JP2013109658A - Image retrieval device, image retrieval method, and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image retrieval device, an image retrieval method, and a program capable of retrieving an image area similar to a template image quickly with high accuracy.SOLUTION: An image retrieval device includes: first calculation means for calculating first similarity that indicates similarity between a retrieval target image and a template image at each retrieval position, while moving the retrieval positions by the template image to the retrieval target image; specifying means (S2) for specifying, for the first similarities within the predetermined number of highest ones, retrieval positions in which each of the predetermined number of first similarities has been calculated; second calculation means (S3) for calculating, for the retrieval positions, second similarity having calculation accuracy higher than that of the first similarity; and retrieval means (S4) for performing retrieval to the retrieval target image by the template image by using the second similarity as an initial value of a threshold.

Description

本発明は、検索対象画像内においてテンプレート画像と類似する画像領域を検索する画像検索装置、画像検索方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to an image search apparatus, an image search method, and a program for searching an image area similar to a template image in a search target image.

検索対象画像内でテンプレート画像と類似している画像領域を検索する画像処理技術として、フルサーチ法が最も使用されている。このフルサーチ法では、最も類似しているT箇所(Tは1以上の整数)を検出する場合、検索対象画像上でテンプレート画像を1ピクセル間隔でシフトしつつ、各位置で検索対象画像とテンプレート画像間の類似度を測る類似尺度として、例えば絶対差分値和Sum of Absolute Differences(SAD)を計算し、最も小さいSADからT番目に小さいSADまでを与えるT個の検索対象画像内のテンプレート画像、若しくはテンプレート画像の類似画像の位置を見つけるものである。   The full search method is most used as an image processing technique for searching an image region similar to a template image in a search target image. In this full search method, when the most similar T location (T is an integer of 1 or more) is detected, the search target image and the template are shifted at each position while shifting the template image on the search target image by one pixel interval. As a similarity measure for measuring the degree of similarity between images, for example, the absolute difference value sum Sum of Absolute Differences (SAD) is calculated, and template images in T search target images that give from the smallest SAD to the Tth smallest SAD, Alternatively, the position of a similar image of the template image is found.

ここで、テンプレート画像Aにおける位置(i,j)での画素値をa(i,j)(1≦i≦N,1≦j≦M)、検索対象画像Bにおける位置(i,j)での画素値をb(i,j)(1≦i≦X,1≦j≦Y,N≦X,M≦Y)、検索位置としてテンプレート画像Aの座標(1,1)と同じ位置の検索対象画像Bの座標値を(c,d)(1≦c≦X−N+1,1≦d≦Y−M+1)とすると、検索位置(c,d)でのSADは以下の(1)式により求めることができる。   Here, the pixel value at the position (i, j) in the template image A is a (i, j) (1 ≦ i ≦ N, 1 ≦ j ≦ M), and the position (i, j) in the search target image B. The pixel values of b (i, j) (1 ≦ i ≦ X, 1 ≦ j ≦ Y, N ≦ X, M ≦ Y) are searched for the same position as the coordinates (1, 1) of the template image A as the search position. When the coordinate value of the target image B is (c, d) (1 ≦ c ≦ X−N + 1, 1 ≦ d ≦ Y−M + 1), the SAD at the search position (c, d) is expressed by the following equation (1). Can be sought.

Figure 2013109658
…(1)
Figure 2013109658
... (1)

フルサーチ法では、閾値としてT個の値を準備し、検索位置までの中でSADが一番小さい値からT番目に小さいSADまでを、SADmin,1からSADmin,tとし、検出位置でのSADがT番目に小さい値であるSADmin,tよりも大きい場合は検出候補ではないとしてスキップし、SADmin,t以下である場合は、SADmin,tを破棄し、検出位置のSADを新たに閾値として追加し、T個の中でソートしてT番目に小さい値を新たにSADmin,tとする。全ての画素で以上の処理を実施後、T個の閾値が算出された位置をそれぞれ検出位置として出力する。また場合に応じて、小さい閾値順に結果を出力する。 In the full search method, T values are prepared as threshold values, and the SAD from the smallest value to the Tth smallest SAD up to the search position is changed from SAD min, 1 to SAD min, t. If SAD is larger than SAD min, t, which is the Tth smallest value, the detection is skipped as not being a detection candidate. If SAD min, t or less, SAD min, t is discarded , and SAD at the detection position is A new threshold value is added, and the Tth smallest value is newly set as SAD min, t after sorting among T pieces. After performing the above processing on all the pixels, the positions where T threshold values are calculated are output as detection positions. Moreover, according to the case, a result is output in order of a small threshold value.

一方、フルサーチ法における計算時間を削減する手法の一つとして、Coarse−to−fine法が提案されている。この手法はテンプレート画像を1画素間隔でシフトしてSADを計算するフルサーチ法とは異なり、まず、粗い画素間隔で検索対象画像全体を探索して、最も小さいSADからT番目に小さいSADを与えるT個の位置を粗く推定し、その後探索で得られた位置の周囲をより細かい画素間隔で探索してより最適な位置を推定するという、coarse−to−fineの探索戦略に基づいて、最も小さいSADからT番目に小さいSADまでの値を与えるT個の検索対象画像内のテンプレート画像の位置を見つけるものである。   On the other hand, the Coarse-to-fine method has been proposed as one of the methods for reducing the calculation time in the full search method. This method is different from the full search method in which the template image is shifted by one pixel interval to calculate SAD. First, the entire search target image is searched at a coarse pixel interval to give the Tth smallest SAD from the smallest SAD. It is the smallest based on a coarse-to-fine search strategy, in which T positions are roughly estimated, and then the positions obtained by the search are searched with finer pixel intervals to estimate a more optimal position. The position of the template image in T search target images giving values from SAD to the Tth smallest SAD is found.

