JPS6211976A

JPS6211976A - ビデオ信号処理方法

Info

Publication number: JPS6211976A
Application number: JP61161462A
Authority: JP
Inventors: Jiyon Hedorii Debitsudo; デビッド　ジョン　ヘドリー
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1985-07-09
Filing date: 1986-07-09
Publication date: 1987-01-20
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: DE3681838D1; EP0208448A2; GB8517372D0; GB2177871A; CA1263740A; GB2177871B; US4751660A; JP2550530B2; ATE68302T1; EP0208448B1; EP0208448A3

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、ビデオ信号の処理方法に関するものである。

詳しくは、本発明は、特殊効果の処理を受けたビデオ信
号に対応する映像の表側部分又は裏側部分の弁別に関す
るものである。もっと詳しくいえば、本発明は、高鮮明
度ビデオシステムにおける特殊効果装置に用いて好適の
上記弁別手段を含むビデオ信号処理方法に関するもので
あるが、これに限られるわけではない。

〔従来の技術〕

英国における放送用標準テレビジョン信号は６２５ライ
ン／フレーム、５０フイ一ルド／秒のＰ　Ａ　Ｌ信号で
あるが、他国における放送用ＰＡＬ、　ＮＴＳＣ及びＳ
ＥＣＡＭ信号は、同様か又は少し低いライン周波数（例
えば５２５ライン／フレーム）と同様か又は少し高いフ
ィールド周波数（例えば６０フイ一ルド／秒）を使用し
ている。これらの放送用信号には近い将来大きな変更が
行われる見込がないのに、高鮮明度ビデオシステムに対
する要求はますます増えている。かよ・うなシステムは
、例えばフィルムの製作、閉回路テレビジョン・システ
ム、衛星通信システム及び一般スタジオ用に使用される
。

提案された高鮮明度ビデオシステムの１つに、１１２５
ライン／フレーム、　６ｏフイ一ルド／秒を使用するも
のがある。この提案されたシステムはまた、現在テレビ
ジョン受像機に使用されている４：３の縦横比の代わり
に５：３の縦横比の画面を使用している。

ビデオ信号に適用可能の特殊効果は、よく知られている
。例えば、陰極線管面の映像を２又は３次元においてオ
フセソｌ−（任意方向に動がず）したり、スケール（サ
イズを拡大又は縮小する）したり、ロール（回転させる
）したりする等である。

かような特殊効果を得る１つの方法は、あとで詳しく述
べるが、入力アナログビデオ信号を各々が画素アドレス
をもつデジタル標本値に変換し、得られる個々の画素ア
ドレスを所望の特殊効果を達成するように修正し、この
標本値をフィールドメモリの修正された画素アドレスに
記憶し、フィールドメモリからその標本値を読出し所望
の出方アナログ信号に再変換する過程を有する。

特殊効果装置によって達成される効果は、一般に２つの
タイプに分けられる。１つは、映像面を曲げたり捻った
りしないもので、直線的効果と呼ばれる。ただし、これ
は３次元的ではない。他の１つは、映像を３次元物体上
に投影して映像を歪ませるもので、非直線的効果と呼ば
れる。３次元的直線効果の一例は、遠近画法で入力映像
面をとんぼ返り又は指ではじくときに見られるように傾
けることである。３次元的非直線効果の一例は、入力映
像面を円錐面上に投影することである。

直線的であれ非直線的であれ、３次元的効果を生じるに
は２つの過程がある。すなわち、原２次元画素アドレス
を３次元空間における画素アドレスに変換し、それから
、２次元の目視面上に遠近画法的再変換をすることであ
る。

直線効果の場合、必要な２又は３次元的画素アドレスは
、例えばコンピュータ作図法に用いられているようなマ
トリックス計算によって得られる。

しかし、テレビジョン・システムに要求されるような実
時間操作を達成するには、技法の相当な修正が必要であ
る。これは、我々の同時係属中の英国出願第８５１１６
４９号（ヨーロッパ出願箱８６３０３２９８．３号）の
主題である。非直線効果の場合は、所望の効果を達成す
るだけでなく、所望の速度で且つ高すぎるか複雑すぎる
ハードウェアを必要とすることなく行える方法及び回路
が要望されている。これは、我々の同時係属中の英国出
願第８５１１６４８号（ヨーロッパ出願箱８６３０３２
８．３号）の主題である。

Ｃ発明が解決しようとする問題点〕直線的及び非直線的３次元効果の両方において、目視者
に映像の裏側が見えるようになる可能性がある。すなわ
ち、入力映像面が徐々にひっくり返るとき、その映像の
裏Ｏ１！ｌ　（うしろ）が最後に見えるであろう。同様
に、入力映像面が徐々に中空円筒に巻込まれるとき、円
筒の軸が傾いておれば巻込まれる方法により、その映像
の裏側が円筒の外側又は内側で見えるであろう。実際に
どう見えるかは、映像が透明であるかどうかによる。映
像が透明ならば、映像の裏側は表側（まえ）と同じであ
るが逆（さか）さに見えるであろう。映像が不透明で他
の映像がこれと背中合せになっていれば、この他の映像
が見えるであろう。どちらの場合にしろ、入力映像の表
側と裏側のどちらが目視者に見えるかを決定する必要が
ある。

