バック
スクリーン６２に対応する信号部分子すに表れているノ
イズ成分も増幅され、Ｓ／Ｎが低下する。第８図Ｂの信
号中のバックスクリーン部分子すについてはボトムクリ
ップ処理すること等によりノイズを除去することもでき
るが、影の部分子ｓについては適当な処理がなく、Ｓ／
Ｎ劣化を回避することができない。

次に、上記（Ｃ）の青（バックカラー）の縁取りが生ず
る理由について説明する。

第９図は、例えばＰＡＬ方式の場合の色差信号のＵ信号
とＶ信号とをそれぞれ表すＵ軸とＶ軸とを縦横の座標軸
とする色度図を示している０図中の原点を中心とする六
角形の３つの頂点Ｒ，Ｇ、Ｂは、それぞれ赤、緑、青を
示し、六角形の他の３つの頂点は、ＲとＧとの間が黄に
、Ｇ、！：Ｂとの間がシアンに、ＢとＲとの間がマゼン
タにそれぞれ対応している。この色度図における各点Ｑ
ａ、Ｑｂ、Ｑｃは、上記第６図のＡに示す前景画像６１
内の任意の点Ｐａ、Ｐｂ、、Ｐｃの色度を示しており、
具体的には例えば、点Ｐａは黄色の上着の一点、点Ｐｂ
はバックスクリーン６２の一点、点Ｐｃはやや青みがか
ったマゼンタのシャツの一点にそれぞれ対応している。

次に、第９図中の２本の曲線（折れｗＡ）　ＬＫ、、Ｌ
　ＫＧは、キー信号レベルが変化する境界を示しており
、これらの曲線しい１、Ｌｌ。で囲まれた頻域ＴＲは、
キー信号を得るためのレベル弁別動作の遷移領域となる
。具体的には、例えば色度がＱａからＱｂに変化する途
中で曲線Ｌ□と交差し遷移領域ＴＲを通って曲ＨＬ　＊
。と交差するまでの間に、キー信号はｕ１″から０″に
変化する。

ここで第１０図は、上述した前景画像６１内の点Ｐａか
ら点ｐｂまでの間の色の変化を説明するための図であり
、横軸は前景画像６１内での距離を、縦軸は上記色度図
上での距離をそれぞれ示している。すなわち第１０図に
おいて、画像内での上記点Ｐａから点Ｐｂまでの空間的
な移動に対応して、曲線Ｒ１は色度図平面上での点Ｑａ
がら点Ｑｂまでの変化を示し、曲線Ｒ２はバックカラー
であるＢ（青）についての変化を示している。曲線Ｒ１
においては、上記り。１、Ｌ、。との間の遷移領域ＴＲ
を通る間にキー信号レベルが“１”から“０”に変化（
曲線Ｒ３参照）する、このキー信号は、前景画像信号に
乗算されるがら、キー信号乗算後のバックカラーである
Ｂ（青）成分の変化形態は第１０図の斜線部に示すよう
になる。なお第１０図中の曲線Ｒ４は、前景画像信号に
乗算される反転キー信号を示している。

これに対して、前景画像６１内の点Ｐｃから点ｐｂまで
の間の色の変化は、第１１図に示すようになる。この第
１１図において、上記点Ｐｃから点ｐｂまでの空間的な
移動に応じて、曲線Ｒ６は色度図上での点Ｑ、から点Ｑ
１までの変化を、曲線Ｒ７はバックカラーであるＢ（青
）の変化を示している０曲線Ｒ６が上記ＬＸ１％　Ｌ１
２との間の遷移領域ＴＲを通る間に、キー信号レベルは
曲線Ｒ８に示すように１”から“０”に変化する。この
キー信号乗算後のバンクカラー（Ｂ）、成分は、第１１
図の斜線部に示すように変化する。なお曲線Ｒ９は背景
画像信号に乗算される反転キー信号を示している。