また、フルサーチ法より高速に検索するための手法として、検索対象画像とテンプレート画像との類似度として、例えばSADやユークリッド距離等のフルサーチ法と同様の繰り返し演算によって得られる類似度を適用し、検索位置での演算途中の類似度が、それまでに得られた閾値を超えたところで当該演算を打ち切って次の検索位置に移動するSequential Similarity Detection Algorithm(SSDA法)(例えば、非特許文献1参照)が提案されている。以下、上記閾値を超えたところで当該演算を打ち切った時点における類似度を、「ssda距離」という。   In addition, as a technique for searching at a higher speed than the full search method, the similarity obtained by the same iterative calculation as the full search method such as SAD and Euclidean distance is applied as the similarity between the search target image and the template image. When the similarity in the middle of the calculation at the search position exceeds the threshold value obtained so far, the sequential similarity detection algorithm (SSDA method) that stops the calculation and moves to the next search position (for example, Non-Patent Document 1) Have been proposed). Hereinafter, the degree of similarity when the calculation is terminated when the threshold value is exceeded is referred to as “ssda distance”.

また、フルサーチ法より高速な検索をするための別の手法として、Successive Elimination Algorithm(SEA法)が提案されている(例えば非特許文献2参照)。SEA法は、三角不等式|a+b|≦|a|+|b|を用いて、各検索位置においてSADを計算する必要があるか否かを判定することによりSADを計算する回数を削減して、画像検索処理を高速化する手法である。   As another technique for performing a search at a higher speed than the full search method, a Successive Elimination Algorithm (SEA method) has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2). The SEA method uses the triangular inequality | a + b | ≦ | a | + | b | to reduce the number of times to calculate SAD by determining whether it is necessary to calculate SAD at each search position, This is a technique for speeding up image search processing.

図4は、SEA法の処理動作の流れを示すフローチャートである。図4に示すように、SEA法においては、各検索位置においてsea距離であるsea(c,d)を、以下の(2)式により計算する(ステップS31)。   FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing operations of the SEA method. As shown in FIG. 4, in the SEA method, sea (c, d), which is the sea distance at each search position, is calculated by the following equation (2) (step S31).

Figure 2013109658
…(2)
Figure 2013109658
... (2)

次に、このsea距離が、それまでの検索で得られたT番目に小さいSADであるSADmin,tより大きいか否かを判定し(ステップS32)、sea(c,d)>SADmin,tであれば検索位置(c,d)をスキップし、次の検索位置に移る。一方、sea(c,d)≦SADmin,tあれば、この検索位置でSAD(c,d)を計算し(ステップS33)、このSAD(c,d)のSADmin,tに対する大小を判定する(ステップS34)。SAD(c,d)>SADmin,tの場合、そのまま次の検索位置に移る。SAD(c,d)≦SADmin,tの場合は、既に記憶されているSADmin,tを破棄し、検出位置のSADを新たに閾値として追加し、T個の中でソートしてT番目に小さい値を新たにSADmin,tとし、この検索位置を記憶する(ステップS35)。この処理を全ての検索位置で実施し(ステップS36、S37)、最後の検索位置まで検索が終了した後、最も小さいSADmin,tの値、該値が算出された検索位置(c,d)を検索結果として出力する(ステップS38)。これにより、テンプレート画像に最も類似している画像領域の検索位置が出力される。なお、この際の出力対象はSADmin,tの値と検索位置(c,d)に限定されず、最終的なSADmin,1からSADmin,tまでが得られたT個の検索位置を検索結果として出力する形態としても良い。 Next, it is determined whether or not the sea distance is larger than SAD min, t, which is the Tth smallest SAD obtained in the search so far (step S32), and sea (c, d)> SAD min, If t , the search position (c, d) is skipped and the next search position is started. On the other hand, if sea (c, d) ≦ SAD min, t , SAD (c, d) is calculated at this search position (step S33), and the magnitude of SAD (c, d) with respect to SAD min, t is determined. (Step S34). If SAD (c, d)> SAD min, t , the process proceeds to the next search position. If SAD (c, d) ≦ SAD min, t , the already stored SAD min, t is discarded, and the SAD at the detection position is newly added as a threshold value, sorted among T, and the Tth A new value is newly set as SAD min, t, and this search position is stored (step S35). This process is performed at all the search positions (steps S36 and S37), and after the search is completed up to the last search position, the smallest SAD min, t value and the search position (c, d) from which the value is calculated As a search result (step S38). Thereby, the search position of the image area most similar to the template image is output. The output target at this time is not limited to the value of SAD min, t and the search position (c, d), and T search positions from which the final SAD min, 1 to SAD min, t are obtained are shown. It is good also as a form output as a search result.

ここで、SEA法により、SADを用いて類似する画像領域を検索する場合に、sea(c,d)としてSADmin,tより大きな値が得られた時点で、SAD(c,d)>SADmin,tとなり、検索位置をスキップすることができる理由について説明する。 Here, when a similar image region is searched using SAD by the SEA method, when a value larger than SAD min, t is obtained as sea (c, d), SAD (c, d)> SAD The reason why the search position can be skipped will be described as min, t .

三角不等式|x|+|y|≧|x+y|から、   From the triangle inequality | x | + | y | ≧ | x + y |

Figure 2013109658
…(3)
となる。したがって、
Figure 2013109658
... (3)
It becomes. Therefore,

Figure 2013109658
…(4)
であれば、
Figure 2013109658
(4)
If,

Figure 2013109658
…(5)
がsea距離であるため、
Figure 2013109658
... (5)
Is the sea distance,

Figure 2013109658
…(6)
となるので、当該検索位置でのSADを計算する必要がなく、スキップ可能となる。
Figure 2013109658
... (6)
Therefore, it is not necessary to calculate the SAD at the search position, and skipping is possible.

また、画像を複数の矩形に複数の階層で等分割し、閾値を超えるようになるまでより深い階層の矩形毎にsea距離およびmsea距離を計算するMultilevel Successive Elimination Algorithm(MSEA法)が提案されている(例えば、非特許文献3参照)。   Further, a Multilevel Successive Elimination Algorithm (MSEA method) has been proposed in which an image is equally divided into a plurality of rectangles at a plurality of layers and a sea distance and a msea distance are calculated for each rectangle in a deeper layer until the threshold is exceeded. (For example, see Non-Patent Document 3).

図5は、MSEA法の処理動作の流れを示すフローチャートである。図5に示すように、MSEA法においては、SEA法と同様に、各検索位置においてsea距離であるsea(c,d)を計算する(ステップS41)。   FIG. 5 is a flowchart showing the flow of processing operation of the MSEA method. As shown in FIG. 5, in the MSEA method, as in the SEA method, sea (c, d), which is the sea distance, is calculated at each search position (step S41).

