JP2002319024A - 色と質感との組み合わせに基づく映像検索方法 - Google Patents

色と質感との組み合わせに基づく映像検索方法

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JP2002319024A
JP2002319024A JP2002002803A JP2002002803A JP2002319024A JP 2002319024 A JP2002319024 A JP 2002319024A JP 2002002803 A JP2002002803 A JP 2002002803A JP 2002002803 A JP2002002803 A JP 2002002803A JP 2002319024 A JP2002319024 A JP 2002319024A
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Ryorin Sai
良林 崔
Nam-Ik Cho
南翊 趙
Jung-Won Kwak
征元 郭
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 色特徴及び質感特徴を適切に組み合わせるこ
とにより検索性能がより向上させられた映像検索方法を
提供する。 【解決手段】 映像検索方法に、(a)クエリー映像と
データ映像との間の色距離及び質感距離を求める段階1
02と、(b)所定の重み付け値を用いて色距離及び質
感距離を重み付けする段階104と、(c)人間の視覚
的な特性を考慮して重み付けされた色距離及び質感距離
を組み合わせた特徴距離を求める段階106と、(d)
組み合わせられた特徴距離を用いてクエリー映像と類似
した映像を決める段階108とを設けた。これにより、
領域映像から抽出された色及び質感特徴を用いてこれら
の情報を同時に組み合わせることにより、人間の視覚的
なメカニズムにより見合う検索結果が得られる。特に、
領域別検索により一つの映像にある多くの物体及び情報
を少ない計算により一層精度良く検索することが可能で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は映像を検索する方法
に係り、より詳細には、映像を用いた検索において、人
間の視覚に最も敏感な特徴である色及び質感を表わす記
述子に基づく映像検索方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、マルチメディア資料の量が急増す
るに伴い、マルチメディア資料を効率良く管理するため
の検索及びデータベース分野に関する研究が盛んになり
つつある。特に、映像検索分野においては、既存のテキ
ストに基づく検索に取り替わるか、あるいはそれを補充
する検索方法が重点的に研究されている。テキストに基
づく検索を用いる場合、膨大な資料を含むデータベース
から所望の資料を検索するためには相当の手間がかか
り、部分的な特徴を用いた検索や定量的な検索が難し
い。したがって、これを克服するために、マルチメディ
ア資料の特徴を適切に表わす数値的な記述子を用いる方
法が試みられている。
【0003】一方、特徴記述子は、人間の視覚に最も敏
感な特徴である色特徴及び質感特徴をよく表現できる。
従来の映像検索方法によれば、特徴記述子によりインデ
ックシングされた映像データベース内において、前記特
徴記述子により表現される特徴に基づき検索が行われ
る。色特徴を用いて映像検索を行う従来の映像検索の一
例によれば、まず色ベクトルを抽出し、抽出された色ベ
クトルを量子化し、量子化した色ベクトルから代表色ベ
クトルを求めた後、求めた代表色ベクトルを用いて映像
検索を行う。また、質感特徴を用いて映像検索を行う従
来の映像検索方法の一例によれば、コー−オカレンス行
列やガウスマルコブランダムフィールド(GMRF:G
aussian Markov Random Fiel
d)モデルを用いる。最近では、質感特徴を抽出するた
めに、人間の視覚的なメカニズムと類似した多チャンネ
ル接近が適用されるガボールフィルターが用いられてい
る。
【0004】しかしながら、前述のような従来の映像検
索方法においては、色検索及び質感検索が各々独立的に
行われる。また、抽出される色特徴または質感特徴は映
像全体を対象とする。このため、映像内に多数の物体が
存在するか、あるいは極めて様々な色や質感を含んでい
る場合には適切な検索が行われ難く、色特徴または質感
特徴のいずれか一方を用いた検索だけが可能であるた
め、適切ではない検索結果が得られる可能性があるとい
う問題点がある。
【0005】前述のような問題点を解決するために、従
来の他の映像検索方法によれば、色ベクトル成分及び質
感ベクトル成分を合わせて統合されたベクトル空間を設
定し、設定されたベクトル空間に基づき映像を検索す
る。しかし、前記のような映像検索方法によれば、統合
されたベクトル空間は色ベクトル成分及び質感ベクトル
成分を単に合わせて設定される。このため、ベクトル空
間の次元数が増し、次元数の増したベクトル空間に関す
る距離関数を再び定義しなければならず、各々の要素に
よる重み付け値を定めなければならないという煩わしさ
が生じる。このため、計算が複雑であり過ぎたり、ある
いは適切ではない結果を招いたりするという問題があ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、色特
徴及び質感特徴を適切に組み合わせることにより検索性
能が一層向上した映像検索方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的は、本発明によ
り、人間の視覚的特性を考慮して色距離及び質感距離を
組み合わせた特徴距離を求め、組み合わせられた特徴距
離を用いてクエリー映像と類似した映像を検索する段階
を含むことを特徴とする映像検索方法によって達成され
る。
【0008】また、前記目的は、映像データベース内で
クエリー映像と類似した映像を検索する方法において、