所望の３次元的効果を得るため映像を変換する前に、映
像面に垂直で目視者に指向する１組のベクトルを定める
ことはできるであろう。変換後に、これらのベクトルを
、映像の表側と裏側のどちらが透視点から見えるかどう
かをベクトルの目視面に対する角度によって決定するの
に使用できるであろう。しかし、かかる方法では、所望
の効果を得るため入力映像の画素アドレスの変換に加え
てベクトルも変換しなければならず、このため更に多く
の記憶及び計算手段が必要となるであろう。

本発明の１つの目的は、映像の３次元操作後、映像の表
側と裏側のどちらが見えるがを決定するビデオ信号処理
方法を提供することである。

本発明の他の目的は、映像の３次元操作後、映像の増分
（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａ＋　）表面に垂直なベクトルが
目視点側（目視点に近づく方向）に向いているか又は目
視点と反対側（目視点から離れる方向）に向いているか
どうかを決定するビデオ信号処理方法を提供することで
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、視覚効果を得るための入力映像の３次元操作
を含むビデオ信号処理方法において、入力映像の表側又
は裏側のどちらを変換後の映像に表示すべきかを次の段
階を経て決定するようにした。

（ａｌ　　変換後の映像から得られる少なくとも３つの
隣接する非共線的（同一直線上にない）画素アドレスに
より変換後の映像における増分表面を決めること。

（ｂｌ　　変換後の画素アドレスから上記増分表面に垂
直なベクトルが目視点側に向いてるか又は目視点と反対
側に向いているかどうかを決定すること。

（Ｃ）　　上記ベクトルが目視点側に向いているか否か
により、変換後の画素アドレスの１つにおいて表示すべ
き入力映像の表側又は裏側に対応する部分を選択するこ
と。

〔実施例〕

実施例を説明する前に、先に概要を述べた高鮮明度ビデ
オシステム用の特殊効実装置の一例を第１図について簡
単に述べる。基本的には、特殊効実装置は、２つのフィ
ールドメモリすなわちフィールド０　（ゼロ）メモリ（
１）とフィールド１　（ワン）メモ１月２）を有し、こ
れに対する書込みアドレス発生器（３）と読出しアドレ
ス発生器（４）を有する。これらの素子はスイッチ＋５
）、　（６１，（７１及び（８）により相互接続され、
各スイッチはフィールド周波数で動作する。入力端子（
９）に供給されるデジタル標本値の形の入力データは、
スイッチ（５）によりフィールド０メそり（１）又はフ
ィールド１メモ１月２）に選択的に供給される。出力端
子（１０）に供給される出力データは、スイッチ（６）
によりフィールド０メそり（１１又はフィールドｌメモ
リ（２）から選択的に取出される。書込みアドレス発生
器（３）及び読出しアドレス発生器（４）は、スイッチ
（７）及び（８）によりフィールド０メそり（１）及び
フィールド１メモリ（２）へ選択的に交互に接続される
。

この特殊効実装置の動作において、入力アナログ信号は
水平走査線毎に２０４８回サンプル（標本化）され、そ
の標本値は８ビツトのワードにパルス符号変調（ＰＣＭ
）されて入力デジタル・データとなり、入力端子（９）
に供給される。書込みは、スイッチ（５）の位置及び書
込みアドレス発生器（３）の制御により、フィールドロ
メモ１月１）及びフィールド１メモリ（２）に対し交互
に行われる。メモリ（１）又は（２）に対する個々のデ
ジタル信号の書込み・読出しを行うばかりでなく、所望
の特殊効果を得るため陰極線管のスクリーン・ラスタに
おける画素アドレスを修正するのに必要な複雑なアドレ
ス計算は、入力端子（１１）を経て書込みアドレス発生
器（３）に供給される信号の制御の下に行われる。１フ
イ一ルド分がメモリ（１１又は（２）に書込まれると、
スインチ（５）〜（８）は位置を変え、メモ１月１）又
は（２）に記憶されたデジタル信号は、順次読出しアド
レス発生器（４）の制御の下に読出される。読出しアド
レス発生器（４）はまた、入力端子（１２）を介して供
給される信号によって制御される。読出された信号は出
力端子（１０）に供給され、その間、次のフィールドの
デジタル信号が他のメモリ（２）又は（１１に書込まれ
る。

次に、３次元非直線的効果を得る方法について少し述べ
る。

第２図は、ビデオ信号処理化の一部を示すブロック図で
ある。この図には、後述する本発明の実施例が含まれる
。（２０）は、２次元−３次元マンピング・メモリで、
２つの主入力Ｘ、　Ｙ及び３つの主出力α、β、２を有
する。Ｘ入力には画素の入力Ｘアドレスが乗算器（２１
）を経て供給され、これら人力Ｘアドレスはまたα出力
に接続された乗算器（２２）に供給される。画素の入力
ＹアドレスはＹ人力へ乗算器（２３）を経て供給され、
これら人力Ｙアドレスはまたβ出力に接続された乗算器
（２４）に供給される。乗算器（２５）は、Ｚ出力に接
続される。Ｘ、Ｙ及びＺ出力は、それぞれ乗算器（２２
）　、　　（２４）及びく２５）より取出される。

乗算器（２１）　、　　（２３）及び（２５）は、Ｘス
ケーリング・ファクター信号、Ｙスケーリング・ファク
ター信号及びＸスケーリング・ファクター信号よりそれ
ぞれ制御される。