次に、このsea距離がそれまでの検索で得られたT番目に小さいSADであるSADmin,tより大きいか否かを判定し(ステップS42)、sea(c,d)>SADmin,tであれば検索位置(c,d)をスキップし、次の検索位置に移る。sea(c,d)≦SADmin,tの場合、この検索位置で第一段階のmsea距離であるmsea(c,d)を、以下の(7)式と(8)式とにより計算する(ステップS43)。 Next, it is determined whether or not this sea distance is larger than SAD min, t, which is the Tth smallest SAD obtained in the search so far (step S42), and sea (c, d)> SAD min, t. If so, the search position (c, d) is skipped, and the process proceeds to the next search position. When sea (c, d) ≦ SAD min, t , msea (c, d), which is the first stage msea distance at this search position, is calculated by the following equations (7) and (8) ( Step S43).

Figure 2013109658
…(7)
Figure 2013109658
... (7)

Figure 2013109658
…(8)
Figure 2013109658
(8)

ここで、P1(1)=0,P1(2)=N/2,P1(3)=N,Q1(1)=0,Q1(2)=N/2,Q1(3)=Mである。   Here, P1 (1) = 0, P1 (2) = N / 2, P1 (3) = N, Q1 (1) = 0, Q1 (2) = N / 2, Q1 (3) = M. .

msea距離は、テンプレート画像を分割した矩形領域内で個別に計算したsea距離であるpsea距離を総計した値である。MSEA法では、矩形領域はテンプレート画像をx軸方向およびy軸方向ごとに等分割することにより得られる。   The msea distance is a total value of psea distances, which are sea distances calculated individually in a rectangular area obtained by dividing the template image. In the MSEA method, the rectangular area is obtained by equally dividing the template image in the x-axis direction and the y-axis direction.

次に、このmsea距離がSADmin,tより大きいか否かを判定し(ステップS44)、msea(c,d)>SADmin,tであれば検索位置(c,d)をスキップし、次の検索位置に移る。msea(c,d)<SADmin,tの場合、事前に設定した全ての段階のmsea(c,d)を計算したか否かを判定する(ステップS45)。全ての段階のmsea(c,d)を計算していない場合、ステップS43に移行し、この検索位置で次の段階のmsea距離を、(9)式と(10)式とを用いて計算する。 Next, it is determined whether or not the msea distance is greater than SAD min, t (step S44). If msea (c, d)> SAD min, t , the search position (c, d) is skipped and the next Move to the search position. If msea (c, d) <SAD min, t , it is determined whether or not msea (c, d) at all stages set in advance has been calculated (step S45). If not all stages of msea (c, d) have been calculated, the process proceeds to step S43, and the msea distance of the next stage is calculated using the expressions (9) and (10) at this search position. .

Figure 2013109658
…(9)
Figure 2013109658
... (9)

Figure 2013109658
…(10)
Figure 2013109658
(10)

ここで、P2(1)=0,P2(2)=N/4,P2(3)=2×N/4,P2(4)=3×N/4,P2(5)=N,Q2(1)=0,Q2(2)=N/4,Q2(3)=2×N/4,Q2(4)=3×N/4,Q2(5)=Mである。   Here, P2 (1) = 0, P2 (2) = N / 4, P2 (3) = 2 × N / 4, P2 (4) = 3 × N / 4, P2 (5) = N, Q2 ( 1) = 0, Q2 (2) = N / 4, Q2 (3) = 2 × N / 4, Q2 (4) = 3 × N / 4, Q2 (5) = M.

第2段階目のmsea距離は、第1段階目の各矩形領域を更に等分割して得られる矩形領域を用いて計算する。続いて、同様に、このmsea距離とSADmin,tとの大小関係により、検索をスキップするか、次の段階のmsea距離を計算するかを判定する(ステップS45)。 The second stage msea distance is calculated using a rectangular area obtained by further dividing each rectangular area in the first stage. Subsequently, similarly, based on the magnitude relationship between this msea distance and SAD min, t , it is determined whether to skip the search or to calculate the msea distance of the next stage (step S45).

事前に設定した全ての段階までmsea距離を計算し、かつ最後の段階において得られたmsea距離がmsea(c,d)<SADmin,tの場合、この検索位置でSAD(c,d)を計算し(ステップS46)、このSAD(c,d)のSADmin,tに対する大小を判定する(ステップS47)。 If msea distance is calculated up to all preset stages and the msea distance obtained in the last stage is msea (c, d) <SAD min, t , SAD (c, d) is calculated at this search position. Calculation is performed (step S46), and the magnitude of this SAD (c, d) with respect to SAD min, t is determined (step S47).

SAD(c,d)>SADmin,tの場合、次の検索位置に移る。SAD(c,d)≦SADmin,tの場合は、SADmin,tを破棄し、検出位置のSADを新たに閾値として追加し、T個の中でソートしてT番目に小さい値を新たにSADmin,tとし、この検索位置を記憶する(ステップS48)。 If SAD (c, d)> SAD min, t , the process moves to the next search position. When SAD (c, d) ≦ SAD min, t , SAD min, t is discarded, SAD at the detection position is newly added as a threshold value, and the Tth smallest value is newly sorted by sorting among T pieces. SAD min, t, and this search position is stored (step S48).

この処理を全ての検索位置で実施し(ステップS49、S50)、最後の検索位置まで検索が終了した後、最も小さいSADmin,tの値、該値が算出された検索位置(c,d)を検索結果として出力する(ステップS51)。これにより、テンプレート画像に最も類似している画像領域の検索位置が出力される。なお、この際の出力対象はSADmin,tの値と検索位置(c,d)に限定されず、最終的なSADmin,1からSADmin,tまでが得られたT個の検索位置を検索結果として出力する形態としても良い。 This processing is performed at all the search positions (steps S49 and S50), and after the search is completed up to the last search position, the smallest SAD min, t value and the search position (c, d) from which the value is calculated As a search result (step S51). Thereby, the search position of the image area most similar to the template image is output. The output target at this time is not limited to the value of SAD min, t and the search position (c, d), and T search positions from which the final SAD min, 1 to SAD min, t are obtained are shown. It is good also as a form output as a search result.

