专利名称：图像处理装置、图像处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于映像制作等的图像处理装置、图像处理方法， 特别是考虑到光源和视点的关系进行照明处理，从而能够实时地显现 写实的特殊效果，以应对多种特殊效果图像，并实现了装置的简化及 小型化。
背景技术：
现有的图像特殊效果装置，如在图8中表示的框图那样，包括帧存储器102;和读出地址运算部109，其根据连续的写入地址105计 算图像特殊效果用读出地址108。在由图像特殊效果用读出地址运算部109计算得出的图像特殊效 果读出地址108从帧存储器102读出输出图像103，从而对在连续的写 入地址105依次写入到帧存储器102中的输入图像101实施波效果、 波纹效果等各种视频效果处理。实现现有的图像特殊效果装置中的波效果时的显示画面垂直方向 的读出地址的计算方法，如图9所示，从连续的显示画面水平方向X13 上的写入地址x、连续的显示画面垂直方向Y22上的写入地址y，以 X13和Y22的交点即原点0为中心进行坐标旋转。从X13上的坐标成 分生成用于进行照明效果的调制波16，与Y22上的坐标相加后，进行 坐标反向旋转至原来的位置。Xeffect是用于从正交坐标的连续的显示 画面水平方向数据生成波效果等各种视频效果的显示画面水平方向数 据，是由图像特殊效果用读出地址运算部109运算得出的波效果水平 方向坐标计算的结果。此外，Yeffect是用于从正交坐标的连续的显示 画面垂直方向数据生成波效果等各种视频效果的显示画面垂直方向数据，是由图像特殊效果用读出地址运算部109运算得出的波效果垂直 方向坐标计算的结果。Xeffect、 Yeffect被变换为图像特殊效果用读出 地址108。关于这种现有的波效果，对x—rotate、 y—rotate、 Xeffect、 Yeffect 进行总结，则成为下述(l)的关系。 (1)(x—rotate, y—rotate一坐标旋转(x， y)(Xeffect， Yeffect)=坐标反向旋转(x—rotate, y—rotate十调制波 (x—rotate))接下来，关于为实现现有图像特殊效果装置中的波纹效果时的显 示画面水平方向、垂直方向的读出地址的计算方法，如图10所示，从 连续的显示画面水平方向X13上的写入地址x、连续的显示画面垂直 方向Y22上的写入地址y，以X13和Y22的交点即原点0为中心，按 照各个像素在X13上的轴方向上进行旋转，从而变换为使所有的坐标 处于显示画面水平方向X13上。从X13上的坐标成分生成调制波16， 与X13上的坐标成分相加后，按照各个像素在X13的方向上进行坐标 反向旋转至原来的位置。x_rotate、 y—rotate是将正交坐标的连续的显示 画面水平垂直方向数据x、 y在图中的标号13的方向(汇集到X13轴 的方向)上旋转后的结果。Xeffect是正交坐标的连续的显示画面水平 方向数据，是波纹效果水平垂直坐标计算的结果。Yeffect是正交坐标 的连续的显示画面垂直方向数据，是波纹效果水平垂直坐标计算的结 果。Xeffect、 Yeffect被变换为图像特殊效果用读出地址108。关于这种现有的波纹效果，对x—rotate、 y一rotate、 Xeffect、 Yeffect 进行总结，则成为下述(2)的关系。 (2)(x—rotate, y—rotate)-按照各个像素在X轴上旋转(x， y)(Xeffect， Yeffect)-按照各个像素反向旋转到原来的位置(x—rotate +调制波(x—rotate)， y_rotate)此外，为了对获得的特殊效果图像施加照明效果，公知有如下装 置将存储有预先确定的与多个效果面的形状对应的多个照明模式的 表值混合，从而获得对各种形状的效果面的照明效果(例如参照专利 文献1)。一般来说，将视点方向的单位矢量设为(0、 0、 1)时，在实现镜 面反射的照明效果R时的计算方法中，如果将光源矢量设为L、效果 面的法线矢量设为N，则反射矢量R无论效果面的形状如何，均如下 述(3)所示。