マツピング・メモリ　（２０）は、ル・ノクア・ノブ（
参照）テーブルとして動作するランダムアクセスメモリ
　（ＲＡ、Ｍ）であり、得ようとする特殊効果に対応す
るデータが予め格納される。したがって、マツピング・
メモリ　（２０）は、２次元入力映像のラスタにおける
画素アドレスに対応するＸ及びＸ座標を３次元空間にど
のようにマ・ノピング（位置付け）するかについての指
示を記憶している。各サンプル位置に対し、３つのパラ
メータが記憶される。すなわち、Ｘ及びＹスケーリング
乗数であるα及びβ、並びに絶対深度座標であるＺであ
る。いま、１次元を考えると、所望の特殊効果を得るの
にラスタの水平走査線における各画素アドレスに与える
効果として、その画素アドレスを異なるアドレスに水平
移動させることが挙げられる。このアドレスの変換は、
原アドレスのＸ座標をスケーリング乗数倍することによ
り行える。

実際に、所望の特殊効果は各画素アドレスに２次元的運
動を与えることになるので、画素の原アドレスのＸ、Ｘ
座標の両方にそれぞれスケーリング乗数を乗することが
必要になる。したがって、各画素アドレスはマツピング
・メモリ　（２０）のＸ。

Ｙ入力に供給されるので、マツピング・メモリ（２０）
は、その画素アドレスに適合するスケーリング乗数α、
βをアクセス（呼出）し、これらをα、β出力に供給す
る。しかし、また、所望の特殊効果を得るには画素アド
レスを第３すなわち深さの方向に移動させる必要がある
。ゆえに、マツピング・メモリ　（２０）は更に、入力
アドレスのＸ。

Ｘ座標で表わされる画素アドレスに対応し且つ所望の特
殊効果に対応するアドレスのＺ座標をアクセスし、Ｚ出
力に供給する。

入力画素アドレスに対応するスケーリング乗数α及びβ
は、それぞれ乗算器（２２）及び（２４）に供給され、
これら乗算器には入力画素の入力Ｘ。

Ｙアドレスがそれぞれ供給される。したがって、乗算器
（２２）及び（２４）は入力Ｘ、Ｙアドレスを所望の新
しい値にスケーリングし、この新しい値は、マツピング
・メモリ　（２０）から取出されたＺアドレスと共にそ
れぞれの出力に供給される。

次に、乗算器（２１）　、　　（２３）及び（２５）の
目的を説明する。上述では、２次元映像から３次元非直
線効果像への転換は１段階（ステップ）で達成されるも
のと仮定した。しかし、一般に、特殊効果は相次ぐフィ
ールドにわたって徐々に達成される必要がある。

第３図は、最初平坦な８１点グリッドが球面上に徐々に
マツピングされるコンピュータ・シミュレーションを示
すものである。同図において、特殊効果を原２次元映像
が球面の周りに巻かれるように次第に変化することであ
る、とする。１番目の図は最初の平坦像を示し、８１点
の各々は矩形としであるが、デジタル・ビデオ信号では
、これら矩形の各々が１つの画素を表わしＸ、Ｙアドレ
スをもつ１つの標本値に対応する。図を順に追ってゆく
と、特殊効果が徐々に進行するにつれて標本値がどのよ
うに動（かが分かるであろう。あとの方の図から、特に
最後の図から、特殊効果の進行に伴い、ＸＸ座標に関す
る限り同じアドレスをもつがＺアドレスが異なる座標値
が複数個現われることが認められるであろう。換言する
と、成る標本値は他の標本値の背後にくるようになる。

透明効果を望む場合、これらの標本値は共に出力ビデオ
信号を構成するのに使用しうるが、中実又は不透明効果
を望む場合は、単に同じＸ、Ｙアドレスをもつ標本値の
Ｚアドレスを比較することにより、目視面により近い（
すなわちＺアドレスが小さい）標本値を選択しうる。

第３図の最後の図を見ると、マツピング・メモリ　（２
０）に格納すべきデータは、この場合、個々の画素アド
レスの位置が原２次元映像から最終の３次元映像に動い
て変わる様子を数学的に計算して得られることが分かる
。同様に、原２次元映像を球、円筒又は円錐の面のよう
な数学的に表わしうる３次元面上にマンピングすること
を含むどんな特殊効果の場合でも、必要なデータを数学
的にＲ１算することができる。しかし、テーブルや電話
機の表面のようなもっと複雑な面の場合は、まず、その
表面を座標にマツピングするためのコンピュータ解析を
付加する必要があり、これより、コンピュータはマツピ
ング・メモリ　（２０）に格納すべき所要データを計算
できる。

実際の装置では、予め計算された種々のα、βスケーリ
ング乗数及びＺ座標の異なる組合せが、必要に応じてマ
ツピング・メモリ　（２０）に書込めるようにディスク
に記憶されている。

第２図及び原２次元映像を３次元面に徐々にマツピング
する問題に戻ると、これは更に別のスケーリング乗数を
用いることにより達成できる。これは、マツピング・メ
モリ　（２０）に記憶したスケーリング乗数α、βとの
混同を避けるため、スケーリング・ファクターと呼び、
特に乗算器（２１，）　。