ここで、MSEA法により、SADを用いて類似する画像領域を検索する場合に、msea(c,d)としてSADmin,tより大きな値が得られた時点で、SAD(c,d)>SADmin,tとなり、検索位置をスキップすることができる理由について説明する。 Here, when a similar image region is searched using SAD by the MSEA method, when a value larger than SAD min, t is obtained as msea (c, d), SAD (c, d)> SAD The reason why the search position can be skipped will be described as min, t .

MSEA法により、SADを用いて類似する画像領域を検索する場合には、SEA法により、SADを用いる場合と同様に、三角不等式から、   When a similar image region is searched using SAD by MSEA method, as in the case of using SAD by SEA method,

Figure 2013109658
…(11)
が導出される。
Figure 2013109658
... (11)
Is derived.

Figure 2013109658
…(12)
がmsea距離の第1段階であるため、
Figure 2013109658
(12)
Is the first stage of the msea distance,

Figure 2013109658
…(13)
となり、第1段階(sea距離)から順にチェックしていき、SADmin,tより大きな値が得られた時点で、SAD(c,d)>SADmin,tとなり、検索位置をスキップできる。
Figure 2013109658
... (13)
Thus, the check is performed in order from the first stage (sea distance), and when a value larger than SAD min, t is obtained, SAD (c, d)> SAD min, t , and the search position can be skipped.

図6は、以上の従来技術における画像検索の処理動作の説明に供する模式図である。図6に示すように、フルサーチ法では、検索対象画像50上でテンプレート画像51を1画素ずつスライドさせながら、その位置での類似性を判断する。類似度としてSADを使用した場合、その検索位置(c,d)でのSAD(c,d)がそれまで検索した中で最小のSADmin,tより小さければ、SADmin,t=SAD(c,d)とし、検索位置(c,d)を記憶する。当該処理を検索対象画像の全ての画像領域において実施し、SADmin,tおよびSADmin,tをとる位置(c,d)を出力する。 FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the image search processing operation in the above-described conventional technology. As shown in FIG. 6, in the full search method, the template image 51 is slid pixel by pixel on the search target image 50, and the similarity at that position is determined. When SAD is used as the similarity, if the SAD (c, d) at the search position (c, d) is smaller than the minimum SAD min, t searched so far, SAD min, t = SAD (c , D) and the search position (c, d) is stored. The processing is performed on all image regions of the search target image , and a position (c, d) where SAD min, t and SAD min, t are taken is output.

SAD(c,d)は計算処理量が多い(すなわち処理が重い)ことを考慮し、各検索位置(c,d)においてSAD(c,d)を計算する前に、計算処理量が少ないSEA法、MSEA法を用いて、SADを計算する必要があるのか、計算せずにスキップして次の検索位置に移って良いのかの判定を行うことにより、SADの計算を回避した分の処理量を削減し、より高速な検索を行う。この際の判定方法として、簡略化した処理で求められるsea距離若しくはmsea距離を用い、上記値とSADminを比較する。 Considering that SAD (c, d) has a large calculation processing amount (that is, processing is heavy), SEA has a small calculation processing amount before calculating SAD (c, d) at each search position (c, d). The amount of processing that avoids the SAD calculation by determining whether it is necessary to calculate the SAD using the MSEA method or the MSEA method, or skipping the calculation and moving to the next search position. Reduce search and perform faster searches. As a determination method at this time, the sea distance or msea distance obtained by simplified processing is used, and the above value is compared with SAD min .

一方、SEA法およびMSEA法に対し、sea距離若しくはmsea距離を用いて、検索対象画像中でsea距離若しくはmsea距離が最小若しくはそれに類する値となる複数の位置を検出し、この位置に対してのみSADを計算し、最小のSADをとる位置を検索結果とすることにより、SADの計算処理回数を削減するGlobal Elimination Algorithm(GEA法)が提案されている(例えば、非特許文献4参照)。GEA法において、T個の結果を出力する場合、sea距離若しくはmsea距離が最小若しくはそれに類する値となるT個以上の位置を検出し、検出した位置に対してのみSADを計算し、最も小さいSADからT番目に小さいSADまでの値をとるT個の位置を検索結果とする処理が可能である。   On the other hand, for the SEA method and the MSEA method, the sea distance or the msea distance is used to detect a plurality of positions where the sea distance or the msea distance is a minimum or a similar value in the search target image, and only this position is detected. There has been proposed a Global Elimination Algorithm (GEA method) that reduces the number of SAD calculation processes by calculating the SAD and using the position where the minimum SAD is taken as a search result (see, for example, Non-Patent Document 4). In the GEA method, when outputting T results, T or more positions where the sea distance or msea distance is the minimum or similar value are detected, SAD is calculated only for the detected positions, and the smallest SAD To T positions that take values from to the Tth smallest SAD can be processed as search results.

また、SEA法およびMSEA法に対し、sea距離若しくはmsea距離を用いて、検索対象画像中でsea距離若しくはmsea距離が最小となる位置を検出し、この位置でSADを計算し、計算したSADを閾値として用いて再度開始位置から検索を行い、最小のSADをとる位置を検索結果とすることにより、SADの計算処理回数を削減するInitial Threshold Estimation(ITE法)が提案されている(例えば、非特許文献5参照)。   Also, in contrast to the SEA method and the MSEA method, the sea distance or the msea distance is used to detect the position where the sea distance or the msea distance is the smallest in the search target image, and the SAD is calculated at this position. An initial threshold estimation (ITE method) that reduces the number of SAD calculation processes by performing a search from the start position again as a threshold and using the position where the smallest SAD is taken as a search result has been proposed (for example, non-conversion). (See Patent Document 5).

