JP6889279B2 - デジタル画像内の物体を検出するためのシステムおよび方法、ならびに物体検出を再スコアリングするためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
R.Girshick.Fast R−CNN.In ICCV、2015、
P.Felzenszwalb、R.Girshick、D.McAllester、およびD.Ramanan.Object detection with discriminatively trained part−based models.PAMI、2010、および
W.Liu、D.Anguelov、D.Erhan、C.Szegedy、およびS.Reed.Ssd:Single shot multibox detector.In ECCV、2016、
L.Wan、D.Eigen、およびR.Fergus.End−to−end integration of a convolutional network、deformable parts model and non−maximum suppression.In CVPR、2015、
P.HendersonおよびV.Ferrari.End−to−end training of object class detectors for mean average precision.In ACCV、2016。
R.Girshick、J.Donahue、T.Darrell、およびJ.Malik.Rich feature hierarchies for accurate object detection and semantic segmentation.In CVPR、2014。
S.Ren、K.He、R.Girshick、およびJ.Sun.Faster RCNN:Towards real−time object detection with region proposal networks.In NIPS、2015。
J.Redmon、S.Divvala、R.Girshick、およびA.Farhadi.You only look once: Unified、real−time object detection.In CVPR、2016。
J Hosang、R.Benenson、およびB.Schiele.A convent for non−maximum suppression.In GCPR、2016。
− 各候補ウインドウについての潜在的表現を生成するステップと、
− 隣接する候補ウインドウの潜在的表現に基づいて各候補ウインドウの潜在的表現を更新するステップと、
− 更新された潜在的表現に基づいて各候補ウインドウについてのスコアを生成するステップと、
を含む。
− 物体の場所を標示する候補ウインドウを生成するステップと、
− 各候補ウインドウについて、検出信頼性を表わすスコアを生成するステップと、
− 候補ウインドウのスコアおよび各物体アノテーションと候補ウインドウの間の重複に基づいて、各物体アノテーションを最良マッチング候補ウインドウに関連付け、各候補ウインドウが最大限で1つの物体アノテーションに関連付けられ、各物体アノテーションが最大限で1つの候補ウインドウに関連付けられるようにするステップと、
を含み得る。
− 信頼性によって降順にソートされる候補ウインドウを含むリストを形成すること、
− リスト内の候補ウインドウのうちの最初の候補ウインドウと最大重複を有する(すなわちリスト内で最高の信頼性を有する)マッチングされていない物体アノテーションを識別すること、
− リストから前記候補ウインドウを除去すること、および
− 重複が既定の閾値を超えた場合、前記候補ウインドウを前記物体アノテーションに対してマッチングさせること、
によって得ることができる。
− 各物体検出について潜在的表現を生成し、
− 隣接する物体検出の潜在的表現に基づいて、各物体検出の潜在的表現を更新し、
− 更新された潜在的表現に基づいて、各物体検出について新規スコアを生成する、
ように構成されているニューラルネットワークを含む。
− 物体の場所を標示する候補ウインドウを生成するステップと、
− 各候補ウインドウについて、検出信頼性を表わすスコアを生成するステップと、
− 候補ウインドウのスコアおよび各物体アノテーションと候補ウインドウの間の重複に基づいて、各物体アノテーションを最良マッチング候補ウインドウに関連付けし、各候補ウインドウが最大限で1つの物体アノテーションに間付けされるようにするステップと、
を含み得る。
− 物体の場所を標示する候補ウインドウを生成するステップと、
− 各候補ウインドウについて、検出信頼性を表わすスコアを生成するステップと、
を行う。
− 各候補ウインドウについての潜在的表現を生成するステップと、
− 隣接する候補ウインドウの潜在的表現に基づいて各候補ウインドウの潜在的表現を更新するステップと、
更新された潜在的表現に基づいて各候補ウインドウについてのスコアを生成するステップと、
を含む。
− 各物体検出について潜在的表現を生成するステップと、
− 隣接する物体検出の潜在的表現に基づいて、各物体検出の潜在的表現を更新するステップと、
− 更新された潜在的表現に基づいて、各物体検出について新規スコアを生成するステップと、
を行う。
検出器は、1物体あたり正確に1つの高スコアリング検出を出力するものと想定される。このような検出器のロスは、これらの検出がいかに近接したものであるかとは無関係に、同じ物体を多数回検出することを阻止しなければならない。