(3) R=2(L'N)N-L专利文献1:日本特开平05-143746号公报但是，在上述现有特殊效果装置中，必须预先确定各种照明模式， 并且必须确定与效果面对应的最佳照明模式的组合。而且，在增加新 的特殊效果功能时，在安装完毕的照明模式中可能无法发现最佳的组 合。进而，在计算波及波纹效果时，必须计算平面方向、进深方向的 法线矢量，法线矢量的计算式非常复杂。此外，虽然能够以波本身的 波形为反射率而仅使顶点发光，但照明效果缺乏立体感，难以实现自 然的照明效果。发明内容本发明正是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供一种容易计算 照明效果、可以实现自然的照明效果且小型化的图像处理装置、图像 处理方法。为了实现上述目的，本发明的第一图像处理装置构成为，作为所 输入的图像的图像信息，在具有波状曲面的图像中附加来自能从任意视点观察到的光源的光所产生的照明效果，输出使所述图像信息映射 到所述曲面而获得的映像信号，其中，具有模拟法线矢量计算部， 计算出在所述曲面的水平方向坐标及垂直方向坐标的位置、以及基于 所述曲面的形状的所述曲面的位置处的法线矢量中包含的成分，以作 为模拟法线矢量；和照明效果计算部，根据所述模拟法线矢量计算所 述照明效果。根据这种构成，容易计算照明效果、可以实现自然的照明效果、 且可以小型化。例如，将仅具有视点方向成分的法线矢量作为法线矢 量的图像效果，由于仅具有视点方向成分，因此法线矢量计算简单， 通过求得模拟的法线矢量，即使不增加大规模的新的计算电路，也可 以实现与波效果、波纹效果连动的自然照明效果，且可以使装置小型 化。此外，本发明的第二图像处理装置构成为，所述模拟法线矢量计 算部，在所述形状为二维平面内的具有周期性调制成分的失真、或具 有周期性调制成分的放射状的纵波时，将具有基准振幅并进行任意量 相位变换后的调制成分映射到水平方向坐标轴及垂直方向坐标轴上后 的值分别作为所述模拟法线矢量的水平方向坐标成分及垂直方向成 分、将任意的固定值作为所述模拟法线矢量的视点方向成分而进行计 算。例如，波纹效果的情况具有x、 y、 z成分的法线矢量成分，因此 具有波纹效果的面的法线矢量是根据波成分的二次曲线式进行计算， 非常复杂。根据上述构成，由于使用利用了波成分的模拟法线矢量， 因而不需要复杂的法线矢量计算，即使不增加大规模的新的计算电路， 也可以实现与波效果、波纹效果连动的自然的照明效果，且可以使装 置小型化。此外，本发明的第一图像处理方法，作为所输入的图像的图像信息，在具有波状曲面的图像中附加从任意视点观察时的光源发出的光 所产生的照明效果，输出使所述图像信息映射到所述曲面而获得的映 像信号，其中，包括以下步骤模拟法线矢量计算步骤，计算出在所 述曲面的水平方向坐标及垂直方向坐标的位置、以及基于所述曲面形 状的所述曲面的位置处的法线矢量中包含的成分，以作为模拟法线矢 量；和照明效果计算步骤，根据所述模拟法线矢量计算所述照明效果。通过该方法，容易计算照明效果、可以实现自然的照明效果、且 可以小型化。例如，将仅具有视点方向成分的法线矢量作为法线矢量 的图像效果，由于仅具有视点方向成分，因此法线矢量计算简单，通 过求得模拟的法线矢量，即使不增加大规模的新的计算电路，也可以 实现与波效果、波纹效果连动的自然的照明效果，且可以使装置小型 化。此外，本发明的第二图像处理方法，其中，在所述模拟法线矢量 计算步骤中，在所述形状为二维平面内的具有周期性调制成分的失真、 或具有周期性调制成分的放射状的纵波时，将具有基准振幅并进行任意量相位变换后的调制成分映射到水平方向坐标轴及垂直方向坐标轴 映射上后的值分别作为所述模拟法线矢量的水平方向坐标成分及垂直 方向成分、将任意固定值作为所述模拟法线矢量的视点方向成分而进 行计算。例如，波纹效果的情况具有x、 y、 Z成分的法线矢量成分，因此 具有波纹效果的面的法线矢量是根据波成分的二次曲线式进行计算， 非常复杂。根据上述方法，由于使用利用了波成分的模拟法线的矢量， 因而不需要复杂的法线矢量计算，即使不增加大规模的新的计算电路， 也可以实现与波效果、波纹效果连动的自然的照明效果，且可以使装 置小型化。发明效果本发明在例如具有画面在垂直方向上摇动的波效果的面、具有波 纹效果的面上，通过使用利用了波成分的模拟法线矢量，可以实现自 然的照明效果，且可以使装置小型化。