D. Barnea and H. Silverman 「A class of algorithms for fast digital image registration」IEEE Transaction on Computers, vol.C-21, no.2 pp.179-186, 1972D. Barnea and H. Silverman `` A class of algorithms for fast digital image registration '' IEEE Transaction on Computers, vol.C-21, no.2 pp.179-186, 1972 W. Li and E. Salari 「Successive Elimination Algorithm for Motion Estimation」IEEE Transactions on Image Processing, vol. 4, no.1, pp. 105-107, January 1995W. Li and E. Salari "Successive Elimination Algorithm for Motion Estimation" IEEE Transactions on Image Processing, vol. 4, no.1, pp. 105-107, January 1995 X.Q. Gao, C.J. Duanmu, and C.R. Zou 「A Multilevel Successive Elimination Algorithm for Block Matching Motion Estimation」IEEE Transactions on Image Processing, vol.9, no. 3, pp. 501-504, March 2000X.Q.Gao, C.J.Duanmu, and C.R.Zou `` A Multilevel Successive Elimination Algorithm for Block Matching Motion Estimation '' IEEE Transactions on Image Processing, vol.9, no.3, pp. 501-504, March 2000 Y.W. Huang, S.Y. Chien, B.Y. Hsieh, and L.G. Chen 「Global Elimination Algorithm and Architecture Design for Fast Block Matching Motion Estimation」IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol.14, no.6, pp.898-907, June 2004YW Huang, SY Chien, BY Hsieh, and LG Chen `` Global Elimination Algorithm and Architecture Design for Fast Block Matching Motion Estimation '' IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol.14, no.6, pp.898-907, June 2004 森 稔, 柏野邦夫“適応的領域分割と初期閾値推定によるテンプレートマッチングの高速化,” 電子情報通信学会論文誌(D), vol.J94-D, No.5, pp.881-892Minoru Mori and Kunio Kanno “Acceleration of template matching by adaptive segmentation and initial threshold estimation,” IEICE Transactions (D), vol.J94-D, No.5, pp.881-892

しかしながら、フルサーチ法では、必ず検索対象画像内で最小からT番目に小さいSADをとるT個の最適な位置が得られるが、SADの計算処理に時間が掛かるという問題がある。   However, the full search method always obtains T optimal positions that take the Tth smallest SAD in the search target image, but there is a problem that it takes time to calculate SAD.

また、Coarse−to−fine法では、フルサーチ法より高速に画像検索処理が実施できるが、粗い画素間隔で探索するために、必ずしも最適な位置が得られる保証がないという問題がある。   The Coarse-to-fine method can perform image search processing at a higher speed than the full search method, but there is a problem that there is no guarantee that an optimum position can be obtained because the search is performed with a rough pixel interval.

また、GEA法も同様に、フルサーチ法より高速に画像検索処理が実施できるが、sea距離若しくはmsea距離が小さい位置が、必ずしもSADmin,1からSADmin,tなる位置とは限らないため、必ずしも最適な位置が得られる保証がないという問題がある。 Similarly, the GEA method can perform image search processing at a higher speed than the full search method, but the position where the sea distance or the msea distance is small is not necessarily a position from SAD min, 1 to SAD min, t . There is a problem that there is no guarantee that the optimum position can be obtained.

また、ITE 法では、最適な1箇所を検出する処理が想定されている為、sea距離若しくはmsea距離が最も小さい位置でのSADが、SADmin,tより小さい値をとる場合、当該値より大きい値であるSADmin,tをとる位置が得られないという問題がある。 Further, in the ITE method, since processing for detecting one optimum place is assumed, when the SAD at the position where the sea distance or the msea distance is the smallest takes a value smaller than SAD min, t , it is larger than the value. There is a problem that a position where the value SAD min, t is taken cannot be obtained.

また、SSDA法ではssda距離を、SEA法ではsea距離を、MSEA法ではmsea距離を、各々それまでの検索で得られたSADmin,tと比較して、この検索位置での計算処理の途中での打ち切り若しくはSADの計算を回避することにより、より少ない計算処理で最適な類似位置の検索が可能となる。したがって、最小となるSADの値が小さいほど、より効率的に処理量が削減されることになる。 Further, the SSDA method compares the ssda distance, the SEA method the sea distance, and the MSEA method the msea distance with the SAD min, t obtained by the previous search. By avoiding the censoring or SAD calculation, it is possible to search for an optimal similar position with less calculation processing. Therefore, the smaller the SAD value that is minimized, the more efficiently the processing amount is reduced.

しかしながら、SADmin,tが正しく得られる検索位置が検索対象画像中のどこに存在するかは不明のため、検索開始位置に近い場所でSADmin,tが得られれば、その後の検索位置での計算の打ち切り回数や削減量がより多くなるが、SADmin,tが得られる位置が検索開始位置から遠くなるほど、その後の検索位置での計算の打ち切り回数や削減量は少なくなる。そのため、どの程度SADの計算を打ち切り若しくはスキップできるかは、検索対象画像およびテンプレート画像に依存しており、適用例によってはあまり高速な画像検索処理を実現できないという問題がある。 However, since it is unclear where the search position where the SAD min, t can be obtained correctly exists in the search target image, if SAD min, t is obtained near the search start position, the calculation at the subsequent search position is performed. However, as the position where SAD min, t is obtained is farther from the search start position, the number of times or the amount of reduction is reduced at the subsequent search position. Therefore, the degree to which SAD calculation can be aborted or skipped depends on the search target image and the template image, and there is a problem that it is not possible to realize a very high-speed image search process depending on the application example.

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、高速かつ高精度でテンプレート画像に類似する画像領域を検索することができる画像検索装置、画像検索方法およびプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an image search device, an image search method, and a program that can search an image region similar to a template image at high speed and high accuracy. Objective.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の画像検索装置は、検索対象画像に対する、テンプレート画像による検索位置を移動させつつ、各検索位置における前記検索対象画像と前記テンプレート画像との類似度を示す第1の類似度を算出する第1の算出手段と、前記第1の算出手段によって算出された前記第1の類似度のうち、類似度が高い方から順に所定の個数の第1の類似度について、前記所定の個数の第1の類似度それぞれが算出された前記検索位置を特定する特定手段と、前記特定手段によって特定された前記検索位置に対して、前記第1の類似度より算出精度が高い第2の類似度を算出する第2の算出手段と、前記第2の算出手段によって算出された前記第2の類似度を閾値の初期値として、前記検索対象画像に対する前記テンプレート画像による検索を行う検索手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the image search apparatus according to claim 1, the similarity between the search target image and the template image at each search position is moved while the search position of the template image is moved with respect to the search target image. A first calculating means for calculating a first similarity indicating a predetermined number of first similarities calculated from the first similarity calculated by the first calculating means in descending order of similarity. With respect to the similarity, the specifying means for specifying the search position where each of the predetermined number of first similarities is calculated, and the search position specified by the specifying means, based on the first similarity A second calculation unit that calculates a second similarity with high calculation accuracy; and the second similarity calculated by the second calculation unit is used as an initial value of a threshold value, and the test for the search target image is performed. A search unit for searching by plate image, characterized by comprising a.