これらの図から明らかなように、バックカラーであるＢ
（青）に色度図平面上で近い色（点Ｑｃの青にやや近い
マゼンタ等）の場合には、第１１図の斜線部に示すよう
にＢ（青）成分が少なく、被写体輪郭部での青い縁取り
は殆ど現れないのに対し、色度図平面上でＢ（青）から
離れた距離にある色（点Ｑａの黄色等）の場合には、第
１０図の斜線部に示すようにＢ（青）成分が多くなり、
第６図のＤに示す合成画像中では、被写体６３の輪郭部
の青い縁取り６５ｃとして現れる。

なお、これらの第１０図及び第１１図において、各斜線
部内の各破線は、従来のいわゆる色相抑制（ヒューサプ
レンション）の技術により得られる効果を示すものであ
るが、上記青い縁取りに関しては殆ど改善効果がない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、上
述したような各問題点、特に、影の部分等でのＳ／Ｎ劣
化を改善し得るようなりロマキー装置の提供を目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るクロマキー装置は、ハックカラースクリー
ンの前に被写体が配置されて構成される前景画像を表す
前景画像信号からキー信号を取り出し、上記前景画像信
号と背景画像信号とを上記キー信号に応じて選択して出
力するクロマキー装置において、互いに直交する３つの
色座標軸から成る色空間内で、上記前景画像の任意の点
の色座標について、上記バックカラーの色座標と原点と
を通る基準軸からの距離を計算する手段と、上記前景画
像の上記任意の点の色座標の上記基準軸方向の成分を出
力する手段と、この基準軸成分出力手段からの出力及び
上記距離計算手段からの出力に応じてキー信号の値を出
力するキー信号出力手段とを有して成ることにより、上
述の課題を解決する。

〔作　用〕

バックカラーの色座標と原点とを通る基準軸からの距離
と該基準軸方向成分とに応してキー信号の値が決定され
るから、前景画像のバックカラー部分と他の部分とを確
実に弁別できる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係るクロマキー装置の一実施例の要部
（キー信号発生部）を示すブロック図である。この第１
図のキー信号発生部は、例えば前述した第７図のクロマ
キー装置のキー信号発生回路７３等として用いられるも
のである。

この第１図において、３つの入力端子１１□、１１、．
１１ｍには、上記第６図のＡで示したような前景画像６
１を表示するカラーの３原色信号（Ｒ，Ｇ、Ｂ信号）が
それぞれ供給されている。

これらのＲ，Ｇ、Ｂ信号の内、Ｒ信号及びＧ信号は距離
計算回路１２に送られ、Ｂ信号はこの距離計算口１１２
での計算時間に相当する時間分の遅延を行わせる遅延回
路１３に送られている。距離計算回路１２では、Ｒ信号
及びＧ信号の平方２乗和が計算されて距ＨＤが求められ
る。

Ｄ＝　（Ｂ　ｚ　＋　Ｇり　Ｉ　／ｌ この計算された距ＨＤを示す信号と遅延回路１３からの
Ｂ信号とは、ＲＯＭテーブル等を用いたデータ変換ｉ１
４に送られて、キー信号Ｋに変換される。このキー信号
変換器１４は、上記り及びＢに応じてＫ　＝　ｆ　（［
１，Ｂ）のようなデータ変換を行うものであり、このデ
ータ変換間数ｆ（Ｄ、８）の具体例を第２図に示す。

