JP4509209B2 - 画像におけるオブジェクト認識の階層システム - Google Patents
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Description
このようなタスクは、検出と識別の2つの下位タスクに分割することができる:検出タスクでは、特定のクラス(自動車や顔のクラスなど)に属するオブジェクトを、所定のインプット画像にロケーションする必要がある。識別タスクでは、画像中の特定のオブジェクトを認識する必要がある(「ジムの顔」とか「ヘレンのブラウス」など)。
さらに、本明細書中に用いられた言語は、主に、読みやすさや例示の目的から選択されたものであり、本発明の主題の範囲を限定するものではない。
本発明の一実施形態は、識別システムに関する。この識別システムは、オブジェクトの局所特徴を検索して、画像中のオブジェクトをロケーションすることができる。この識別システムは、リアルタイムの処理(システムに画像が提示されると同時に、高速で画像処理を行ってオブジェクト推定を行う)が可能であり、自律駆動、品質管理の目視検査、監視、自律型ロボットあるいはヒューマン・マシンインターフェースなどの用途に用いてもよい。
つまり、オブジェクトは、画像の特徴に基づいて画像化や認識が可能な実体であれば、いずれであってもよい。いずれの場合も、システムは、まず、トレーニング画像において特徴点(interest points)を算定し、次に、これらの特徴点近傍から局所的な画像の特徴(トークンとも言う)を抽出する。(2つ以上のトレーニング画像から)マッチするトークンをグループ化し、各グループが「グループトークン」(グループ中のトークンの平均、またはグループ中の単一トークンなど)で表されるようにする。これらのグループトークンを用いて、階層モデルのツリー構造を構築する。このように、トレーニング画像ごとに個別のモデルを構築するようなシステムとは異なり、本発明の実施形態に係る識別システムは、トレーニング画像の1つのセット全体でマッチするトークンをグループ化して、階層モデルのツリー構造を構築する。このような階層構造は、別々のトレーニング画像に示された画像同士の類似性を利用することで、公知の識別技術と比較しても、精度と信頼性のより高いオブジェクト推定が可能となる。
図1は、本発明の実施形態に係る識別システムを示したものである。この識別システムは、学習モードと認識・検出モードの2つのモードからなる動作を必須とする。学習モードとは、システムが、特定のイベントや実体の発生を認識・検出できるようにトレーニングするためのモードであり、認識・検出モードとは、システムが、トレーニングされたことに関して認識・検出を実行するためのモードである。
トレーニング画像を学習モジュール105に入力すると、学習モジュール105はモデルツリーを生成する。このツリーの各ノードには1つのオブジェクトモデルが含まれる。各ノードのオブジェクトモデルの特異性は、ルートノードから離れて階層が高くなるほど大きくなる。ここで、本識別システムは、例えば、車両の認識を行うものと想定する。このような場合では、ルートノードを、四輪車両の一般的な特徴を有するオブジェクトモデルにしてもよい。このオブジェクトモデルは、階層では特異性が最小となるオブジェクトモデルとなる。さらに、モデルツリー階層の次層には、2ドア車両のオブジェクトモデルを含んだノードと、4ドア車両のオブジェクトモデルを含んだ別のノードとが含まれるようにしてもよい。これらのノードは、それぞれを、例えば、セダン、ピックアップトラック、SUVなど、更に特異性の高いオブジェクトモデルを含んでいる3つのノードに分岐させるようにしてもよい。モデルツリー階層の更に高い層は、色、メーカ、モデルなどの特異的な特徴がさらに追加されたオブジェクトモデルとして用いてもよい。
図2は、本発明の一実施形態に係る構成を有する、図1の識別システムの学習モジュール105を示したものである。このモジュールは、トレーニング中にシステムに示されたトレーニング画像からデータを抽出し、抽出したトレーニング画像のデータに基づいてモデルツリーを構築する。本システムには必要ではないが、ここで、異なる画像中のオブジェクト同士に外観上の類似性があると想定する。例えば、これらの画像には同じオブジェクトの異なるビューが含まれていたり、あるいは、自動車など同じクラスに属する異なるオブジェクトが含まれることもある。