上述のロスを有効に最小化するためには、ニューラルネットワークが検出を合同処理することが必要である。この目的で、ニューラルネットワークは、(図3に示されている)「ブロック」と呼ばれる反復構造を伴って設計されている。1ブロックは、各検出がその隣接する検出の表現にアクセスできるようにし、その後自らの表現を更新する。多数のブロックのスタッキングは、全ての検出がその隣接する検出に対し「トーク」できるようにすることと、自らの表現を更新することの間で、ネットワークが交番することを意味する。換言すると、検出はその隣接する検出に対し、その表現を更新するようにトークする。
ニューラルネットワークのブロックは、入力として各検出の検出特徴ベクトルを取り、更新されたベクトルを出力する(図4a、4b中のハイレベル図を参照のこと)。1ブロックからの出力は、次のブロックに入力される。このc=128次元の特徴ベクトルの内部の値は、トレーニング中に暗示的に学習される。最後のブロックの出力は、各検出についての新しい検出スコアを生成するために使用される。
第1は、図2に示されている通りの、検出対のための表現を構築する層である。図2は、本開示の実施形態にしたがって検出特徴をいかにしてペアワイズコンテキストへと組合せられるかについての概略図を示す。各々の中実ブロックは、対応するパターン(例えば異なる破線)の検出の特徴ベクトルである。ハッチングが掛かったブロックは、2つのパターンに対応する2つの検出によって定義される「検出対特徴」である。
検出コンテキスト内で使用される各検出対についての特徴は、1検出対の複数の特性からなる:(1)共用体(IoU)上の交差点、(2〜4)xおよびy方向での正規化された距離および正規化されたI2距離(検出の幅および高さの平均による正規化)、(4〜5)幅および高さのスケール差(例えばlog(wi=wj))、(6)アスペクト比の差log(ai=aj)、(7〜8)両方の検出の検出スコア。マルチクラスセットアップにおいては、各検出は、スカラーの代りにスコアベクトルを提供し、こうして対特徴の数を増大させる。これらの生特徴は全て、各ブロック内で使用されるg個の検出対特徴を学習するため、3つの完全に連結された層内にフィードされる。
ブロックは、図3に示されているように検出がそのそれぞれの隣接する検出を考察できるようにし自らの表現を更新する1回の反復を行なう。図3は、再スコアリングシステム、詳細には本開示の実施形態に係る更新プロシージャのためのニューラルネットワークのオペレーションを例示する概略的流れ図を示す。本開示のニューラルネットワークの1ブロックが、ここでは1つの検出について示されている。各検出の表現は削減され、その後隣接する検出対へと組合わされ、検出対特徴と連接される(ハッチングの掛ったボックス、対応する特徴および検出は同じパターンを有する)。検出対の特徴は、完全に連結された層を通して独立してマッピングされる。対の可変的な数は、マックスプーリングにより、固定サイズの表現に削減される。各検出について独立して、ペアワイズ計算が行なわれる。
K.He、X.Zhang、S.Ren、およびJ.Sun. Identity mappings in deep residual networks.In ECCV、2016。
ニューラルネットワークは16のブロックを有し得る。検出特徴のための特徴次元は128であり得、ペアワイズ検出コンテキストを構築する前に32まで削減され得る。検出対特徴も同様に、32次元を有することができる。最後のブロックの後の完全に連結された層は、128の次元特徴を出力し得る。特徴次元が変更された場合、各層内の特徴の数の間の比率は恒常に保たれ、こうして、検出特徴次元が充分であることを標示する。
複数のスタッキングされたブロック上の順方向の受渡しは、メッセージパッシングとして解釈され得る。全ての検出は、どの検出に物体が割当てられるかおよびどの検出がそのスコアを減少させるべきかを交渉する目的で、その隣接する検出の全てに対してメッセージを送る。メッセージパッシングアルゴリズムおよびそのルールをハンドクラフトする代りに、ネットワークは、受渡しされつつあるメッセージを潜在的に学習するように構成されている。
Claims (17)
- デジタル画像内の物体を検出するためのシステムにおいて、
前記システムは、
物体の場所を標示する候補ウインドウを生成し、
各候補ウインドウについて、検出信頼性を表わすスコアを生成するように構成されているニューラルネットワークを含み、
前記スコアを生成することは、
− 各候補ウインドウについての潜在的表現を生成し、
− 隣接する候補ウインドウの前記潜在的表現に基づいて各候補ウインドウの前記潜在的表現を更新し、
− 更新された潜在的表現に基づいて各候補ウインドウについての前記スコアを生成し、
− 前記候補ウインドウの中の1つの候補ウインドウについてのスコアを増大させ、他の全ての候補ウインドウについてのスコアを減少させること、
を含む、システム。 - 前記潜在的表現は、前記候補ウインドウの前記生成されたスコアが変更されるような形で更新される、請求項1に記載のシステム。
- 候補ウインドウの前記潜在的表現を更新することは、隣接する候補ウインドウの対を考慮することによって行なわれ、隣接する候補ウインドウの対が前記候補ウインドウおよびその隣接する候補ウインドウのうちの1つを含んでいる、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記隣接する候補ウインドウが、前記潜在的表現が更新された前記候補ウインドウと既定の程度まで重複する全てのウインドウを含む、請求項1ないし3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ニューラルネットワークが、隣接する候補ウインドウの前記潜在的表現に基づいて各候補ウインドウの前記潜在的表現を更新するための反復構造を含む、請求項1ないし4のいずれか一項に記載のシステム。