图1是表示本发明的实施方式的图像处理装置的构成的一例的框图。图2是用于说明本发明的实施方式的照明效果用调制波生成部所 具有的功能的一例的图。图3是用于说明本发明的实施方式的模拟法线矢量计算部所具有的功能的一例的图。图4是本发明的实施方式的波效果的模拟法线矢量的详细说明图。图5是表示本发明的实施方式的波效果所产生的照明效果的一例 的图。图6是本发明的实施方式的波纹效果的模拟法线矢量的详细说明图。图7是本发明的实施方式的波纹效果所产生的照明效果的一例的图。图8是现有图像特殊效果装置的构成框图。图9是用于说明现有图像特殊效果装置中的波效果计算顺序的图。图10是用于说明现有图像特殊效果装置中的波纹效果计算顺序 的图。
具体实施方式
以下参照
本发明的实施方式的图像处理装置。图1是表示本发明的实施方式的图像处理装置100的构成的一例 的图。图像处理装置100具有照明效果用调制波生成部4及模拟法线矢 量计算部7。照明效果用调制波生成部4，对用于执行照明效果的调制波2的 相位进行l/4变换，并使振幅值在土l之间振动。另外，这里的调制波 2为正弦波。图2是用于说明照明效果用调制波生成部4所具有的功能的一例 的图。图2 (a)是用于说明对调制波2的相位进行l/4变换(3/4周期相 位变换)而生成调制波9的图。这里，调制波2的1个周期为1，当0 《x<0.5时满足y=-16x2+8x,当0.5《x<l时满足y=16x2-8x+8，对该调 制波2进行3/4周期相位变换。照明效果用调制波生成部4根据调制波 2生成调制波9。此外，照明效果用调制波生成部4具有计算电路200。图2 (b)是表示用于生成相位变换后的调制波9的计算电路的一 例的图。对计算电路200输入调制波2，由各计算器201 206进行数 学式处理，从而生成相位变换后的调制波9 (light—wave)。另外，由 计算器201 206生成的各种值可以是其他值。模拟法线矢量计算部7，计算由照明效果用调制波生成部4进行 相位变换后的调制波9的振幅值的显示画面水平方向X13的成分、显 示画面垂直方向Y22的成分。模拟法线矢量计算部7，将模拟法线矢 量的水平成分n_Vect0r_X5设为相位变换后的调制波9的振幅值的水平 坐标成分，将模拟法线矢量的垂直成分n—vector—y6设为相位变换后的 调制波9的振幅值的垂直坐标成分，此外这里将模拟法线矢量视点方 向成分n—vector_z8设为1。另夕卜，n—vector一z8的值可以是1以外的值。图3是用于说明模拟法线矢量计算部7所具有的功能的一例的图。 在图3中，X13表示显示画面水平方向，Y22表示显示画面垂直方向， Z14表示视点方向。模拟法线矢量计算部7以使模拟法线矢量N10满足下式的方式生 成模拟法线矢量N。N=(-sin3effectX light_wave, cos0effectX light—wave, 1)在此，^ffect=e-7T/2。此外，模拟法线矢量计算部7使利用该模拟法线矢量N10时的照 明效果R满足下式。照明效果R=1X(L'N)N-L ……(4)另外，模拟法线矢量7也具有"照明效果计算部"的功能。接下来对波效果的模拟法线矢量进行详细说明。图4是波效果的模拟法线矢量的详细说明图，示出了利用(1)的 调制波(x—rotate)生成的模拟法线矢量的水平坐标方向成分、垂直坐 标方向成分。另外，这里的"波纹"是指以放射状发射的波。照明效果用调制波生成部生成对调制波2进行相位变换后的调制 波9时，模拟法线矢量生成部7生成表示相位变换后的调制波9的水 平坐标成分的曲线5 (相当于波的情况下的图1中的i^vecto^x)、和 表示相位变换后的调制波9的垂直坐标成分的曲线6(相当于波的情况 下的图1中的n—vector—y)。其结果是，关于图4所示的波效果中的照明效果，通过(4)的计 算，可以获得与光源矢量L的水平坐标成分、垂直坐标成分连动的、 视觉上感觉自然的照明效果。另外，图5是表示波效果产生的照明效果的一例的图。接下来对波纹效果的模拟法线矢量进行详细说明。