この事例では、16×8または128個の特徴をトークンとする。なお、この他に多数ある画像の特徴の抽出技術を用いてもよいことは、本開示に照らせば明らかであろう。
まず、2画像中のトークンのすべてのペアについて、互いの距離を算定する。最初の画像の目的のトークンについて、最小距離(つまり、2番目の画像中の最近傍のトークンまでの距離)および次に最小となる距離(2番目の画像中で2番目に最近傍となるトークンまでの距離)を取り上げて、これらの比を算定する(例えば、距離最小/距離2番目に最小)。この比が所定のしきい値(例えば、0.8)を下回った場合には、マッチしたとする(つまり、目的のトークンが最近傍のトークンにマッチしている)。反対に、しきい値の基準を満たさない場合は、この目的のトークンはマッチしていないことになる。
図4は、本発明の一実施形態に係る、図1の識別システムのランタイム認識モジュール110を示したものである。このランタイム認識モジュール110は、ターゲット画像のコンテンツと、学習モジュール105で算定したモデルツリーとのマッチングを行う。
図5は、本発明の一実施形態に係る識別システムのトレーニング方法を図示したものである。この方法は、例えば、図1、2、3(a)、3(b)の学習モジュール105を用いて実施することができ、同じ説明をここに適用する。
Claims (20)
- 画像中のオブジェクトを識別するコンピュータ実行方法であって、
前記方法は、プロセッサによって実行され、
前記方法は、
複数のトレーニング画像の各々には1つ以上のオブジェクトが含まれ、
前記複数のトレーニング画像の各々の中にある1つ以上の特徴点を算定し、
前記1つ以上の特徴点の各々は1つの画素を表し、1つのトレーニング画像の中にある前記1つ以上の特徴点を、前記1つのトレーニング画像の画素からなるサブセットとして表すように構成するステップと、
1つの特徴点に対応する1つのトークンは前記特徴点の周辺の画像領域の画像特徴を表し、複数の前記特徴点に対応する複数のトークンを抽出するステップと、
第1のトレーニング画像に含まれる特徴点に対応するトークンと、第2のトレーニング画像に含まれる特徴点に対応するトークンとを比較して、前記第1のトレーニング画像の第1のトークンと前記第2のトレーニング画像の第2のトークンとが互いに関連性を有するようにマッチしたトークンを見つけるステップと、
互いに関連性を有するようにマッチしたトークン同士が含まれるように、前記マッチしたトークンをグループ化してセットを構成するステップと、
前記マッチしたトークンのセットの各々を表すようにグループトークンを算定するステップと、
各ノードが画像中のオブジェクトを識別するためのオブジェクトモデルを表すように、前記グループトークンを用いてモデルツリーを構築するステップと
を含むことを特徴とする画像中のオブジェクトを識別する方法。 - 前記方法は、さらに、前記1つ以上のオブジェクトを含んだ複数のトレーニング画像を受信し、
前記方法に従って処理できるように、受信した前記トレーニング画像を形式化する
予備ステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記方法は、さらに、前記モデルツリーを用いて、ターゲット画像中のオブジェクトを識別することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記モデルツリーを用いた前記ターゲット画像中のオブジェクトを識別する処理には、さらに、
前記ターゲット画像において1つ以上の特徴点を算定し、
前記ターゲット画像の特徴点に関連するトークンを抽出し、
前記ターゲット画像のトークンと前記モデルツリーのトークンとを比較してマッチングを識別する