(a)クエリー映像と映像データベース内に貯蔵された
データ映像との間の色距離及び質感距離を求める段階
と、(b)所定の重み付け値を用いて色距離及び質感距
離を重み付けする段階と、(c)人間の視覚的特性を考
慮して重み付けされた色距離及び質感距離を組み合わせ
た特徴距離を求める段階と、(d)組み合わせられた特
徴距離を用いてクエリー映像と類似した映像を決める段
階とを含むことを特徴とする映像検索方法によっても達
成される。
【0009】望ましくは、前記(a)段階前に、(pa
−1)色特徴を用いてクエリー映像及びデータ映像を分
割する段階と、(pa−2)前記クエリー映像及びデー
タ映像のうち質感特徴を求めるためのサンプル領域を決
める段階とをさらに含む。
【0010】望ましくは、前記(a)段階は、(a1)
分割された領域から色特徴を用いて色ベクトルを抽出
し、色距離を求める段階と、(a2)求められた領域か
ら質感特徴を用いて質感ベクトルを抽出し、質感距離を
求める段階とをさらに含む。
【0011】望ましくは、前記(pa−1)段階は、与
えられた映像の色ベクトルを量子化する段階をさらに含
み、前記量子化段階は、(pa−1−1)映像から雑音
を除去して平滑化するためにピアグループフィルタリン
グを行う段階と、(pa−1−2)フィルタリングされ
たピクセル値に対し一般化したロイドアルゴリズムを用
いてクラスタリングを行う段階とを含む。
【0012】望ましくは、前記(pa−1)段階は、色
量子化後に量子化した色の均一度を表わすJ値を定義す
る段階と、量子化を通じて得られた色数よりなる映像の
各ピクセルの均一度であるJ値を該当ピクセルに貯蔵す
ることによりJ映像を得る段階と、J映像を所定の分割
方法により複数の領域に分割する段階と、前記J映像分
割段階を繰り返すことにより過領域化した領域地図を得
る段階と、色の相関性を用いた領域併合により最終領域
地図を得る段階とをさらに含む。
【0013】望ましくは、前記(pa−1−2)段階
は、クラスターを分割または併合する所定のアルゴリズ
ムを適用してクラスタリングする段階を含む。
【0014】望ましくは、前記色特徴は、代表色ベクト
ル及び前記代表色ベクトルの割合で表示される色特徴記
述子fc(Ik)で表現される。
【0015】望ましくは、前記色特徴記述子fc(Ik)
は、kは領域の一連番号を表わす正の整数、
【数19】 はk番目の領域の代表色ベクトル、Pkiはi番目の代表
色ベクトルの割合、Nkはk番目の領域の代表色ベクト
ルの数であるとき、
【数20】 で表わされる。
【0016】望ましくは、前記映像検索段階は、分割さ
れた領域の代表色及びその割合を用いて特徴ベクトル空
間をインデックシングする段階をさらに含み、前記イン
デックシング段階は、格子構造を有する色空間の格子点
に代表色を割り当てる段階と、割り当てられた結果を分
離表の形のデータベースに貯蔵する段階とを含む。
【0017】望ましくは、前記色距離は、一つの領域は
クエリー映像領域、もう一つの領域はデータ映像領域、
dは二つの色が類似していると決める最大距離、αは
所定のスケーリング係数、dmaxはαTd、dijは二つの
色ベクトルci及びcjのユークリッド距離‖ci-c
j‖、aijはdij≦Tdである時に1−dij/dmaxであ
り、dij≧Tdである時に0として定義される変数であ
るとした時、両領域間の色ベクトル間の距離を
【数21】 により求める。
【0018】望ましくは、前記(a2)段階は、ガボー
ル関数を用いる。
【0019】望ましくは、前記(a2)段階は、N及び
Mを所定の正の整数とした時、N個の周波数チャンネル
及びM個の回転チャンネルを有したガボール関数を用い
て複数の領域に分割された領域から質感特徴ベクトルを
求める。
【0020】望ましくは、前記質感特徴は、mkijを領
域Ikのi番目の周波数チャンネル及びj番目の回転チ
ャンネルの平均、σkijを領域Ikのi番目の周波数チャ
ンネル及びj番目の回転チャンネルの偏差とした時、
【数22】 を含む質感特徴記述子fc(Ik)に基づく。
【0021】望ましくは、前記(a2)段階は、一つの
領域はクエリー映像領域、もう一つの領域はデータ映像
領域とした時、両領域間の質感ベクトルを用いた距離関
【数23】 を用いる。
【0022】望ましくは、前記(pa−2)段階は、
(pb−1)格子領域地図を得る段階と、(pb−2)
前記格子領域地図に基づき要求される大きさの質感サン
プルを得る段階とを含む。
【0023】望ましくは、前記(pb−1)段階は、
(pb−1−1)iは0≦i≦n、jは0≦j≦mとし
た時、サンプルを得ようとする領域の上下左右方向の最
大値によりなされた四角形M(i,j)を取る段階と、
(pb−1−2)四角形の内部をl×lの大きさの四角
形を用いて分割する段階と、(pb−1−3)iは
【数24】 jは
【数25】 であり、x及びyは各々0≦x≦l−1、0≦y≦l−
1であり、Pij(x,y)はM(il+x,jl+y)の領域
内に属する一つの点とした時、分割された格子の内部が
いずれも所望の領域に含まれている場合に1と定め、そ
うでない場合に0と定める所定の関数
【数26】 を計算することにより格子領域地図を得る段階とを含
む。
【0024】望ましくは、前記(pb−1−3)段階後
に、(pb−1−4) 前記(pb−1−3)段階によ
り得られた格子領域地図を
【数27】 を繰り返して計算することにより距離格子領域地図に変
換する段階と、(pb−1−5) 最も深い地点に位置
している大きい距離値を有した地点
【数28】 をシードに用いて
【数29】 を満足する範囲内で上下左右に拡張していきつつそのう
ち最も大きい広さを有した直四角形を抽出する段階とを
さらに含む。
【0025】望ましくは、前記(pb−1−5)段階
は、前記(pb−1−5)段階により抽出された直四角
形を所望の質感サンプルの大きさに合わせて付け加える
段階をさらに含んだり、抽出された直四角形をミラーリ
ングして所望の質感サンプルの大きさに合わせる段階を
さらに含む。
【0026】望ましくは、前記(b)段階は、(b−
1)色距離及びその重み付け値として定義される2次元