請求項1に記載の画像検索装置によれば、第1の算出手段により、検索対象画像に対する、テンプレート画像による検索位置を移動させつつ、各検索位置における前記検索対象画像と前記テンプレート画像との類似度を示す第1の類似度が算出される。また、本発明では、特定手段により、前記第1の算出手段によって算出された前記第1の類似度のうち、類似度が高い方から順に所定の個数の第1の類似度について、前記所定の個数の第1の類似度それぞれが算出された前記検索位置が特定される。さらに、本発明では、第2の算出手段により、前記特定手段によって特定された前記検索位置に対して、前記第1の類似度より算出精度が高い第2の類似度が算出される。なお、上記所定の個数は、複数の個数であっても1個のみであっても良い。   According to the image search device of claim 1, the first calculation unit moves the search position of the template image with respect to the search target image, and the similarity between the search target image and the template image at each search position. A first similarity indicating the degree is calculated. Further, in the present invention, the specific unit calculates the predetermined number of first similarities in order from the highest similarity among the first similarities calculated by the first calculating unit. The search position where each of the number of first similarities is calculated is specified. Further, in the present invention, the second calculation means calculates a second similarity with higher calculation accuracy than the first similarity for the search position specified by the specifying means. The predetermined number may be a plurality of numbers or only one.

そして、本発明では、検索手段により、前記第2の算出手段によって算出された前記第2の類似度を閾値の初期値として、前記検索対象画像に対する前記テンプレート画像による検索が行われる。   In the present invention, the search unit searches the template image for the search target image using the second similarity calculated by the second calculation unit as an initial threshold value.

このように、請求項1に記載の画像検索装置によれば、検索対象画像に対するテンプレート画像による検索位置を移動させつつ、各検索位置における検索対象画像とテンプレート画像との類似度を示す第1の類似度を算出し、算出した第1の類似度のうち、類似度が高い方から順に所定の個数の第1の類似度について、前記所定の個数の第1の類似度それぞれが算出された検索位置を特定し、特定した検索位置に対して、第1の類似度より算出精度が高い第2の類似度を算出し、算出した第2の類似度を閾値の初期値として画像検索を行うことにより、第2の類似度より算出精度が低く、高速に算出することができる第1の類似度を用いて、検索開始時からより速い段階で類似度の計算の打ち切りや、より少ない計算処理および比較回数で類似度の計算をするか、検索位置をスキップするか否かの判定ができるようになるため、高速かつ高精度でテンプレート画像に類似する画像領域を検索することができる、という効果を奏する。   As described above, according to the image search device of the first aspect, the search position based on the template image with respect to the search target image is moved, and the first degree indicating the similarity between the search target image and the template image at each search position. A search in which the predetermined number of first similarities are calculated for a predetermined number of first similarities in order from the highest similarity among the calculated first similarities. A position is specified, a second similarity having a higher calculation accuracy than the first similarity is calculated for the specified search position, and an image search is performed using the calculated second similarity as an initial value of a threshold value. By using the first similarity that is lower in calculation accuracy than the second similarity and can be calculated at high speed, the calculation of the similarity is terminated at a faster stage from the start of the search, and less calculation processing and Kind by comparison number Or calculations degree, order to be able to judge whether to skip the search position can search for the image area similar to the template image at high speed with high accuracy, an effect that.

なお、本発明に係る画像検索装置において、請求項2に記載したように、前記第1の類似度は、sea距離およびmsea距離の少なくとも一方であり、前記第2の類似度は、SADであるようにしても良い。これにより、第1の類似度としてsea距離およびmsea距離より演算負荷が大きい類似度を用いる場合に比較して、高速でテンプレート画像に類似する画像領域を検索することができる、という効果を奏する。   In the image search device according to the present invention, as described in claim 2, the first similarity is at least one of a sea distance and an msea distance, and the second similarity is SAD. You may do it. Thereby, compared with the case where the similarity having a larger calculation load than the sea distance and the msea distance is used as the first similarity, an image region similar to the template image can be searched at high speed.

また、本発明に係る画像検索装置において、請求項3に記載したように、前記第1の類似度は、mnccであり、前記第2の類似度は、NCCであるようにしても良い。これにより、第1の類似度としてmnccより演算負荷が大きい類似度を用いる場合に比較して、高速でテンプレート画像に類似する画像領域を検索することができる、という効果を奏する。   Further, in the image search device according to the present invention, as described in claim 3, the first similarity may be mncc, and the second similarity may be NCC. This produces an effect that an image region similar to the template image can be searched at a higher speed than when the similarity having a calculation load larger than mncc is used as the first similarity.

また、本発明に係る画像検索装置において、請求項4に記載したように、前記検索対象画像および前記テンプレート画像の積分画像、または前記検索対象画像および前記テンプレート画像の2乗値の積分画像を算出する画像算出手段をさらに備え、前記第1の算出手段および前記第2の算出手段の少なくとも一方は、前記画像算出手段によって算出された前記積分画像の類似度を算出するようにしても良い。これにより、上記積分画像を適用しない場合に比較して、高速でテンプレート画像に類似する画像領域を検索することができる、という効果を奏する。   In the image search device according to the present invention, as described in claim 4, an integral image of the search target image and the template image, or an integral image of a square value of the search target image and the template image is calculated. The image calculation means may be further provided, and at least one of the first calculation means and the second calculation means may calculate the degree of similarity of the integral image calculated by the image calculation means. Thereby, compared with the case where the said integral image is not applied, there exists an effect that the image area | region similar to a template image can be searched at high speed.