この第２図は、Ｂ信号レベル、距ＨＤ及びキー信号にの
レベルを互いに直交する３本の座標軸として表した３次
元空間を示し、キー信号にのレベルが、Ｂ信号及び距Ｈ
Ｄの間数として表されている。ここでキー信号にのレベ
ルは、０．０〜１．０の値で示しているが、具体的なデ
ィジタルデータとしては、例えばＯ〜２５５のような値
となる。またＢ軸上の点Ｂｓ（Ｂ＝Ｂｓ）は、上記バッ
クカラーの色度を示している。この第２図がら明らがな
ように、Ｂ軸上では、Ｂ＝０でキー信号レベルが１．０
となりＢ＝ＢＳでＯ２０となるように直線的に変化して
いる。また、点Ｂ、を通るＤ軸と平行な直線上では、距
離が増加するに従ってキー信号レベルがＯｏＯから１．
０に単調増加しているが、増加の曲線は、例えばサイン
カーブに従ったものとなっている。すなわち、キー信号
レベルがｏ、Ｏの近傍で１頃斜（増加の割合）が小さく
、徐々に傾斜が大きくなってレベル０．５の近傍で最も
大きくなり、その後傾斜が徐々に小さくなってレベル１
．１）の近傍で最も小さくなっている。これは、Ｂ軸上
で点Ｂ、からＢが大きくなる領域についても同様である
。

このような第２図のキー信号への変換特性を、Ｒ，Ｇ、
Ｂ空間で表すと、第３図のようになる。

この第３図には、等しいキー信号レベルの面である等レ
ベル面を、レベル０．０から０．１単位で１．０まで表
しており、例えば等レベル面Ｆ５．。がキー信号レベル
１．０の境界面を示している。これらの等レベル面Ｆｏ
、。〜Ｆ１．。は、いずれもＢ軸を回転中心とする回転
体であって、円錐部と半球部とが結合された立体の表面
形状となっている。ただしＦｏ、。は、点Ｂ、そのもの
となっている。

このように、バックカラーの色度Ｂ、を中心としていず
れの方向についてもキー信号レベルが上昇するようなキ
ー信号変換特性とすることにより、上記前景画像中のハ
ックカラーの部分のみを他の部分から確実に弁別するよ
うなキー信号を得ることができ、増幅やクリップ処理を
軽減することができるため、Ｓ／Ｎ劣化を低減できる。

ここで、本発明との対比のために、従来のキー信号形成
スイッチング特性について説明する。

第４図は、前述した第９図の２次元的な色度図を、この
色度平面に対して直交する輝度（Ｙ）軸も含めて３次元
的に表したものである。この第４図に示すように、上記
第９図の遷移領域ＴＲの境界を示す曲線（折れ線）Ｌ□
、Ｌ、。は、Ｙ軸方向に平行移動して、等レベルの境界
面ＦＫＩ、ＦＫＯをそれぞれ形成している。第４図中の
点Ｂ、は、上記バックカラーの色度を示している。

この第４図に示すＹ、Ｕ、■座標系を、３原色のＲ，Ｇ
、Ｂ座標系に変換すると、第５図に示すようになる。こ
の第５図のＲ，Ｇ、Ｂ座標系の色空間では、上記輝度（
Ｙ）信号は、 Ｙ　＝Ｊ　Ｒ＋に、　Ｇ　＋ｋｓ　Ｂ ｋ＋　、ｋｇ　、ｋｓは定数 例えばｋｌ＝０．３．ｋｔ＝０．５９＋ｋｓ・０．１１
のように表され、このＹの直線と平行に上記曲線Ｌｒｔ
＋、Ｌｔ＠が延長されて、等レベルの境界面Ｆｌｌｌ、
Ｆｇｅをそれぞれ形成する。この第４図に示すようなＲ
，Ｇ、Ｂ座標系の色空間において、上記前景画像内での
移動に沿って、例えば点Ｘから点Ｔに色（色度及び輝度
）が変化したとき、これらの各点Ｘ及びＴのいずれもが
上記遷移領域ＴＲ内に含まれていなくとも、点Ｘから点
Ｔまでの軌跡が遷移領域ＴＲ内を通過することがある。

これは、遷移領域ＴＲの本来の機能、すなわちバックカ
ラーＢ、から他の色に、あるいは他の色からハックカラ
ーＢ、に変化することに応してキー信号を変化させるた
めの機能がを効に働いていないことになり、これがキー
信号レベルの変動分として現れる。