ベクトル空間、及び質感距離及びその重み付け値として
定義される2次元ベクトル空間に位置づける段階と、
(b−2)2次元ベクトル空間上に投影された結果を人
間の視覚的なメカニズムに基づき定義される1次元距離
空間に投影する段階とを含む。
【0027】望ましくは、前記色距離に対する所定の重
み付け値は、代表色の割合の分布に基づき決められ、特
に、Pqiをクエリー映像領域のi番目の代表色の割合と
した時、
【数30】 により決められる。
【0028】望ましくは、前記質感距離は、Iqはクエ
リー映像またはクエリー領域を表わし、sは所望の大き
さのサンプル領域を表わし、A(.)は抽出されたサン
プル領域の広さ、count(.)は所望の大きさを得
るためにサンプル領域を付け加えた回数、aは定数とし
た時、
【数31】 により定義される。
【0029】望ましくは、前記質感距離に対する所定の
重み付け値は、クエリー映像から抽出された初期サンプ
ル領域の広さ及びデータ映像から抽出された初期サンプ
ル領域の広さに基づき決められ、Iqはクエリー映像ま
たはクエリー領域を表わし、sはサンプル領域を表わ
し、A(.)は抽出されたサンプル領域の広さ、cou
nt(.)は所望の大きさを得るためにサンプル領域を
付け加えた回数、aは定数とした時、
【数32】 により決められる。
【0030】望ましくは、前記(b−2)段階前に、色
距離及び質感距離を各々正規化する段階をさらに含む。
【0031】望ましくは、前記正規化段階は、ガウス正
規化方法に基づき、特に、数列νkがガウス数列であ
り、μkは平均、σkは偏差とした時、
【数33】 を用いて[−1、1]の間に配置する段階と、
【数34】 を用いて[0、1]の間にマッピングする段階とを含
む。
【0032】望ましくは、前記正規化段階は、kは定数
とした時、
【数35】 の条件を満足するまで最も距離が遠い質感距離を除外し
ていきつつ平均及び偏差を求め、求めた平均及び偏差を
用いて正規化作業を行う段階をさらに含む。
【0033】望ましくは、前記(b−2)段階は、(b
−2−1)Wcはωc/(ωc+ωt)、Wtはωt/(ωc+ω
t)として定義されるとした時、正規化した各々の色、質
感距離を
【数36】 により1次元距離空間に投影する段階を含む。
【0034】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【0035】本発明の映像検索方法によれば、特徴記述
子を用いてインデックシングされた映像データベース内
においてクエリー映像と類似した特徴を有するデータ映
像を抽出する。図1は、本発明の実施形態による映像検
索方法の主な段階を示したフローチャートである。図1
を参照すれば、本発明の実施形態による映像検索方法に
おいては、まず、クエリー映像と映像データベース内に
貯蔵されたデータ映像との間の色距離及び質感距離を求
める(段階102)。
【0036】一方、本実施形態においては、映像データ
ベース内に貯蔵された映像は色及び/または質感特徴に
より複数の領域に分割されていると仮定する。また、複
数の領域に分割されたある映像内に映像データベースか
ら探そうとする領域映像が与えられると仮定する。ま
た、任意のある領域を映像データベースから探そうとす
る領域映像として決め、決められた領域をクエリー領域
映像と称する。本発明の実施形態による映像検索方法に
おいては、クエリー映像領域と視覚的に類似した特徴を
有する映像を映像データベースから検索する。
【0037】まず、色を用いて特徴ベクトルを抽出し、
色距離を求める過程を説明する。図2は、色特徴を用い
て映像データベースをインデックシングする方法の一例
を示したものである。図2を参照すれば、まず、与えら
れた映像の色ベクトルを量子化する(段階202)。図
3Aは、色特徴により分割される映像の一例を示したも
のであり、図3Bは、図3Aの映像を量子化した色ベク
トルにより表現したものである。次に、本実施形態にお
いては、映像から雑音を除去して平滑化するためにピア
グループフィルタリングを行う(段階204)。ピアグ
ループフィルタリングは、本出願人により2000.
2.3日付けで出願され、本明細書に参照として統合さ
れる特許出願PCT/KR00/00090号公報に開
示されている。次に、フィルタリングされたピクセル値
に対し一般化したロイドアルゴリズムを用いてクラスタ
リングを行う(段階206)。一般化したロイドアルゴ
リズムにおいてはクラスターの個数が固定されるが、場
合によってクラスターを分割または併合する所定のアル
ゴリズムを適用することも可能である。次に、色量子化
後に量子化した色の均一度を表わすJ値を定義する(段
階208)。量子化を通じて得られた色数よりなる映像
の各ピクセルの均一度であるJ値を該当ピクセルに貯蔵
することによりJ映像を得る(段階210)。図3C
は、段階210により得られたJ映像を示したものであ
る。次に、J映像を所定の分割方法により複数の領域に
分割する(段階212)。J値を用いた映像の分割は、
本出願人により2000.3.22日付けで出願され、
本明細書に参照として統合される特許出願PCT/KR
00/00248号公報に開示されている。次に、分割
過程を繰り返すことにより過領域化した領域地図を得る
(段階214)。次に、色の相関性を用いた領域併合に
より最終領域地図を得る(段階216)。最終領域地図
を得ることにより分割が完了する。図3Dは、分割が完
了した映像を示したものである。
【0038】次に、分割された領域の代表色及びその割
合を用いて特徴ベクトル空間をインデックシングする
(段階218)。例えば、分割された領域の色特徴記述
子fc(Ik)は、下記式のように、代表色ベクトル及び前
記代表色ベクトルの割合で表わされる。
【数37】 ここで、kは領域の一連番号を表わす正の整数を、
【数38】 はk番目の領域のi番目の代表色ベクトル(i=1−
N)を、Pkiはi番目の代表色ベクトルの割合を、Nk
はk番目の領域の代表色ベクトルの数を各々表わす。次
に、格子構造を有する色空間の格子点に代表色を割り当