ことが含まれることを特徴とする請求項3に記載の方法。 - 前記方法には、さらに、トークンのマッチング閾値が満たされていると判定した場合には、オブジェクト推定を受け入れ、あるいは、前記トークンのマッチング閾値が満たされていないと判定された場合には、このオブジェクト推定を拒絶することが含まれることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記方法には、さらに、複数のターゲット画像について、算定と、抽出と、比較と、判定とを繰り返し行うことが含まれることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記方法には、さらに、前記ターゲット画像を受信し、
前記方法に従って処理できるように、受信した前記ターゲット画像を形式化する
予備ステップが含まれる
ことを特徴とする請求項3に記載の方法。 - プロセッサによって実行されたときに、このプロセッサに画像中のオブジェクトを識別する処理を実行させる指令が符号化されたマシン読み取り可能な媒体であって、
前記処理は、
複数のトレーニング画像の各々には1つ以上のオブジェクトが含まれ、
前記複数のトレーニング画像の各々の中にある1つ以上の特徴点を算定し、
前記1つ以上の特徴点の各々は1つの画素を表し、1つのトレーニング画像の中にある前記1つ以上の特徴点を、前記1つのトレーニング画像の画素からなるサブセットとして表すように構成するステップと、
1つの特徴点に対応する1つのトークンは前記特徴点の周辺の画像領域の画像特徴を表し、複数の前記特徴点に対応する複数のトークンを抽出するステップと、
第1のトレーニング画像に含まれる特徴点に関連付けされたトークンと、第2のトレーニング画像に含まれる特徴点に関連付けされたトークンとを比較して、前記第1のトレーニング画像の第1のトークンと前記第2のトレーニング画像の第2のトークンとが互いに関連性を有するようにマッチしたトークンを見つけるステップと、
互いに関連性を有するようにマッチしたトークン同士が含まれるように、前記マッチしたトークンをグループ化して1つのセットを構成するステップと、
前記マッチしたトークンのセットの各々を表すようにグループトークンを算定するステップと、
各ノードが画像中のオブジェクトを識別するためのオブジェクトモデルを表すように、前記グループトークンを用いてモデルツリーを構成するステップと
を実行することを特徴とするマシン読み取り可能な媒体。 - 前記処理には、さらに、前記1つ以上のオブジェクトを含んだ複数のトレーニング画像を受信し、
前記処理に従って処理できるように、受信した前記トレーニング画像を形式化することが含まれる
ことを特徴とする請求項8に記載のマシン読み取り可能な媒体。 - 前記処理には、さらに、前記モデルツリーを用いて、ターゲット画像中のオブジェクトを識別することが含まれることを特徴とする請求項8に記載のマシン読み取り可能な媒体。
- 前記モデルツリーを用いてターゲット画像中のオブジェクトを識別する処理には、さらに、
前記ターゲット画像において1つ以上の特徴点を算定し、
前記ターゲット画像の特徴点に関連するトークンを抽出し、
前記ターゲット画像のトークンと、前記モデルツリーのトークンとを比較して、マッチングを識別することが含まれる
ことを特徴とする請求項10に記載のマシン読み取り可能な媒体。 - 前記処理には、さらに、トークンのマッチング閾値が満たされていると判定した場合には、オブジェクト推定を受け入れ、あるいは、前記トークンのマッチング閾値が満たされていないと判定された場合には、このオブジェクト推定を拒絶することが含まれることを特徴とする請求項11に記載のマシン読み取り可能な媒体。
- 前記処理には、さらに、複数のターゲット画像について、算定と、抽出と、比較と、判定とを繰り返し行うことが含まれることを特徴とする請求項12に記載のマシン読み取り可能な媒体。
- 前記処理には、さらに、前記ターゲット画像を受信し、
前記処理に従って処理できるように、受信した前記ターゲット画像を形式化する予備ステップが含まれる
ことを特徴とする請求項10に記載のマシン読み取り可能な媒体。 - 画像中のオブジェクトを識別するハードウェアシステムであって、
前記システムは、
複数のトレーニング画像の各々には1つ以上のオブジェクトが含まれ、
前記複数のトレーニング画像の各々の中にある1つ以上の特徴点を算定し、