图6是波纹效果的模拟法线矢量的详细说明图，示出了利用(2) 的调制波(x一rotate)生成的模拟法线矢量的水平坐标方向成分、垂直 坐标方向成分。当照明效果用调制波生成部生成对各调制波2进行相位变换后的 各调制波9时，模拟法线矢量生成部7生成表示相位变换后的各调制 波9的水平坐标成分的各曲线5 (相当于波纹的情况下的图1中的 n一vector一x)、和表示相位变换后的调制波9的垂直坐标成分的曲线6 (相当于波纹的情况下的图1中的n—vector一y)。其结果是，关于图6所示的波纹效果中的照明效果，通过(4)的 计算，可以获得与光源矢量L的水平坐标成分、垂直坐标成分连动的、 视觉上感觉自然的照明效果。另外，图7是表示波纹效果产生的照明 效果的一例的图。根据这种图像处理装置100，例如通过求得波效果、波纹效果的 模拟法线矢量N，即使不增加大规模的新的计算电路，也可以实现自 然的照明效果，并且使装置小型化。另外，作为照明效果用调制波生成部4的动作，对相位进行了 1/4 变换，但也可以是其他值，或者动态地进行变化。此外，虽然将由照明 效果用调制波生成部4进行相位变换后的调制波的振幅值设为士l，但 也可以是其他值。此外，虽然将模拟法线矢量视点方向成分设为1，但 也可以是其他值。虽然将周期性的调制成分设为正弦波，但也可以不是 正弦波。此外，可以将照明效果R的值与图像的亮度相加，将照明效果 R表示正值的情况设为照明效果、表示负值的情况设为阴影效果。
权利要求
1.一种图像处理装置，作为所输入的图像的图像信息，在具有波状曲面的图像中附加从任意视点观察时的光源发出的光所产生的照明效果，输出使所述图像信息映射到所述曲面而获得的映像信号，其特征在于，具有模拟法线矢量计算部，计算出在所述曲面的水平方向坐标和垂直方向坐标的位置、以及基于所述曲面的形状的所述曲面位置处的法线矢量中包含的成分，以作为模拟法线矢量；和照明效果计算部，根据所述模拟法线矢量计算所述照明效果。
2. 根据权利要求l所述的图像处理装置，其特征在于， 所述模拟法线矢量计算部，在所述形状为二维平面内的具有周期性调制成分的失真、或具有 周期性调制成分的放射状的纵波时，将具有基准振幅并进行任意量相 位变换后的调制成分映射到水平方向坐标轴及垂直方向坐标轴上后的 值分别作为所述模拟法线矢量的水平方向坐标成分及垂直方向成分、 将任意的固定值作为所述模拟法线矢量的视点方向成分而进行计算。
3. —种图像处理方法，作为所输入的图像的图像信息，在具有波 状曲面的图像中附加从任意视点观察时的光源发出的光所产生的照明 效果，输出使所述图像信息映射到所述曲面而获得的映像信号，其特 征在于，包括以下步骤模拟法线矢量计算步骤，计算出在所述曲面的水平方向坐标和垂 直方向坐标的位置、以及基于所述曲面的形状的所述曲面位置处的法 线矢量中包含的成分，以作为模拟法线矢量；和照明效果计算步骤，根据所述模拟法线矢量计算所述照明效果。
4. 根据权利要求3所述的图像处理方法，其特征在于， 在所述模拟法线矢量计算步骤中，在所述形状为二维平面内的具有周期性调制成分的失真、或具有 周期性调制成分的放射状的纵波时，将具有基准振幅并进行任意量相 位变换后的调制成分映射到水平方向坐标轴及垂直方向坐标轴上后的 值分别作为所述模拟法线矢量的水平方向坐标成分及垂直方向成分、 将任意的固定值作为所述模拟法线矢量的视点方向成分而进行计算。
全文摘要
本发明提供一种容易计算照明效果、可以实现自然的照明效果、且可以小型化的图像处理装置。本发明的图像处理装置(100)，作为所输入的图像的图像信息，在具有波状曲面的图像中附加从任意视点观察时的光源发出的光所产生的照明效果，输出使图像信息映射到曲面而获得的映像信号，其中，计算出在曲面的水平方向坐标和垂直方向坐标的位置、以及基于曲面形状的曲面位置处的法线矢量中包含的成分，以作为模拟法线矢量，并根据模拟法线矢量计算照明效果。
文档编号G06T15/80GK101266692SQ200810005758
公开日2008年9月17日 申请日期2008年2月4日 优先权日2007年2月6日
发明者坪田一广 申请人:松下电器产业株式会社