てる。次に、インデックシングされた結果を分離表の形
のデータベースに貯蔵することにより、特徴ベクトル空
間内の特徴ベクトルをインデックシングする。
【0039】また、一つの領域はクエリー映像領域、も
う一つの領域はデータ映像領域とした時、両領域間の色
ベクトル間の距離は次のように表わされる。
【数39】 ここで、Tdは二つの色が類似していると決める最大距
離、αは所定のスケーリング係数、dmaxはαTd、dij
は二つの色ベクトルci及びcjのユークリッド距離‖c
i-cj‖、aijはdij≦Tdである時に1−(dij
max)であり、dij≧Tdである時に0として定義され
るものである。
【0040】次に、質感を用いて特徴ベクトルを抽出
し、質感距離を求める過程を説明する。図4は、質感に
基づき映像データベースをインデックシングする過程の
一例を示したものである。
【0041】質感を分析する接近方法として、最近、多
チャンネルフィルタリングを用いた方法が多用されてい
る理由は、この方法が人間の視覚的な特性と大きく類似
しているということが精神物理学的な実験及び精神生理
学的な実験により証明されたからである。哺乳類の視覚
組織は、狭い幅の周波数及び回転の組み合わせに調律し
て認識するメカニズムを含む。このため、視覚組織の認
識メカニズムは複数のフィルターによる通過チャンネル
として解釈される。すなわち、このような通過チャンネ
ルは特定周波数及び回転角度の領域を有する帯域フィル
ターの通過チャンネルとして理解できる。このような多
チャンネルフィルタリング質感分析方法において最も重
要なのは、まずチャンネルの関数的な特徴及びそのチャ
ンネルの数を定めることである。また、フィルターを経
た映像から適切な質感特徴を抽出する作業と各々のチャ
ンネル間の関係、そして相異なるチャンネルから抽出し
た各々の質感特徴を適切に組み合わせる方法などが最も
重要な考慮対象となる。質感特徴を最もよくモデル化で
きる関数はガボール関数である。図4を参照すれば、本
実施形態においては、映像をガボールフィルタリングす
る(段階402)。映像のガボールフィルタリングのた
めに用いられる2次元ガボール関数は2次元ガウス関数
の変調であり、周波数領域においてこの2次元関数のス
ペクトルが移動したことを示した複素正弦関数であると
定義できる。この関数は、下記式のように表わされる。
【数40】
【数41】
【数42】
【数43】 ここで、λは映像比、δ2は分散を表わす。
【0042】一方、放射状帯域幅をBとし、回転帯域幅
をΩとした時、放射状帯域幅B及び回転帯域幅Ωは、ガ
ボール関数の冗長を減らすために、2次元ガボールフィ
ルターの各チャンネルフィルターの空間−周波数応答の
大きさの約半分に当たる値が互いに同一になるように決
められる。図5は、2次元ガボール関数の約半分の値を
有する空間−周波数応答の一例を示したものである。図
5を参照すれば、第1チャンネル502は第2チャンネ
ル504と同一のスケールを有するものの、異なる方向
性を有する。また、第1チャンネル502は第3チャン
ネル506とは異なるスケールを有するものの、同一の
方向性を有する。映像のガボールフィルタリングは前述
したガボール関数及び映像をコンボルーションすること
により行われ、相異なる方向性及びスケールを有するフ
ィルターによってフィルタリングされた相異なる映像を
出力する。
【0043】次に、フィルタリングされた映像のピクセ
ル値の平均及び分散を求める(段階404)。このよう
に得られたガボール関数及び映像をコンボルーションし
て得られる大きさの平均及び偏差が質感の性質を表わす
と言える。次に、求めた平均及び分散を用いて特徴ベク
トル空間をインデックシングする(段階406)。複数
の領域に分割された映像の質感ベクトルはN個の周波数
チャンネル及びM個の回転チャンネルを有したガボール
関数を用いる場合、下記式のように表わされる。
【数44】 ここで、mkijは領域Ikのi番目の周波数チャンネル及
びj番目の回転チャンネルの平均を表わし、σkijは領
域Ikのi番目の周波数チャンネル及びj番目の回転チ
ャンネルの偏差を表わす。
【0044】また、両領域間の質感ベクトルを用いた距
離関数は、下記式のように表わされる。
【数45】 しかしながら、本発明によれば、任意の形状の領域から
質感を抽出する。ユーザにより選択された映像領域はそ
の形状が不規則的である。色の情報はその領域内の色ピ
クセルの分布及びその数を通じて得られるため、その領
域の形状が問題になることはない。しかし、質感の場
合、質感を局部的な空間周波数への集中度により区別で
きる発光パターンであると定義した時、ピクセル間のパ
ターンが重要になり、領域の形状に影響されうる。ま
た、ガボールフィルターが映像とガボール関数とのコン
ボルーションを通じて得られるため、任意の形状に対す
るコンボルーションは容易ではない。さらに、サンプル
の大きさが異なる質感サンプルをもってガボールフィル
ターを通じての質感検索を行った場合、同一の大きさの
サンプルをもっての場合よりもはるかに劣った性能を表
わす。したがって、本実施形態においては、任意の形状
の領域から同一の領域の質感性質を有する同一の大きさ
の四角形サンプルを得る作業が必要になる。この作業が
この領域から質感の情報を得なければならないという点
で、そのピクセルの発光パターンがたくさん受容できる
大きい領域を取らなければ、正確な質感情報が得られな
い。
【0045】図6は、質感サンプルを得るための準備過
程の一例を示したものである。映像の質感サンプルを得
ようとする領域の白黒映像及び領域地図を用いて質感サ
ンプルを得る。図6を参照すれば、質感サンプルを得る
ために、まず、格子領域地図を得る(段階602)。段
階602をより詳細に説明すれば、iは0≦i≦n、j
は0≦j≦mとした時、サンプルを得ようとする領域の
上下左右方向の最大値によりなされた四角形M(i,j)
を取る。次に、四角形M(i,j)の内部をl×lの大き
さの四角形を用いて分割する。次に、iは
【数46】 jは
【数47】 であり、x及びyは各々0≦x≦l−1、0≦y≦l−
