情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report Vol.2015-CVIM-195 No /1/22 AR マーカ除去のための実時間背景画像変形 *1 1 1 Abstract 本稿では, 拡張現実感で用いられる AR マーカの違和感のない視覚的除去を実現するた

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1 AR マーカ除去のための実時間背景画像変形 *1 1 1 Abstract 本稿では, 拡張現実感で用いられる AR マーカの違和感のない視覚的除去を実現するための, 背景画像の実時間変形手法を提案する. 従来,AR マーカの実時間除去は, マーカが平面上に存在するという仮定のもと, カメラ位置姿勢に基づく単一の射影変換行列を用いて, 背景画像を変形し, マーカ上に重畳することで実現していた. しかし, マーカが完全な平面上に配置されていない場合や, マーカが印刷された物体の厚みのためにマーカが存在する平面と周辺の平面に位置ずれがある場合には, 背景画像を射影変換で変形し合成した際, マーカ領域とその周辺の領域でテクスチャのずれが生じ, 違和感が生じる問題がある. そこで本研究では, マーカ周辺のテクスチャの動きに基づきマーカ領域のテクスチャの動きを推定することで, 領域境界でのテクスチャのずれを軽減し, 違和感のないマーカの除去を実現する. Keywords : マーカ除去, 隠消現実感, テクスチャ変形 1 はじめに PC (Augmented Reality; AR) [1] Siltanen [2] [3] (Image Inpainting) *1 (Diminished Reality; DR) [4,5,6] Cosco [4] [5] 2 Li [6] [7, 8] [9] 1

2 AR 2 AR マーカ除去の概要 1 2 (a-1) (a-2) B (a-3) (a -1) (a -2) (a -3) B [3] B (a-4) [3] (b-1) (b-2) (b-3) B 背景画像生成 事前撮影の場合 (a-1) 画像 1 枚取得 (a-2) マーカ配置 (a-3) 画像正対化画像修復の場合 (a -1) マーカ配置し画像取得 事前撮影 画像修復 (a -2) 画像正対化 (a -3) 画像修復 (a-1) (a -1) 1 2 (a-4) 背景画像変形のための特徴点抽出 信頼度算出 正対背景画像 毎フレームのマーカ除去画像生成 提示 (b-1) 画像を取得 (b-2) カメラ位置姿勢の推定 (b-3) 画像の正対化 (b-4) 背景画像変形 (b-5) 背景画像の色調補正 (b-6) 背景画像の合成 (b-7) 画像の提示 (a-2) (a -2) (a-3) (a -3) 次のフレーム 正対背景画像 B (b-4) [10] (b-5) (b-6) (b-7) B Ω (a-4) (b-4) 3 背景画像変形 B 3.1 背景画像の特徴点抽出と信頼度算出 (a-4) Ω 2

3 河合 佐藤 横矢 : AR マーカ除去のための実時間背景画像変形 Ω 条件 2 C L 2 N 2 % (N 2 ) 3 Ω l Ω 3 LoG(Laplacian of Gaussian) Ω i x i C(x i ) x i C(x i )= N x i c x N xi NCC c (B,B) (x i, x ) N xi (1) N xi x i x i N xi N xi NCC c (B,B) (x i, x ) B x i x c ( RGB) NCC (B,B) c (x i, x )= p W IB c (x i + p)i B c (x + p) p W IB c (x i + p) 2 p W IB c (x + p) 2 (2) Ic B (x i ) B x i c p W 3 条件 1 L 1 (L 1 ) Ω 条件 3 C N 3 % (N 3 ) 3.2 動きの補間による背景画像変形 (b-4) B Ω (i) Ω (ii) f (i) マーカ周辺領域における特徴点の対応付け Ω x i f 1 h f 1 (x i ) G hf 1 (x i) f h f (x i ) h f (x i ) = NCC c (B,f) (x i, x ) arg max x G hf 1 (x i 1+ ) x j M xi D s ( t ) (3) s = x i x j t = x h f (x j ) NCC c (B,f) (x i, x ) (2) B f x i x M xi x i x i (3) D s ( t ) 0 (d( s ) > t ) D s ( t ) = (4) κ (otherwise) d( s ) s d( s) ) =10 s D s ( t ) s t 3

4 (ii) 特徴点以外の画素の動き補間 (i) x i h f (x i ) Ω Ω Ω Ω Ω B Ω Ω E = ω (i,k) u i u k 2 +α u i u j 2 i Ω Ω k K (i,j) A (5) K A Ω Ω u i, i B f x y (i) u k = h f (x k ) x k ω (i,k) ω (i,k) =max C(x k)exp( x i x k 2 ) (6) k K σ (5) GPU B B 4 実験 A B C AR 4 80mm ( 95mm 7mm) ARToolKit[1] 1 [3] 5 6 7(a) (b) (b-4) 4 (c) (d) (e) A (d) ( (b)) (e) ( (c)) 6 B (d) ( (b)) (c) Ω Ω l 15 L 1 L N 2 N 3 80% 1% N 3 3 G 5 5 W M κ α σ