前記1つ以上の特徴点の各々は1つの画素を表し、1つのトレーニング画像の中にある前記1つ以上の特徴点を、前記1つのトレーニング画像の画素からなるサブセットとして表すように構成する特徴点ロケータモジュールと、
1つの特徴点に対応する1つのトークンは前記特徴点の周辺の画像領域の画像特徴を表し、複数の前記特徴点に対応する複数のトークンを抽出するトークン抽出モジュールと、
第1のトレーニング画像に含まれる特徴点に関連付けされたトークンと、第2のトレーニング画像に含まれる特徴点に関連付けされたトークンとを比較して、前記第1のトレーニング画像の第1のトークンと前記第2のトレーニング画像の第2のトークンとが互いに関連性を有するようにマッチしたトークンを見つけ、
互いに関連性を有するようにマッチしたトークン同士が含まれるように、前記マッチしたトークンをグループ化して1つのセットを構成し、
前記マッチしたトークンのセットの各々を表すようにグループトークンを算定するトークングループ化モジュールと、
各ノードが画像中のオブジェクトを識別するためのオブジェクトモデルを表すように、前記グループトークンを用いてモデルツリーを構築するモデルツリー構築モジュールと
を備えることを特徴とするハードウェアシステム。 - 前記システムは、さらに、前記モデルツリーを用いて、ターゲット画像中のオブジェクトを識別するランタイム識別モジュールを備えることを特徴とする請求項15に記載のハードウェアシステム。
- 前記ランタイム識別モジュールは、さらに、
前記ターゲット画像において1つ以上の特徴点を算定する特徴点ロケータモジュールと、
前記ターゲット画像の特徴点に関連するトークンを抽出するトークン抽出モジュールと、
前記ターゲット画像のトークンと前記モデルツリーのトークンとを比較して、マッチングを識別するトークンマッチングモジュールと
を備えることを特徴とする請求項16に記載のハードウェアシステム。 - 前記システムは、さらに、トークンのマッチング閾値が満たされているか否かを判定し、この判定に基づいて、オブジェクト推定を受け入れる、あるいは、オブジェクト推定を拒絶する推定検証モジュールを備えることを特徴とする請求項17に記載のハードウェアシステム。
- 画像中のオブジェクトを識別するハードウェアシステムであって、
前記システムは、
複数のトレーニング画像の各々には1つ以上のオブジェクトが含まれ、
前記複数のトレーニング画像の各々の中にある1つ以上の特徴点を算定し、
前記1つ以上の特徴点の各々は1つの画素を表し、1つのトレーニング画像の中にある前記1つ以上の特徴点を、前記1つのトレーニング画像の画素からなるサブセットとして表すように構成する手段と、
1つの特徴点に対応する1つのトークンは前記特徴点の周辺の画像領域の画像特徴を表し、複数の前記特徴点に対応する複数のトークンを抽出する手段と、
第1のトレーニング画像に含まれる特徴点に関連付けされたトークンと、第2のトレーニング画像に含まれる特徴点に関連付けされたトークンとを比較して、前記第1のトレーニング画像の第1のトークンと前記第2のトレーニング画像の第2のトークンとが互いに関連性を有するようにマッチしたトークンを見つけ、
互いに関連性を有するようにマッチしたトークン同士が含まれるように、前記マッチしたトークンをグループ化して1つのセットを構成し、
前記マッチしたトークンのセットの各々を表すようにグループトークンを算定する手段と、
各ノードが画像中のオブジェクトを識別するためのオブジェクトモデルを表すように、前記グループトークンを用いてモデルツリーを構築するモデルツリー構築モジュールと
を備えることを特徴とするハードウェアシステム。 - 前記システムは、
前記ターゲット画像において1つ以上の特徴点を算定する手段と、
前記ターゲット画像の特徴点に関連するトークンを抽出する手段と、
前記ターゲット画像のトークンと前記モデルツリーのトークンとを比較して、マッチングを識別する手段と、
トークンのマッチング閾値が満たされているか否かを判定し、この判定に基づいて、オブジェクト推定を受け入れる、あるいは、オブジェクト推定を拒絶する手段と
を備えることを特徴とする請求項19に記載のハードウェアシステム。
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