一方、上記目的を達成するために、請求項5に記載の画像検索方法は、検索対象画像に対する、テンプレート画像による検索位置を移動させつつ、各検索位置における前記検索対象画像と前記テンプレート画像との類似度を示す第1の類似度を算出する第1の算出ステップと、前記第1の算出ステップによって算出した前記第1の類似度のうち、類似度が高い方から順に所定の個数の第1の類似度について、前記所定の個数の第1の類似度それぞれが算出された前記検索位置を特定する特定ステップと、前記特定ステップによって特定した前記検索位置に対して、前記第1の類似度より算出精度が高い第2の類似度を算出する第2の算出ステップと、前記第2の算出ステップによって算出した前記第2の類似度を閾値の初期値として、前記検索対象画像に対する前記テンプレート画像による検索を行う検索ステップと、を備えている。   On the other hand, in order to achieve the above object, the image search method according to claim 5 is configured to move the search position of the template image with respect to the search target image, while moving the search target image and the template image at each search position. Among a first calculation step for calculating a first similarity degree indicating a similarity degree and the first similarity degree calculated in the first calculation step, a predetermined number of first numbers in order from the highest similarity degree. For the similarity, the specifying step for specifying the search position where each of the predetermined number of first similarities is calculated, and the search position specified by the specifying step, based on the first similarity A second calculation step for calculating a second similarity having a high calculation accuracy, and the second similarity calculated in the second calculation step as an initial value of a threshold value. And a, a search step of performing a search by the template image against the target image.

従って、請求項5に記載の画像検索方法によれば、請求項1に記載の発明と同様に作用するので、請求項1に記載の発明と同様に、高速かつ高精度でテンプレート画像に類似する画像領域を検索することができる、という効果を奏する。   Therefore, according to the image search method of the fifth aspect, since it operates in the same manner as the first aspect of the invention, it is similar to the template image at high speed and with high accuracy, similar to the first aspect of the invention. There is an effect that the image area can be searched.

一方、上記目的を達成するために、請求項6に記載のプログラムは、コンピュータを、請求項1乃至4の何れか1項記載の画像検索装置として機能させる。   On the other hand, in order to achieve the above object, a program according to a sixth aspect causes a computer to function as the image retrieval apparatus according to any one of the first to fourth aspects.

従って、請求項6に記載のプログラムによれば、コンピュータを本発明の画像検索装置と同様に作用させることができるので、当該画像検索装置と同様に、高速かつ高精度でテンプレート画像に類似する画像領域を検索することができる、という効果を奏する。   Therefore, according to the program of the sixth aspect, since the computer can be operated in the same manner as the image search apparatus of the present invention, an image similar to the template image at high speed and with high accuracy as in the image search apparatus. There is an effect that a region can be searched.

本発明によれば、高速かつ高精度でテンプレート画像に類似する画像領域を検索することができる、という効果が得られる。   According to the present invention, it is possible to retrieve an image region similar to a template image at high speed and with high accuracy.

実施の形態に係る画像検索装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image search device which concerns on embodiment. 実施の形態に係る画像検索装置の動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of operation | movement of the image search device which concerns on embodiment. 図2に示すステップS2における処理の詳細動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the detailed operation | movement of the process in step S2 shown in FIG. 従来技術による画像検索の処理動作(SEA法)の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the processing operation (SEA method) of the image search by a prior art. 従来技術による画像検索の処理動作(MSEA法)の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the processing operation (MSEA method) of the image search by a prior art. 従来技術における画像検索の処理動作の説明に供する模式図である。It is a schematic diagram with which it uses for description of the processing operation of the image search in a prior art.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る画像検索装置を説明する。図1は本実施の形態の構成を示すブロック図である。図1において、符号100は、コンピュータ装置で構成され、検索対象画像内でテンプレート画像と類似している画像領域を検索する画像検索装置である。画像検索装置100は、入力部10、初期閾値設定部20、画像検索部30および出力部40を含んで構成される。   Hereinafter, an image search apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the present embodiment. In FIG. 1, reference numeral 100 denotes an image search device that is configured by a computer device and searches an image region similar to a template image in a search target image. The image search apparatus 100 includes an input unit 10, an initial threshold setting unit 20, an image search unit 30, and an output unit 40.

入力部10は、検索対象画像を示す画像情報(以下、検索対象画像情報という。)と、検索対象画像上にて検索したい画像であるテンプレート画像を示す画像情報(以下、テンプレート画像情報という。)とを入力する。この際の入力方法は任意であり、有線通信や無線通信により外部装置から入力しても良く、画像検索装置100に記録媒体を接続して当該記録媒体から入力しても良い。   The input unit 10 includes image information indicating a search target image (hereinafter referred to as search target image information) and image information indicating a template image that is an image to be searched on the search target image (hereinafter referred to as template image information). Enter. The input method at this time is arbitrary, and may be input from an external device by wired communication or wireless communication, or may be input from the recording medium by connecting the recording medium to the image search apparatus 100.

初期閾値設定部20は、入力部10により入力された検索対象画像情報が示す検索対象画像上に、同じく入力部10により入力されたテンプレート画像情報が示すテンプレート画像と同じ大きさの検索対象領域(検索位置)を設定し、テンプレート画像による検索位置を移動させつつ、各検索位置における検索対象画像とテンプレート画像との類似度を示す第1の類似度を算出する。   The initial threshold setting unit 20 has a search target area (the same size as the template image indicated by the template image information input by the input unit 10) on the search target image indicated by the search target image information input by the input unit 10. Search position) is set, and the first similarity indicating the similarity between the search target image and the template image at each search position is calculated while moving the search position based on the template image.

初期閾値設定部20は、第1の類似度を算出する際、例えば検索対象画像の左上隅の座標(0,0)から検索位置を1画素ずつ移動させつつ、各検索位置における検索対象画像とテンプレート画像との第1の類似度を計算する。なお、この際の検索位置の開始位置は検索対象画像の左上隅に限らず、右上隅、左下隅、右下隅等、検索対象画像の何れの位置も採り得る。   When calculating the first similarity, the initial threshold setting unit 20 moves the search position pixel by pixel from the coordinates (0, 0) of the upper left corner of the search target image, for example, and the search target image at each search position. A first similarity with the template image is calculated. Note that the start position of the search position at this time is not limited to the upper left corner of the search target image, but may be any position of the search target image such as the upper right corner, the lower left corner, or the lower right corner.