- 候補ウインドウの前記潜在的表現を更新することは、その隣接する候補ウインドウの各々と一対の検出を形成することを含み、
前記一対の検出が前記候補ウインドウおよび前記隣接するウインドウの前記潜在的表現を含み、
前記一対の検出が、対特徴ベクトルである、請求項1ないし5のいずれか一項に記載のシステム。 - 候補ウインドウの前記潜在的表現を更新することは、候補ウインドウの対に基づいて検出対特徴、詳細には前記候補ウインドウの幾何形状を決定することをさらに含み、
前記候補ウインドウの対の前記検出対特徴が、前記対特徴ベクトルに対して連接されている、請求項6に記載のシステム。 - 前記検出対特徴が連接される前記対特徴ベクトルが、完全に連結された層を通して独立してマッピングされる、請求項7に記載のシステム。
- 隣接する候補ウインドウの可変的数に対応する対特徴ベクトルの数が、プーリングによって固定サイズの表現まで削減され、前記対特徴ベクトルが、要素毎のオペレーションにより1つのn次元プーリング特徴ベクトルまで削減される、請求項6ないし8のいずれか一項に記載のシステム。
- 候補ウインドウの前記潜在的表現の次元性が、前記対特徴ベクトルへ組合わされる前に削減され、および/または
前記プーリングによるオペレーション後に、前記次元性が、候補ウインドウの前記潜在的表現のサイズとマッチングするように増大させられる、請求項9に記載のシステム。 - 候補ウインドウが、検出された物体の矩形フレームおよび/または画素様マスクを含む、請求項1ないし10のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ニューラルネットワークが、複数の物体および前記物体の実際の場所を表示するそれぞれの物体アノテーションを有するグラウンドトウルースとして少なくとも1つのデジタルトレーニング画像を使用することによってトレーニングされ、
前記トレーニングは、
物体の場所を標示する候補ウインドウを生成し、
各候補ウインドウについて、前記検出信頼性を表わすスコアを生成し、
前記候補ウインドウの前記スコアおよび各物体アノテーションと前記候補ウインドウの間の重複に基づいて、前記各物体アノテーションを最良マッチング候補ウインドウに関連付け、各候補ウインドウが最大限で1つの物体アノテーションに関連付けられ、各物体アノテーションが最大限で1つの候補ウインドウに関連付けられるようにすること、
を含む、請求項1ないし11のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記ニューラルネットワークが、正のトレーニング例としてマッチングに成功した検出を使用し、負のトレーニング例としてマッチングされていない検出を使用することによってトレーニングされる、請求項12に記載のシステム。
- デジタル画像内の物体検出を再スコアリングするためのシステムにおいて、物体検出が、物体の場所を標示する候補ウインドウおよび検出信頼性を表わすスコアを含み、
前記システムは、
− 各物体検出について潜在的表現を生成し、
− 隣接する物体検出の前記潜在的表現に基づいて、各物体検出の前記潜在的表現を更新し、
− 更新された潜在的表現に基づいて、各物体検出についての新規スコアを生成し、
− 1つの物体検出についての新規スコアを増大させ、他の全ての物体検出についてのスコアを減少させる、
ように構成されているニューラルネットワークを含む、システム。 - デジタル画像内の物体を検出する方法において、
ニューラルネットワークが、
物体の場所を標示する候補ウインドウを生成するステップと、
各候補ウインドウについて、検出信頼性を表わすスコアを生成するステップと、
を行い、
前記スコアを生成する前記ステップは、
− 各候補ウインドウについての潜在的表現を生成するステップと、
− 隣接する候補ウインドウの前記潜在的表現に基づいて各候補ウインドウの前記潜在的表現を更新するステップと、
更新された潜在的表現に基づいて各候補ウインドウについての前記スコアを生成するステップと、
前記候補ウインドウの中の1つの候補ウインドウについてのスコアを増大させ、他の全ての候補ウインドウについてのスコアを減少させるステップと、
を含む、方法。 - デジタル画像内の物体検出を再スコアリングする方法において、物体検出が、物体の場所を標示する候補ウインドウおよび検出信頼性を表わすスコアを含み、
ニューラルネットワークが、
− 各物体検出について潜在的表現を生成するステップと、
− 隣接する物体検出の前記潜在的表現に基づいて、各物体検出の前記潜在的表現を更新するステップと、
− 更新された潜在的表現に基づいて、各物体検出についての新規スコアを生成するステップと、
− 1つの物体検出についての新規スコアを増大させ、他の全ての物体検出についてのスコアを減少させるステップと、
を行う、方法。 - プログラムがコンピュータによって実行された場合に、請求項15または16のいずれか一項に記載の方法の前記ステップを実行するための命令を含むコンピュータプログラム。
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