5 河合 佐藤 横矢 : AR マーカ除去のための実時間背景画像変形 (a) 入力画像 (b) 変形なし 図5 (d)正対画像上での 特徴点追跡 (c) 提案手法 (e)正対画像上での 画像変形 シーン A(湾曲形状 格子状テクスチャ) の実験結果 得られている ただし 図 (d) に示すように ストラ により画像間で対応が付きやすい場合だけでなく 開 イプのパターンでは開口問題により必ずしも正対背景 口問題が生じるストライプ模様の場合においても画 画像で検出された特徴点と同一の点と対応付いている 像変形により違和感のないマーカ除去を実現できるこ とは限らない このため 図 (e) に示すように背景が平 とを確認した しかし 現状の変形手法では隣り合う 面にも関わらず不自然な画像変形が生じている しか 画素が同様の動きをするという前提に基づいているた し エッジの方向とは異なる方向に対するオプティカ め 背景に急な形状変化がある場合には対応できない ルフローは求まるため 背景画像中のマーカ領域に周 可能性が高い このため 今後は様々な背景形状にも 辺とは異なる模様が存在しない限りは 不自然な画像 対応できる手法を開発する必要がある また マーカ 変形が生じていても違和感のない結果画像が得られる に限らず一般物体を除去する隠消現実感への応用を検 図 7 に示す 比較的ランダムなテクスチャパターン 討する を持つシーン C では 図 (b) に示す画像変形なしの場 謝辞 合においてもテクスチャのずれは一見わかりにくい しかし 提案手法の結果 (図 (c)) と比較して 画像変 本研究の一部は 日本学術振興会科学研究費補助 形なしの場合には 不自然な色の変化が生じている 金 基盤研究 (A) No 若手研究 (B) No. これは テクスチャずれによって本来の正対背景画像 による には存在しないテクスチャの空間的な配置がマーカ領 域の境界において生じてしまったために 処理 (b-5) のポアソン画像合成を用いた色調補正において 不自 然な色の伝搬が発生したためである なお シーン A B C において検出された特徴点 の数はそれぞれ であった また処理速度 はそれぞれ 約 4.5fps 4.2fps 4.3fps であった 5 まとめ 本稿では AR マーカの違和感のない視覚的除去を 実現するための 背景画像の実時間変形手法を提案し た 実験により マーカに厚みがあり マーカ背景の 形状が湾曲している場合や多少の凹凸がある場合 ま たマーカ背景のテクスチャがテンプレートマッチング 2015 Information Processing Society of Japan 参考文献 [1] H. Kato and M. Billinghurst: Marker tracking and hmd calibration for a video-based augmented reality conferencing system, Proc. Int. Workshop on Augmented Reality, pp , [2] S. Siltanen: Texture generation over the marker area, Proc. Int. Symp. on Mixed and Augmented Reality, pp , [3] N. Kawai, M. Yamasaki, T. Sato and N. Yokoya: Diminished reality for AR marker hiding based on image inpainting with reflection of luminance changes, ITE Trans. on Media Technology and Applications, Vol. 1, No. 4, pp , [4] F. I. Cosco, C. Garre, F. Bruno, M. Muzzupappa and M. A. Otaduy: Augmented touch without visual obtrusion, Proc. Int. Symp. on Mixed and Augmented Reality, pp ,

6 (a) 入力画像 (b) 変形なし 図6 (a) 入力画像 (d)正対画像上での 特徴点追跡 (e)正対画像上での 画像変形 シーン B(平面形状 ストライプテクスチャ) の実験結果 (b) 変形なし 図7 (c) 提案手法 (c) 提案手法 (d)正対画像上での 特徴点追跡 (e)正対画像上での 画像変形 シーン C(ほぼ平面だが凹凸のある形状 ランダムテクスチャ) の実験結果 [5] 森尚平, 小向啓文, 柴田史久, 木村朝子, 田村秀行: 隠消現実感における隠背景平面拘束と周辺参照領域 の効果的利用, 日本バーチャルリアリティ学会論文 誌, Vol. 19, No. 2, pp , [6] Z. Li, Y. Wang, J. Guo, L.-F. Cheong and S. Z. Zhou: Diminished reality using appearance and 3d geometry of internet photo collections, Proc. Int. Symp. on Mixed and Augmented Reality, pp , [7] J. Herling and W. Broll: Advanced self-contained object removal for realizing real-time diminished reality in unconstrained environments, Proc. Int. Symp. on Mixed and Augmented Reality, pp Information Processing Society of Japan 212, [8] J. Herling and W. Broll: High-quality real-time video inpainting with pixmix, IEEE Trans. Visualization and Computer Graphics, Vol. 20, No. 6, pp , [9] N. Kawai, T. Sato and N. Yokoya: Diminished reality considering background structures, Proc. Int. Symp. on Mixed and Augmented Reality, pp , [10] P. Pe rez, M. Gangnet and A. Blake: Poisson image editing, ACM Trans. Graphics, Vol. 22, No. 3, pp ,

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