（２３）及び（２５）にそれぞれ供給されるものをＸ。

Ｙ及びＺスケーリング・ファクター信号と呼ぶことにす
る。Ｘ、Ｙ及びＺスケーリング・ファクター信号の作用
は、はじめ入力Ｘ、Ｙアドレスを３次元面上にマツピン
グすべき２次元面の中央に集めることである。それから
、Ｘ、Ｙスケーリング・ファクター信号は、各アドレス
が３次元体の境界面に向かって外側に拡がるように徐ｋ
に変わる。

この拡げる作用は、Ｘ、Ｙスケーリング・ファクター信
号の値を徐々に変えることにより、徐々に行われる。

これは、第４図Ａ−Ｃより理解されるであろう。

これらの図は、原２次元映像を次第に円筒面にマツピン
グする場合の最初、中間及び最終の各段階における入力
、マツプ及び出力を示している。全段階を通じ、原映像
の中央上方の画素Ａのアドレスは、スケーリング・ファ
クター及びマツピングの両方によって変化しない。した
がって、画素Ａの出力アドレスは入力アドレスと同じで
ある。しかし、はじめ右上方にある画素Ｂのアドレスは
、第４図Ａの最初の段階でスケーリング・ファクタ　　
Ｃ −の作用により中央に近付けられる。したがって、画素
Ｂの出力アドレスは、この最初の段階ではマツピング時
スケーリング乗数によって殆ど変化しない。第４図Ｂの
中間段階では、画素Ｂのアドレスは、中央に余り近付か
ず、マツピング時スケーリング乗数によって成る程度変
化する。その出力アドレスは、画素Ｂが最初平坦な映像
面の原位置から離れるように動き円筒の形を取るために
曲がり始めることを示す。第４図Ｃの最終段階では、ス
ケーリング・ファクターは画素Ｂの入力アドレスを変化
させず、マツピング時スケーリング乗数はこのアドレス
に一杯の効果を与え、画素Ｂの出力アドレスは可成り移
動する。実際は、最終の円筒形映像上で占めるべき位置
まで移動する。

この場合、第３図の球面上にマツピングする場合のよう
に、成る画素のアドレスが他のアドレスの背後にくるこ
とに注意されたい。上述のように、透明的な効果を要求
する場合は、これらの両画素は共に出力ビデオ信号を作
るのに使用しうるが、中実的効果を要求する場合は、Ｘ
、Ｙアドレスが同じ画素のＺアドレスを比較することに
より、目視面により近い、すなわちＺアドレスの小さい
方の画素を選択しうる。この場合、円筒の軸が少し傾い
ているため、円筒の内側すなわち入力映像の裏側の部分
が最後に見えるようになっている。これについては、あ
とで詳細に述べる。

第５図は、第２図の回路の詳細を示すブロック図である
。この図は、マンピング・メモＩＪ　　（２０）及び乗
算器（２２）　、　　（２４）　、　　（２５）　　（
乗算器（２１）　。

（２３）は簡単のため図示せず）の外に、マツプ前マト
リックス（３０）、マルチプレクサ（３１）　、マツプ
後マトリックス（３２）、遠近変換装置（３３）及びも
う１つのマルチプレク４Ｆ−（３４）を示す。入力Ｘ及
びＹアドレスは、マツプ前マトリックス（３０）の各入
力、乗算器（２２）及び（２４）　　（前述のように）
、マルチプレクサ（３１）の各入力及びマルチプレクサ
（３４）の各入力にそれぞれ供給される。マルチプレク
サ（３１）は、更にゼロ（０）Ｚ入力アドレスを受ける
。ｏＺアドレスは、原２次元映像上の全Ｘ及びＹアドレ
スに対応するＺアドレスである。マルチプレクサ（３１
）の他の３人力は、それぞれ乗算器（２２）　、　　（
２４）及び（２５）の出力を受ける。これらの入力は、
要求する特殊効果に従ってマツピングされた入力ビデオ
・データの画素にそれぞれ対応するＸ、Ｙ及びＺアドレ
スである。

マルチプレクサ（３１）は、直線・非直線効果制御信号
に制御されて動作し、最初の入力アドレス又はマツピン
グ後の入力アドレスのいずれか、すなわち非直線的特殊
効果を含むかどうかを要求に応じて選択する。マルチプ
レクサ（３１）からの３つの出力アドレスＸ　／／　、
　　Ｙ　ＩＩ及びＺ　／／はマツプ後マトリックス（３
２）に供給され、その出力Ｘ　ｒｒｒ。

Ｙ″′及びＺ″′アドレスは遠近変換装置（３３）に供
給される。遠近変換装置（３３）はまた、遠近距離制御
信号を受は出力アドレスＸ及びＹをマルチプレクサ（３
４）に供給する。マルチプレクサ（３４）はまた、入力
Ｘ及びＹアドレスを受け、効果・非効果制御信号の下に
、変化しない入力Ｘ、Ｙアドレスか、又は要求される非
直線的特殊効果に従いマツプ後マトリックス（３２）及
び遠近変換装置（３３）より取出された出力Ｘ、Ｙアド
レスが、又はマルチプレクサ（３１）が入力Ｘ、Ｙアド
レスがマツプ前マトリックス（３ｏ）及びマツピング・
メモリ　（２０）を側路するよう制御されている場合は
、マツプ後マトリックス（３２）及び遠近変換装置（３
３）のみにより取出された出力Ｘ、Ｙアドレスのいずれ
かを出力に供給する。