1であり、Pij(x,y)はM(il+x,jl+y)の領域
内に属する一つの点であり、Ikは領域であるとした
時、分割された格子の内部がいずれも所望の領域に含ま
れている場合に1に定め、そうでない場合に0に定める
所定の関数
【数48】 を計算することにより格子領域地図を得る。
【0046】次に、最大広さの四角形領域を求める(段
階604)。段階602により得られた格子領域地図は
下記式
【数49】
【数50】 を繰り返して計算することにより距離格子領域地図
【数51】 に変換でき、最も深い地点に位置している大きい距離値
を有した地点、すなわち、
【数52】 をシードに用いて
【数53】 を満足する範囲内において上下左右に拡張していきつつ
そのうち最も大きい広さを有した直四角形を抽出するこ
とが可能である。
【0047】次に、要求される大きさの質感サンプルを
得る(段階606)。段階604により抽出された直四
角形を所望の質感サンプルの大きさに合わせて付け加え
ることにより定められた大きさに合わせることが可能で
ある。代案として、ミラーリングにより抽出された直四
角形を所望の質感サンプルの大きさに合わせて付け加え
ることにより定められた大きさに合わせることも可能で
ある。ミラーリングは質感の方向性が変わらない場合に
好適である。
【0048】次に、色距離及び質感距離を各々所定の重
み付け値を用いて重み付けする(段階104)。本実施
形態による映像検索方法においては、図7を参照すれ
ば、各々のベクトル空間においてクエリーベクトルと比
較して独立的に計算された色距離及び質感距離を得る。
得られた色距離及び質感距離と各々に対する重み付け値
は2次元ベクトル空間に投影し、投影された結果を2次
元ベクトル空間の値を用いて人間の視覚的特性を考慮し
た1次元距離空間に再び投影する。
【0049】より詳細に説明すれば、クエリー映像領域
の色ベクトルとデータベース内に貯蔵されたデータ映像
の色ベクトルとの距離は[数式39]で表わされる距離
関数により定める。この時、与えられる重み付け値は色
の分布により定められる。例えば、特定の代表色があれ
ばその色への信頼性は高い。これに対し、特定の代表色
が無くていくつかの代表色がほぼ同じ割合で分布する場
合、その色への信頼性は低い。このような色分布はエン
トロピー関数で表わされる。エントロピー関数の場合、
色が映像領域の全体に亘って均一に広がっている場合に
は高い値を有し、ある部分に偏っている場合には低い値
を有する。この理由から、色特徴に対する重み付け値は
下記式のように定義できる。
【数54】 ここで、Pqiはクエリー映像領域のi番目の代表色の割
合を表わし、ωc<0.1の場合にはωc=0.1であ
る。
【0050】前述した方法と同様に、質感特徴ベクトル
の場合にも、[数式45]で表わされる距離関数を用い
て質感距離を定めることになる。図6を参照して説明し
た方法により質感サンプルを得る場合には、その領域が
狭ければ質感に対する信頼性が下がる。また、所望の質
感サンプルの大きさに合わせるために抽出された質感サ
ンプルを付け加える場合、付け加えの回数が多いほどそ
の付け加えの境界において現れる不連続性が質感特徴の
抽出によくない結果を招くことがある。したがって、本
実施形態においては、各々の距離に下記のような重み付
け値をかけて距離を再び定義する。
【数55】 ここで、Iqはクエリー映像またはクエリー映像領域を
表わし、sは所望の大きさの質感サンプルを表わし、A
(.)は所望の大きさの質感サンプルに含まれた広さを
表わす。また、count(.)は所望の大きさの質感
サンプルへの付け加え回数、aは定数を表わす。
【0051】また、この方法と同様に、下記式
【数56】 を質感に対する重み付け値として設定する。ここで、A
(・)は広さを表わす。
【0052】次に、人間の視覚的な特性を考慮して重み
付けされた色距離及び質感距離を組み合わせた距離を求
める(段階106)。図7に示されたように、段階10
4により求めた色距離と質感距離及び各々距離に対する
重み付け値を人間の視覚的な特性を考慮した投影器を通
じて1次元距離空間に投影する。2種類の相異なる特徴
を組み合わせるためには、まず、色距離及び質感距離を
正規化してほぼ同じくする作業が必要である。本実施形
態において、正規化作業はガウス正規化方法を用いて行
った。数列νkをガウス数列であると仮定した時、平均
μk及び偏差σkを用いて下記式により正規化を行った
時、約99%が[−1,1]の範囲内に正規化されると
いうことを用いたものである。
【数57】
【数58】 また、この数列を[0,1]の間に移動させることによ
り正規化する。0よりも小さい値や1よりも大きい値は
0及び1に設定する。この方法は、正規化が必要なデー
タにおいて、特異的に大きい値や小さい値によりほとん
どの値が狭い範囲に集中することを防止する上で有効で
ある。
【0053】しかし、色ベクトル距離関数から分かるよ
うに、色ベクトルの距離は類似した色の成分がないと判
断されれば、その距離の概念が無意味であるために検索
候補内の色ベクトル間の距離偏差が小さいのに対し、質
感ベクトルの距離は偏差が極めて大きいため、kを定数
とした時、下記式
【数59】 を満足するまで最も距離が遠い質感ベクトルの距離を除
外していきつつ平均及び偏差を求め、求めた平均及び偏
差を用いて正規化作業を行う。
【0054】このように正規化した各々のベクトル距離
は下記の関数により重み付け値を考慮して組み合わせら
れた距離として定められる。
【数60】 ここで、Wcはωc/(ωc+ωt)として定義され、Wt
ωt/(ωc+ωt)として定義される。次に、組み合わせ
た距離を用いてクエリー映像と類似した映像を決める
(段階108)。前述した関数から分かるように、質感
や色のうちいずれか一方のベクトルの距離が特に近いこ
とを表わす場合、その偏った角度により偏った質感ベク
トル距離及び色ベクトル距離に異なる値をかけて質感や
色のいずれか一方が大きく類似している時に全体的に類
似していると感じる人間の視覚的なメカニズムをよく反