このため、前述した増幅及びクリップ処理が必要とされ
、増幅時にノイズも増幅されてＳ／Ｎ劣化の原因となる
わけである。

これに対して本発明の実施例においては、前述したよう
に、バックカラーＢ、を中心としていずれの方向に色（
色度及び輝度）が変化してもキー信号レベルが上昇する
ような遷移領域を形成しているため、バックカラーＢ、
から他の色へ、あるいは他の色からバックカラーＢ、へ
変化するときのみキー信号レベルの変化が生じ、これ以
外の、例えば上記第５図の点Ｘから点Ｔへの変化等のよ
うなバックカラーＢ、とは無関係の変化が生じた場合の
キー信号レベルの変動が殆ど生じなくなる。

従って、従来のような増幅及びクリップ処理を施さな（
とも、キー信号として良好な信号波形が得られ、増幅が
不要あるいは僅かの増幅で済むことから、Ｓ／Ｎ劣化を
防止あるいは低減することができる。

また、回路構成上でも、ＲＯＭテーブルを追加する程度
で済み、増幅やクリップ処理が不要となる分、回路を簡
略化できるという効果もある。

さらに、本発明実施例のように、遷移領域を例えばサイ
ンカーブに従うような滑らかな変化形態とすることによ
り、得られるキー信号も変化の滑らかなものとなり、加
算合成の際の前景画像と背景画像との接続部分が円滑に
連続する。

なお、本発明は、上記実施例のみに限定されるものでは
なく、例えば、バックカラーはＢ（青）に限らず他の色
を用いてもよい、また、遷移領域の形状は、第２図や第
３図の具体例に限定されず、例えばキー信号レベルのＯ
と１との間をリニアに変化させてもよく、さらに他の種
々の形状としてもよいことは勿論である。

〔発明の効果］ 本発明のクロマキー装置によれば、互いに直交する３つ
の色座標軸から成る色空間内で、前景画像の任意の点の
色座標について、該前景画像のバックカラーの色座標と
原点とを通る基準軸からの距離と、該基準軸方向の成分
とに応して、キー信号の値を出力することにより、前景
画像のバンクカラ一部分と他の部分との弁別が適切に行
えるようになり、前景画像内でのバックカラーとは異な
る色の間での変化によりキー信号が変動するような不都
合が有効に回避できる。これによって、増幅及びクリッ
プ処理を無（す、あるいは最小限に抑えることができ、
Ｓ／Ｎの劣化を防止あるいは低減することができる。し
かも、回路構成上では、距離計算手段やＲＯＭテーブル
等のキー信号変換手段を追加するのみでよく、経済的で
ある。

器１４内の変換データの具体例を説明するためのグラフ
、第４図及び第５図は従来のキー信号発生動作を説明す
るための色空間を示すグラフ、第６図はクロマキー画像
合成動作を説明するための図、第７図はクロマキー装置
の基本構成の一例を示すブロンク回路図、第８図は従来
のキー信号の増幅及びクリンプ処理を説明するためのグ
ラフ、第９図は従来のキー信号発生のための遷移領域を
示す色度図、第１０図及び第１１図は前景画像信号に対
するキー信号の乗算動作を説明するためのグラフである
。

１１１、１１Ｇ、　１１ｍ・・・・前景画像信号入力端
子１２・・・・・・距離計算回路 １３・・・・・・遅延回路 １４・・・・・・キー信号変換器

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 バックカラースクリーンの前に被写体が配置されて構成
   される前景画像を表す前景画像信号からキー信号を取り
   出し、上記前景画像信号と背景画像信号とを上記キー信
   号に応じて選択して出力するクロマキー装置において、 互いに直交する３つの色座標軸から成る色空間内で、上
   記前景画像の任意の点の色座標について、上記バックカ
   ラーの色座標と原点とを通る基準軸からの距離を計算す
   る手段と、上記前景画像の上記任意の点の色座標の上記
   基準軸方向の成分を出力する手段と、 この基準軸成分出力手段からの出力及び上記距離計算手
   段からの出力に応じてキー信号の値を出力するキー信号
   出力手段とを有して成ることを特徴とするクロマキー装
   置。