簡単にいえば、マツプ前マトリックス（３ｏ）は、２次
元効果のオフセツティング（映像の面内におけるシフト
又は移動）、スケーリング（映像の拡大又は縮小）及び
ローリング（回転）のいずれが又はいずれかの組合せを
行う動作をする。例えば、非中心点の周りの回転は、そ
の点へのオフセツティング、その点の周りの回転及び最
初の位置への逆オフセツティングの組合せである。これ
らの効果はすべてよく知られており、必要なマトリック
、２．ハ、チャツプマン・アンド・ホール・コンピユー
テイング１９８４のデニス・ハリスによる［コンピュー
タ・グラフィックス・アンド・アプリケージョンズ」に
記載されている。各個別の効果を得るには１つの３×２
マトリツクスで充分であるが、単に３×３マトリツクス
を作るために第３のライン（行）を加える。そうすると
、任意の２以上のマトリックスを直ちに互いに乗算して
所要の効果の組合せが得られる。この乗算はマイクロコ
ンピュータにおいて行い、その結果得られるマトリック
スは、要求に応じて、乗算器と加算器を有するマツプ前
マトリックス（３０）に対し１組の係数として格納する
。

簡単にいえば、マツプ後マトリックス（３２）は、３次
元効果のオフセツティング（２次元のみもある。）、ス
ケーリング、ローリング、ピッチング及びヨーイング（
首振り）のいずれか又はいずれかの組合せを行う動作を
する。これらの効果もまたよく知られており、必要なマ
トリックスは上記の「コンピュータ・グラフィックス・
アンド・アプリケーションズ」に記載されている。この
場合、各個別の効果を得るには１つの４×３マトリツク
で充分であるが単に４×４マトリツクスを作るため第４
のライン（行）を加える。そうすると、２以上のマトリ
ックスを直ちに互いに乗算して所要の効果の組合せが得
られる。この乗算はマイクロコンピュータで行い、その
結果得られるマトリックスは、要求に応じて、乗算器と
加算器を有するマツプ後マトリックス（３２）に対し１
組の係数として格納する。

次に、マツプ後マトリックス（３２）として使用しうる
ビデオ信号処理回路を第６及び第７図により説明する。

これにより、もっと簡単なマツプ前マトリックス（３０
）も同様な方法で実現しうろことが容易に分かるであろ
う。

上述のように、マツプ後マトリックス（３２）がオフセ
ツティング、スケーリング、ヨーイング及ヒピッチング
の３次元効果を達成するために行うべき数学的計算は、
例えば上述の［コンピュータ・グラフィックス・アンド
・アプリケーションズ」によって公知である。しかし、
今の場合は、映像が、実時間で処理されなければならな
い。すなわち、各フィールドについて必要なすべての処
理は、ビデオ・フィールド・レート（本例では６０フイ
一ルド／秒）で遂行されねばならない。コンピュータが
所要の高速で処理を遂行するのは不可能であるので、マ
ツプ後マトリックス（３２）は、高速マイクロプロセッ
サ及びハードウェア・マトリ・２クス回路をもつハイブ
リッド（混成）装置を有する。

基本的に、マイクロプロセッサは１個の４×４マトリツ
クスの係数を計算するのに必要である。４×４マトリツ
クスは、必要により２以上のオフセツティング、スケー
リング、ローリング、ピ・ノチング又はヨーイングにそ
れぞれ対応するマトリ・７クスを組合せた複合マトリッ
クスである。

いま、１つの画素の３次元入力アドレスがＸ。

ｙ、　　ｚで、必要な変換後その画素の出力アドレスが
ｘｎｅｔｎ　＋　ｙｎｅｗ　、　ｚｎｅｔｖであるとす
る。一般に、具体的な変換が未だ特定されていない場合
は、ＸｎｅＷ＝ａｉ　ｘ＋ｂ１ｙ＋ｃ１ｚ＋ｄｓｙｎｅ
Ｗ　＝ａ２ｘ−１−ｂ２ｙ−ｔ−ｃ２ｚ＋ｄ２ＺｎｅＷ
＝ａ３　ｘ＋ｂ３　ｙ＋ｃ３ｚ＋ｄ３ただし、ａ１＋　
　ａ２．ａ３．ｂｌ＋　　ｂ２＋　　ｔ）３＋ｃｍ＋　
　ｃ２　＋　　Ｃ３＋　　ｄＬ　＋　　ｄ２及びｄ３は
、行おうとする変換によって決まる係数である。上記３
方程式をマトリックスで書くと、次のようになる。

これをマトリックスの乗算ができるように中央部を４×
４マトリツクスにして書直すと、上述した我々の同時係
属中の英国出願第８５１１６４９号（日本出願の特願昭
６１−１０５３８９号）に詳細に説明したように、オフ
セツティング、スケーリング、０−リング、ピッチング
及びヨーイングの上記３次元直線的効果のいずれか１つ
又はいずれかの組合せは、適当なマトリックスを選ぶこ
とにより、又は組合せの場合は複数の適当なマトリ・ノ
クスを選ぶことにより達成しうる。そして、所要の）ｉ
ラメータ値をそれらのマトリ・ノクスに入れ、また、組
合せの場合は得られたマトリ・ンクスを互いに乗算する
ことにより、任意の３次元直線的効果を達成しうる。こ
の第１段階は、第６図に示すマイクロプロセッサ（４０
）によって実行される。マイクロプロセッサ（４０）は
、プログラム・メモリ　（４１）に記憶されたプログラ
ム及び選択入力によって制御される。選択入力は、オフ
セツティング、スケーリング、ローリング、ピッチング
及びヨーイングのうち、どの効果とするかを特定し、必
要に応じてオフセット距離、スケーリング係数及びロー
ル、ピッチ又はヨー角を特定するものである。プログラ
ムの制御により、マイクロブロセ・ノサ（４０）は、適
当な４×４マトリツクス（単数又は複数）を選択し、パ
ラメータを置換し、必要に応じ、得られたマトリックス
を互いに乗算して所要の係数ａ１〜ｄ３を含む出力マト
リックスを与える。これらの出力マトリックスは、ラッ
チ回路（４２）を介してそれぞれの出力ａ１〜ｄ３に供
給される。