映している。また、前記方法によれば、各々の多次元特
徴ベクトルを距離及び重み付け値の2次元ベクトル空間
に投影した後に他の特徴ベクトル間の組み合わせられた
距離を表わす1次元距離空間に投影するので、計算が比
較的に簡単である。また、前記方法によれば、特徴ベク
トルの分布により適応的に変わる小さい数の重み付け値
を用いた投影器は色及び質感ベクトルを人間の視覚的な
メカニズムに見合う検索を行う。
【0055】以上述べたように、本発明によれば、色に
より領域化した映像において、領域別に抽出された色特
徴及び質感特徴を各々クエリー領域映像とのベクトル距
離及び重み付け値よりなる2次元ベクトル空間の特徴値
に投影した後、この値を用いて人間の視覚的なメカニズ
ムを考慮した1次元距離空間に投影する。また、前記方
法によれば、計算が比較的に簡単であり、人間の視覚的
なメカニズムに見合う検索が行える。
【0056】前述したように、本発明による映像検索方
法の性能を確認するためにシミュレーション実験を行っ
た。実験においては、コーレル社においてデザインされ
たサンプル映像(384×256または256×38
4)を100枚用いた。色を用いた領域化アルゴリズム
を用いて総2,456枚の領域映像に分割した後、各々
の領域において色特徴ベクトル抽出アルゴリズム及び質
感ベクトル抽出アルゴリズムを適用して色ベクトル及び
質感ベクトルを抽出した。この時、色特徴ベクトルは色
空間LUVから抽出し、質感抽出ベクトルは64×64
の大きさの質感サンプルを抽出し、この抽出された質感
サンプルに対し周波数チャンネルを4区間、回転チャン
ネルを6区間としたガボールフィルターを適用した。す
なわち、各領域ごとに計48個の成分を有する質感ベク
トルを抽出した。図8Aは、与えられたクエリー領域映
像に対し色及び質感が組み合わせられた結果を用いて検
索を行った領域映像の例を示したものであり、図8B
は、与えられたクエリー領域映像に対し色だけを考慮し
て検索した領域映像の例を示したものであり、そして図
8Cは、色距離が意味のある範囲内の候補領域映像に対
し質感だけを考慮して検索を行った領域映像の例を示し
たものである。図8Aないし図8Cを参照すれば、クエ
リー映像に当たる魚の胴体の色及びうろこの質感が同時
によく表現されている魚の胴体領域の映像を検索するこ
とにより、人間の視覚的なメカニズムの観点からより満
足できる結果が得られた。これにより、本発明によれ
ば、下位概念の特徴と言える色特徴及び質感特徴を適切
に組み合わせることにより、より上位概念の特徴を効率
良く表現できるということが分かる。
【0057】
【発明の効果】以上の方法により、映像領域から抽出さ
れた色及び質感特徴を用いてこれらの情報を同時に組み
合わせることにより、人間の視覚的なメカニズムにより
見合う検索結果が得られる。特に、領域別検索により一
つの映像にある多くの物体及び情報をより精度良く検索
することが可能である。また、色及び質感の下位概念の
特徴がこれらの分布によるベクトル距離空間において1
次元距離として定められるので、小さい数の重み付け値
及び少ないベクトル計算により上位概念の特徴を効率良
く表現できる。
【0058】また、以上のように、本発明による映像検
索方法は、個人向けまたはサーバー級のコンピュータ内
にて実行されるプログラムにより作成可能である。前記
プログラムを構成するプログラムコード及びコードセグ
メントは当該分野のコンピュータプログラマーにより容
易に推論できる。また、前記プログラムはコンピュータ
にて読取り可能な記録媒体に貯蔵できる。前記記録媒体
は磁気記録媒体、光記録媒体、及び電波媒体を含む。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態による映像検索方法の主な
段階を示したフローチャートである。
【図2】 色特徴を用いて映像データベースをインデッ
クシングする方法の例を示したフローチャートである。
【図3A】 色特徴によって分割される映像の一例を示
した図である。
【図3B】 図3Aの映像を量子化した色ベクトルを用
いて示した図である。
【図3C】 J映像を示した図である。
【図3D】 分割が完了した映像を示した図である。
【図4】 質感に基づく映像データベースをインデック
シングする過程の一例を示したフローチャートである。
【図5】 2次元ガボール関数の半分の大きさを有する
空間−周波数応答の一例を示した図である。
【図6】 質感サンプルを得るための準備過程の一例を
示したフローチャートである。
【図7】 本発明の特徴を概略的に説明した参考図であ
る。
【図8A】 与えられたクエリー領域映像に対し色及び
質感を組み合わせた結果を用いて検索を行った領域映像
の例を示した図である。
【図8B】 与えられたクエリー領域映像に対し色だけ
を考慮して検索を行った領域映像の例を示した図であ
る。
【図8C】 色距離が意味のある範囲内の候補領域映像
に対し質感だけを考慮して検索を行った領域映像の例を
示した図である。
【符号の説明】
102、104、106、108、202、204、2
06、208、210、212、214、216、21
8、402、404、406、602、604、606
段階 502 第1チャンネル 504 第2チャンネル 506 第3チャンネル
フロントページの続き (72)発明者 郭 征元 大韓民国ソウル特別市冠岳区新林洞山56− 1番地ソウル大学校電気工学部301棟1001 号 Fターム(参考) 5B075 ND06 NK08 QM08 QS03 5C052 AB04 AC08 DD10 EE03 5L096 AA02 AA06 FA05 FA32 FA33 FA59 GA19 GA38 GA55 HA02 HA07 JA11 MA07

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 人間の視覚的特性を考慮して色距離及び
    質感距離を組み合わせた特徴距離を求め、組み合わせら
    れた特徴距離を用いてクエリー映像と類似した映像を検
    索する段階を含むことを特徴とする映像検索方法。
  2. 【請求項2】 映像データベース内でクエリー映像と類
    似した映像を検索する方法であって、(a)クエリー映
    像と映像データベース内に貯蔵されたデータ映像との間
    の色距離及び質感距離を求める段階と、(b)所定の重
    み付け値を用いて色距離及び質感距離を重み付けする段
    階と、(c)人間の視覚的特性を考慮して重み付けされ
    た色距離及び質感距離を組み合わせた特徴距離を求める
    段階と、(d)組み合わせられた特徴距離を用いてクエ
    リー映像と類似した映像を決める段階とを含むことを特
    徴とする映像検索方法。
  3. 【請求項3】 前記(a)段階前に、(pa−1)色特
    徴を用いてクエリー映像及びデータ映像を分割する段階
    と、(pa−2)前記クエリー映像及びデータ映像のう
    ち質感特徴を求めるためのサンプル領域を決める段階と
    をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の映像検
    索方法。
  4. 【請求項4】 前記(a)段階は、(a1)分割された
    領域から色特徴を用いて色ベクトルを抽出し、色距離を
    求める段階と、(a2)求められた領域から質感特徴を
    用いて質感ベクトルを抽出し、質感距離を求める段階と
    をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の映像検
    索方法。
  5. 【請求項5】 前記(pa−1)段階は、与えられた映
    像の色ベクトルを量子化する段階をさらに含むことを特
    徴とする請求項3に記載の映像検索方法。
  6. 【請求項6】 前記量子化段階は、(pa−1−1)映
    像から雑音を除去して平滑化するためにピアグループフ
    ィルタリングを行う段階と、(pa−1−2)フィルタ
    リングされたピクセル値に対し一般化したロイドアルゴ
    リズムを用いてクラスタリングを行う段階とを含むこと
    を特徴とする請求項5に記載の映像検索方法。
  7. 【請求項7】 色量子化後に量子化した色の均一度を表
    わすJ値を定義する段階と、 量子化を通じて得られた色数よりなる映像の各ピクセル
    の均一度であるJ値を該当ピクセルに貯蔵することによ
    りJ映像を得る段階と、 J映像を所定の分割方法により複数の領域に分割する段
    階と、 前記J映像分割段階を繰り返すことにより過領域化した
    領域地図を得る段階と、 色の相関性を用いた領域併合により最終領域地図を得る
    段階とをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の
    映像検索方法。
  8. 【請求項8】 分割された領域の代表色及びその割合を
    用いて特徴ベクトル空間をインデックシングする段階を
    さらに含むことを特徴とする請求項7に記載の映像検索
    方法。
  9. 【請求項9】 前記(pa−1−2)段階は、 クラスターを分割または併合する所定のアルゴリズムを
    適用してクラスタリングする段階を含むことを特徴とす
    る請求項6に記載の映像検索方法。
  10. 【請求項10】 前記色特徴は、代表色ベクトル及び前
    記代表色ベクトルの割合で表示される色特徴記述子f
    c(Ik)で表現されることを特徴とする請求項4に記載の
    映像検索方法。
  11. 【請求項11】 前記色特徴記述子fc(Ik)は、 kは領域の一連番号を表わす正の整数、 【数1】 はk番目の領域の代表色ベクトル、Pkiはi番目の代表
    色ベクトルの割合、Nkはk番目の領域の代表色ベクト
    ルの数としたとき、 【数2】 で表わされることを特徴とする請求項10に記載の映像
    検索方法。
  12. 【請求項12】 前記インデックシング段階は、 格子構造を有する色空間の格子点に代表色を割り当てる
    段階と、 割り当てられた結果を分離表の形のデータベースに貯蔵
    する段階とを含むことを特徴とする請求項8に記載の映
    像検索方法。
  13. 【請求項13】 前記色距離は、 一つの領域はクエリー映像領域、もう一つの領域はデー
    タ映像領域、Tdは二つの色が類似していると決める最
    大距離、αは所定のスケーリング係数、dmaxはαTd
    ijは二つの色ベクトルci及びcjのユークリッド距離
    ‖ci-cj‖、aijはdij≦Tdである時に1−dij/d
    maxであり、dij≧Tdである時に0として定義される変
    数であるとした時、両領域間の色ベクトル間の距離を 【数3】 により求めることを特徴とする請求項11に記載の映像
    検索方法。
  14. 【請求項14】 前記(a2)段階は、ガボール関数を
    用いることを特徴とする請求項4に記載の映像検索方
    法。
  15. 【請求項15】 前記(a2)段階は、N及びMを所定
    の正の整数とした時、N個の周波数チャンネル及びM個
    の回転チャンネルを有したガボール関数を用いて複数の
    領域に分割された領域から質感特徴ベクトルを求めるこ
    とを特徴とする請求項14に記載の映像検索方法。
  16. 【請求項16】 前記質感特徴は、mkijを領域Ikのi
    番目の周波数チャンネル及びj番目の回転チャンネルの
    平均、σkijを領域Ikのi番目の周波数チャンネル及び
    j番目の回転チャンネルの偏差とした時、 【数4】 を含む質感特徴記述子fc(Ik)に基づくことを特徴とす
    る請求項15に記載の映像検索方法。
  17. 【請求項17】 前記(a2)段階は、 一つの領域はクエリー映像領域、もう一つの領域はデー
    タ映像領域とした時、両領域間の質感ベクトルを用いた
    距離関数 【数5】 を用いることを特徴とする請求項16に記載の映像検索
    方法。
  18. 【請求項18】 前記(pa−2)段階は、(pb−