マイクロプロセッサ（４０）は、処理すべきビデオ信号
の各フィールド期間内に上述の演算を行い、所要の係数
ａ１〜ｄ３が次のフィールド期間において使用できるよ
うにする。

係数ａ１〜ｄ３は、第７図に示すハードウェア・マトリ
ックス回路に供給される。このマトリックス回路は、９
個の乗算器（５０）〜（５８）と９（ｆｌｉｔの加算器
（５９）〜（６７）とを有する。１フイールド内の各画
素の出力ｘ　ｎｃｖは、その画素の入力座標ｘ、　　ｙ
及び２をそれぞれ乗算器（５０）　、　　（５１）及び
（５２）に供給することによって得られる。これらは、
乗算器において、前のフィールドの終わりにマイクロコ
ンピュータ（４０）からそれぞれ加えられる係数ａ１＋
ｂｉ及びｃｌと乗算される。

乗算器（５０）及び（５１）の出力は加算器（５９）に
より加算され、加算器（５９）の出力は乗算器（５２）
の出力と加算器（６０）により加算され、加算器（６０
）の出力は係数ｄ１と加算器（６１）とにより加算され
る。加算器（６１）の出力がＸ　ｎｅＷである。

出力ｙｎｅ−及びｚ　ｎｅｉｉも、同様にして得られる
。

これら３出力ｘｎｅ−、ｙｎｅ凶及びｚｎｅ匈は、第５
図のＸ　ｍ　、　Ｙ　ｍ及びＺ″′に相当し遠近変換装
置（３３）に供給される。

上述したように、マツプ前マトリックス（３０）の構成
及び作用も同様であるが、２次元直線的効果のオフセツ
ティング、スケーリング及びローリングを含むだけであ
るため、マトリックスが３×３でありこれに応じてマト
リックス回路が簡単になる。

遠近変換装置（３３）は、Ｚ″′′アドレス選択した視
距離に応じてＸ　ｎｔ及びＹ′″アドレスを変え、幾何
学的遠近側を導入するものである。これもまた既知の技
法であり、その方法は上述の「コンピュータ・グラフィ
ックス・アンド・アプリケーションズｊに記載されてい
る。遠近変換の必要は、非常に簡単な例から理解される
であろう。原２次元矩形映像がその上縁と一致する水平
軸の周りに蝶番により後方に動くと仮定する。動くにつ
れ映像の各画素はＺアドレス（上記の軸に沿う画素に対
してはゼロとなる。）を得るであろうが、映像の最初の
底縁の長さは同映像の上縁の長さと等しいままである。

いいかえると、動きは３次元内であるが、眼には何の遠
近効果も与えないであろう。

遠近変換装置（３３）の機能は、必要な幾何学的遠近効
果を加えることである。上記の簡単な例では、底縁を短
くし、間にある水平線を次第に短くすることが含まれる
。

遠近変換装置によって達成される他の機能は、これに本
発明が特に関係しているが、映像の表側（前面部）と裏
側（後面部）を弁別することである。この作用は、遠近
変換の前でも後（あと）でも行える。前の方が理論的に
はよいが、実際は後でも充分満足できる。映像の表側と
裏側の弁別は、最低３個の非共線的（同一直線上にない
）画素アドレスによって決まる面の方位を考えることに
よって行う。最低３個の画素アドレスを必要とする理由
を理解するのに、変換後の４１［１ｉ１の隣接画素アド
レスＰｓ、Ｐ２．Ｐ３及びＰ４を示す第８図Ａを考える
。これらの３次元画素アドレスは、それぞれ画素アドレ
スＰ１．Ｐ４間及びＰ３．Ｐ２間の２つの対角線ベクト
ルｖ１及びｖ２をそれぞれ画素アドレスによって定める
のに使用できる。そして、ベクトル■１及び■２のクロ
ス乗積をとり、その表面に垂直なベクトルＶＮを画素ア
ドレスによって定めることができる。このベクトルＶＮ
が目視者側に向いていれば、その入力映像の表側が見え
るごとになり、これが目視者と反対側に向いていれば、
その人力映像の裏側が見えることになる。

しかし、第８図Ｂに示すように、この決定は３つの画素
アドレスＰｉ、Ｐ２及びＰ３のみを使用して行うことが
できる。それは、１つの表面（この場合は平面である。

）及び例えば画素アドレスＰ１．Ｐ２間Ｐ１．Ｐ３間の
必要な２つのベクトルＶ１．Ｖ２をそれぞれ画素アドレ
スによって定めるのにこれで充分であるからである。

まず、４つの画素アドレスＰｘ、Ｐ２．Ｐ３及びＰ４を
使用する場合について、第９〜第１１図を参照してもっ
と詳しく述べる。第９図Ａは、２次元入力映像（７０）
の平面図で（７１）は目視者を示す。映像（７０）に垂
直なベクトルＶＮは、目視者（７１）に向いている。第
９図Ｂは、映像（７０）が巻込まれた変換後の映像（７
０’）を示す。この場合、例えば映像（Ｔｏ’）の中心
から幾分ずれた増分（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ　）表面
に垂直なベクトルＮＮ′は目視者（７１）と反対側の方
向に向いている。したがって、その増分表面の裏側が見
えることになるが、映像（７０’）にその面の表側が見
える増分表面があることに注意されたい。

第１０図Ａは、入力映像の１フイールドのラスタにおけ
る３連続水平走査線のサンプルすなわち画素アドレスの
直交配列の一部を示す。変換後に、例えば画素アドレス
Ｐ１をもつサンプルにおける映像の表と裏のどちら側が
目視者に見えるかを決定するため、画素アドレスＰ１．
Ｐ２．Ｐ３及びＰ４を用いて対角線ベクトルＶ１．Ｖ２
により平面Ｐを定める。いま、３次元画素アドレスＰｉ
。

Ｐ２．Ｐ３及びＰ４の座標を（Ｘ１１　　ｙｌ、Ｚｔ）
。

（Ｘ２＋　３’２＋　２２）、（Ｘ３１　Ｘ３＋　２３
）及び（Ｘ４１　　ｙ４．２４）とする。ベクトルＶ１
゜■２のクロス乗積を得ることにより、その表面に垂直
なベクトルＶＮが定まり、そのベクトルＶＮは、入力映
像が平坦で視線に垂直であるので、勿論目視者に向いて
いる。

第１０図Ｂは変換後の同じ画素アドレスＰ１．Ｐ２゜Ｐ
３及びＰ４を示し、それらがそれぞれＰｉ　　（Ｘ１’
＋　　ｙｉＺ　　ｚｌ）＋　　Ｐ２　　（Ｘ２＋　　Ｘ
２＋　　２２）＋Ｐ　３　　（Ｘ３’　＋　　ｙ３　＋
　　ｚ３　）及びＰ４’　　（Ｘ４’ｌ　　ｙ；、Ｚｊ
）になったとする。前と同様にベクトルＶ　１’　＋　
　Ｖ　２が定まり、そのクロス乗積より、変換後の画素
アドレスＰＩＺＰ２＋Ｐ３′及びＰ４′を含む増分表面
に垂直なベクトル■Ｎ′が定まる。その変換の性質によ
り、垂直ベクトルＶＮ′の向く方向が決まる。

第１１図に、このベクトルの４つの例Ｖ　Ｎ’１〜ＶＮ
′４を示す。この図から、Ｖ　Ｎ’１とＶ　Ｎ’２ば映
像の表側を表示すべきことを示し、ＶＮ’ｌは映像の裏
側を表示すべきことを示していることが分かるであろう
。Ｖ　Ｎ’３は増分表面の平面が目視者に向いている場
合を示し、この場合は、映像の表と裏のどらち側を表示
しても構わない。

換言すると、ベクトルＶＮ′の方向と目視者に対して反
対の方向との間の角度をθとした場合、９０°　〉θ〉
２７０゜のときに映像の裏側を表示すべきであり、その他の場合
に映像の表側を表示すべきである。よって、ｃｏｓθに
対する式を導くことにより、これは単にＮの符号を調べ
るだけで決定できることが分かる。

ここに、Ｎ＝　　（３’ｊ　　　Ｙ１’）　　（ｘ２′−ｘｉ　
）−（Ｘｊ−ｘ１′）　　（２２′−ｙ７）その理由は
、ｃｏｓθに対する式の分子がＮであり、その分母は常
に正であるからである。その符号の弁別は、特に上記の
Ｎに対する式が変換後の画素アドレスから得られる値の
みを含むので、第５図の遠近変換装置（３３）において
極めて容易に行うことができる。したがって、変換前の
画素アドレスを遠近変換装置（３３）に供給する必要が
なく、実際に２すなわち深さアドレスは用いない。Ｎが
正であれば、９０°　〉θ〉２７０゜であり、映像の裏側が要求され、Ｎが負であれば、９０
°〈θ〈２７０゜であり、映像の表側が要求される。

第１２図は、必要な弁別を行うための回路の例を示すブ
ロック図である。この回路は、それぞれ２人力と１出力
をもつ４個の減算器（８０）〜（８３）を有する。減算
器（８０）及び（８工）の出力は乗算器（８４）の各入
力に接続され、減算器（８２）及び（８３）の出力は乗
算器（８５）の各入力に接続される。乗算器（８４）及
び（８５）の各出力は比較器（８６）の各入力に接続さ
れ、比較器（８６）の出力は端子（８７）に供給される
。

各画素において、ｙｌとＸ１＋Ｘ２とｘ３′。

ｘｌとｘ１′、ｙ２′とｙ３′の値（大きさと符号）が
それぞれ減算器（８０）〜（８３）の各入力に供給され
る。減算器（８０）〜（８３）の出力は各入力の差の値
（大きさと符号）を表わし、これらの出力値は乗算器（
８４）及び（８５）により各組において互いに乗算され
る。比較器（８６）は、２つの乗算出力（これらはそれ
ぞれ上記のＮに対する式の２つの項に対応する。）を比
較してＮが正か負かを弁別し、表・裏信号を出力端子（
８７）に供給する。