    1)格子領域地図を得る段階と、(pb−2)前記格子
    領域地図に基づき要求される大きさの質感サンプルを得
    る段階とを含むことを特徴とする請求項3に記載の映像
    検索方法。
  19. 【請求項19】 前記(pb−1)段階は、(pb−1
    −1)iは0≦i≦n、jは0≦j≦mとした時、サン
    プルを得ようとする領域の上下左右方向の最大値により
    なされた四角形M(i,j)を取る段階と、(pb−1−
    2)四角形の内部をl×lの大きさの四角形を用いて分
    割する段階と、(pb−1−3)iは 【数6】 jは 【数7】 であり、x及びyは各々0≦x≦l−1、0≦y≦l−
    1であり、Pij(x,y)はM(il+x,jl+y)の領域
    内に属する一つの点とした時、分割された格子の内部が
    いずれも所望の領域に含まれている場合に1と定め、そ
    うでない場合に0と定める所定の関数 【数8】 を計算することにより格子領域地図を得る段階とを含む
    ことを特徴とする請求項18に記載の映像検索方法。
  20. 【請求項20】 前記(pb−1−3)段階後に、(p
    b−1−4) 前記(pb−1−3)段階により得られ
    た格子領域地図を 【数9】 を繰り返して計算することにより距離格子領域地図に変
    換する段階と、(pb−1−5) 最も深い地点に位置
    している大きい距離値を有した地点 【数10】 をシードに用いて 【数11】 を満足する範囲内で上下左右に拡張していきつつそのう
    ち最も大きい広さを有した直四角形を抽出する段階とを
    さらに含むことを特徴とする請求項19に記載の映像検
    索方法。
  21. 【請求項21】 前記(pb−1−5)段階は、 前記(pb−1−5)段階により抽出された直四角形を
    所望の質感サンプルの大きさに合わせて付け加える段階
    をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の映像
    検索方法。
  22. 【請求項22】 前記(pb−1−5)段階により抽出
    された直四角形をミラーリングして所望の質感サンプル
    の大きさに合わせる段階をさらに含むことを特徴とする
    請求項20に記載の映像検索方法。
  23. 【請求項23】 前記(b)段階は、(b−1)色距離
    及びその重み付け値として定義される2次元ベクトル空
    間、及び質感距離及びその重み付け値として定義される
    2次元ベクトル空間に位置づける段階と、(b−2)2
    次元ベクトル空間上に投影された結果を人間の視覚的な
    メカニズムに基づき定義される1次元距離空間に投影す
    る段階とを含むことを特徴とする請求項3に記載の映像
    検索方法。
  24. 【請求項24】 前記色距離に対する所定の重み付け値
    は、代表色の割合の分布に基づき決められることを特徴
    とする請求項2に記載の映像検索方法。
  25. 【請求項25】 前記色距離に対する所定の重み付け値
    は、Pqiをクエリー映像領域のi番目の代表色の割合と
    した時、 【数12】 により決められたことを特徴とする請求項23に記載の
    映像検索方法。
  26. 【請求項26】 前記質感距離は、 Iqはクエリー映像またはクエリー領域を表わし、sは
    所望の大きさのサンプル領域を表わし、A(.)は抽出
    されたサンプル領域の広さ、count(.)は所望の
    大きさを得るためにサンプル領域を付け加えた回数、a
    は定数とした時、 【数13】 により定義されることを特徴とする請求項23に記載の
    映像検索方法。
  27. 【請求項27】 前記質感距離に対する所定の重み付け
    値は、クエリー映像から抽出された初期サンプル領域の
    広さ及びデータ映像から抽出された初期サンプル領域の
    広さに基づき決められたことを特徴とする請求項23に
    記載の映像検索方法。
  28. 【請求項28】 前記質感距離に対する所定の重み付け
    値は、 Iqはクエリー映像またはクエリー領域を表わし、sは
    サンプル領域を表わし、A(.)は抽出されたサンプル
    領域の広さ、count(.)は所望の大きさを得るた
    めにサンプル領域を付け加えた回数、aは定数とした
    時、 【数14】 により決められることを特徴とする請求項27に記載の
    映像検索方法。
  29. 【請求項29】 前記(b−2)段階前に、 色距離及び質感距離を各々正規化する段階をさらに含む
    ことを特徴とする請求項23に記載の映像検索方法。
  30. 【請求項30】 前記正規化段階は、ガウス正規化方法
    に基づくことを特徴とする請求項29に記載の映像検索
    方法。
  31. 【請求項31】 前記正規化段階は、数列νkがガウス
    数列であり、μkは平均、σkは偏差であるとした時、 【数15】 を用いて[−1、1]の間に配置する段階と、 【数16】 を用いて[0、1]の間にマッピングする段階とを含む
    ことを特徴とする請求項30に記載の映像検索方法。
  32. 【請求項32】 前記正規化段階は、 kを定数とした時、 【数17】 の条件を満足するまで最も距離が遠い質感距離を除外し
    ていきつつ平均及び偏差を求め、求めた平均及び偏差を
    用いて正規化作業を行う段階をさらに含むことを特徴と
    する請求項31に記載の映像検索方法。
  33. 【請求項33】 前記(b−2)段階は、(b−2−
    1)Wcはωc/(ωc+ωt)、Wtはωt/(ωc+ωt)とし
    て定義されるとした時、正規化した各々の色、質感距離
    を 【数18】 により1次元距離空間に投影する段階を含むことを特徴
    とする請求項23に記載の映像検索方法。
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