表・裏信号の使用方法は、希望する効果によって決まる
。入力映像がただ１つのときは、その映像の裏側は個々
の全画素アドレスにおいて表側と同一である。ただし、
何らかの変換により映像の裏側が目視者に見えるように
なる場合、裏側を表側と区別し、例えば色を変えるか明
るさを落とすかして裏側が見えるようにする必要があろ
う。或いは、映像の裏側を純粋な黒か白にして示しても
よい。

上述の技法は、特に入力映像が両面像すなわち背中合せ
に配された第１及び第２の異なる映像から成る場合に有
用である。この場合、入力映像の裏側の少な（とも一部
が見えるようになるとき、第２の映像から得られる適当
な標本値を対応する第１の映像の標本値の代わりに表示
する。これを達成するためには、各画素アドレスについ
て第１又は第２の映像のどちらか適当な標本値が表・裏
信号に応じて選択されるように、両映像を処理する必要
がある。

上述の決定は映像の各画素アドレスに対して行われるの
で、映像の表及び裏側が各フィールド全体にわたって正
確に表示される。

次に３個の画素アドレスＰ１．Ｐ２及びＰ３を使用する
場合について述べる。第１０図Ｃは、第１０図Ｂに対応
するものであるが、画素アドレスＰｘ。

Ｐ２及びＰ３が変換後にそれぞれＰ　Ｉ’　　（Ｘｌ　
＋　　３’　１′＋ｚｔ）、Ｐ２　　（Ｘ２１　　ｙｘ
ｙ　　２２）ｌ　　Ｐ３　　（Ｘ３１７３　＋　　２３
　）になった場合を示す。この場合も、ベクトル■１′
、■２′が定まり、そのクロス乗積より、変換後の画素
アドレスＰ　１′＋　　Ｐ　２及びｐ、ｌを含む増分表
面に垂直なベクトルＶＮ′が定まる。４画素アドレスの
場合について述べたように、ＣＯＳθに対する式を導出
することにより、Ｎの符号を弁別しさえすればよいこと
が分かるであろう。ただし、Ｎ＝（ｙ３′−７１′）　　（ｘ２′−ｘ１′）（ｘ３
′　Ｘ１’）　　（ｙ２’　　ｙ□′）これが一般に可
能なことを第１２図について述べたが、実施例によって
は簡略化することができる。

第８図Ｂに一般に対応する第８図Ｃに、Ｘ軸と線ｐｉ′
ｐ２′、ｘ軸と線Ｐ１′Ｐ３′それぞれの間の角度θｈ
とθＶが示されている。成る実施例においては、これら
の角θｈ、θＶを　ｔａｎθｈ＋ｔａｎθＶの形で得る
ことができる。この場合は、次の２式を上記Ｎに対する
式と比較することにより、ｔａｎθｈ＞　　ｔａｎθ■ ならば、Ｎが正で映像の裏側が要求され、逆ならばＮが
負で映像の表側が要求されていることが分かる。

この場合には、第１２図の回路の代わりに　ｔａｎθｈ
と　ｔａｎθＶの値を比較する１つの比較器（８６）を
設ければよい。

上述においては高鮮明度ビデオシステムに関連して説明
したが、本発明は、デジタル形式で表わされる任意のビ
デオ信号の処理にも同様に適用しうるものである。

また、本発明の実施例を図面について詳細に述べたが、
本発明は、これらの具体例に限らず、特許請求の範囲に
記載した要旨から逸脱することなく種々の変形・変更が
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は高鮮明度ビデオシステム用特殊効実装置の一部
を示すブロック図、第２図はビデオ信号処理回路の一部
を示すブロック図、第３図は最初平坦な８１点のグリッ
ドが球面上に次第にマツピングされるコンピュータ・シ
ュミレーションを示す図、第４図は最初平坦な映像を次
第に円筒面にマツピングする場合の最初、中間及び最終
段階を示す図、第５図は第２図の回路の詳細を示すブロ
ック図、第６図及び第７図はそれぞれ第５図の回路の一
部の詳細を示すブロック図、第８図は変換後の４又は３
個の隣接画素アドレスを示す説明図、第９図は変換前及
び変換後の映像を示す平面図、第１０図は変換前後の４
又は３個の画素アドレスの関係を示す説明図、第１１図
は変換後映像に垂直なＢベクトルの例を示す説明図、第１２図は第５図回路の一
部を構成し本発明を用いるビデオ信号処理回路の例を示
すブロック図である。

Claims

【特許請求の範囲】入力映像の３次元操作を含む視覚効果を達成するビデオ
信号処理方法であって、変換後の映像において入力映像
の表側又は裏側のどちらを表示すべきかを次の過程によ
って決定することを含むビデオ信号処理方法（ａ）上記変換後映像から得られる少なくとも３つの隣
接する同一直線上にない画素アドレスにより上記変換後
映像における増分表面を決めること。（ｂ）上記変換後画素アドレスから上記増分表面に垂直
なベクトルが目視点側に向いているか又は目視点と反対
側に向いているかどうかを決定すること。（ｃ）上記ベクトルが上記目視点のどちら側に向いてい
るかにより、上記変換後画素アドレスの１つにおいて表
示するために上記入力映像の表側又は裏側に対応する部
分を選択すること。