初期閾値設定部20は、算出した第1の類似度のうち、最も類似していることを示す値から予め定められた順位で類似していることを示す値までの類似度が算出された検索位置を特定する。なお、本実施の形態では、上記予め定められた順位Tとして、1以上の整数を適用する。   The initial threshold value setting unit 20 calculates the similarity from the calculated first similarity to the value indicating the similarity from the value indicating the most similar to the value indicating the similarity in a predetermined order. Identify the location. In the present embodiment, an integer of 1 or more is applied as the predetermined order T.

そして、初期閾値設定部20は、特定した検索位置における第2の類似度を算出する。   Then, the initial threshold setting unit 20 calculates the second similarity at the specified search position.

さらに、初期閾値設定部20は、Tが1でない場合には、算出したT個の第2の類似度を類似の度合いが高い順にソーティングした後、算出した第2の類似度の値を画像検索部30に出力する。なお、出力した第2の類似度の値は、画像検索部30による検索時に各種判定処理の初期閾値として用いられる。以下では、錯綜を回避するため、順位Tが2以上である場合について説明する。   Further, if T is not 1, the initial threshold setting unit 20 sorts the calculated T second similarities in descending order of similarity, and then searches the calculated second similarity values for an image search. To the unit 30. Note that the output second similarity value is used as an initial threshold value for various determination processes when the image search unit 30 performs a search. Below, in order to avoid complication, the case where the order | rank T is 2 or more is demonstrated.

本実施形態に係る第1の類似度および第2の類似度は、以下の(A)および(B)に示す条件の何れか一方が成り立つものである。
(A)演算負荷:「第1の類似度」<「第2の類似度」
(B)算出精度:「第1の類似度」<「第2の類似度」
The first similarity and the second similarity according to this embodiment satisfy either one of the following conditions (A) and (B).
(A) Calculation load: “first similarity” <“second similarity”
(B) Calculation accuracy: “first similarity” <“second similarity”

なお、第1の類似度および第2の類似度は、上記(A)及び(B)の双方の条件が成り立つものであってもよい。以下、本実施形態では、第1の類似度および第2の類似度が上記(A)及び(B)の双方の条件を満たすものとして説明する。   The first similarity and the second similarity may satisfy both the above conditions (A) and (B). Hereinafter, in the present embodiment, description will be made assuming that the first similarity and the second similarity satisfy both the conditions (A) and (B).

本実施の形態では、第1の類似度として前述したsea距離およびmsea距離を用いており(msea距離において分割数が0(零)の場合がsea距離である)、第2の類似度として前述したSADを用いている。   In the present embodiment, the above-described sea distance and msea distance are used as the first similarity (the sea distance is when the number of divisions is 0 (zero) in the msea distance), and the second similarity is described above. SAD is used.

なお、第1および第2の類似度は、値が小さいほど、類似していることを意味する。よって、各類似度において最も類似している画像領域とは、検索対象画像とテンプレート画像との間のsea距離、msea距離ないしSADが最小となる画像領域を意味する。同様に、各類似度においてT番目に類似している画像領域とは、検索対象画像とテンプレート画像との間のsea距離、msea距離ないしSADがT番目に小さい値となる画像領域を意味する。   The first and second similarities mean that the smaller the value, the more similar. Therefore, the image region that is most similar in each similarity means an image region in which the sea distance, msea distance, or SAD between the search target image and the template image is minimized. Similarly, the T-th similar image region in each similarity means an image region in which the sea distance, msea distance or SAD between the search target image and the template image is the T-th smallest value.

また、初期閾値設定部20は、検索対象画像内の各検索位置における第1の類似度を計算する際に、検索対象画像に対する積分画像とテンプレート画像に対する積分画像とをそれぞれ生成し、生成した各々の積分画像を用いて計算しても良い。   Further, when calculating the first similarity at each search position in the search target image, the initial threshold setting unit 20 generates an integrated image for the search target image and an integrated image for the template image, respectively. You may calculate using the integral image of.

一方、画像検索部30は、初期閾値設定部20から入力した第2の類似度を初期閾値として、検索対象画像に対するテンプレート画像による画像検索を行う。この際、画像検索部30は、第2の類似度の値を、最も小さい値からT番目に小さい値までのT個の初期閾値として設定し、検索対象画像においてテンプレート画像と同じ大きさの画像領域を切り出し、この切り出した画像領域(検索位置)において、予め定められた類似度を用いて画像検索を実行する。   On the other hand, the image search unit 30 performs an image search with a template image for the search target image using the second similarity input from the initial threshold setting unit 20 as an initial threshold. At this time, the image search unit 30 sets the second similarity value as T initial threshold values from the smallest value to the Tth smallest value, and an image having the same size as the template image in the search target image. An area is cut out, and an image search is executed using a predetermined similarity in the cut out image area (search position).

例えば、検索方法としてSSDA法を用いる場合、テンプレート画像と検索対象画像における検索位置との間の類似度の計算途中のssda距離と、それまで検索して得られたT番目に類似の度合いが高い閾値(SADmin,t)とを比較し、ssda距離が当該閾値より大きい場合は、そのときの検索位置をスキップする。この検索位置において、一度もスキップせず類似度の計算を終えた場合は、最後に得られた類似度(ssda距離=SAD)とそれまで検索して得られたT番目に類似の度合いが高い閾値とを比較し、計算した類似度が当該閾値より小さい値である場合のみ、当該閾値を破棄し、計算した類似度を新たに閾値として追加し、T個の閾値をソートして最も類似の度合いが高い閾値からT番目に類似の度合いが高い閾値までをSADmin,1からSADmin,tまでのT個の閾値として新たに設定する。 For example, when the SSDA method is used as a search method, the ssda distance in the middle of calculating the similarity between the template image and the search position in the search target image, and the Tth similarity degree obtained so far are the highest. The threshold value (SAD min, t ) is compared, and if the ssda distance is larger than the threshold value, the search position at that time is skipped. In this search position, when the calculation of the similarity is completed without skipping, the similarity obtained at the end (ssda distance = SAD) and the T-th similarity obtained so far are the highest. Only when the calculated similarity is smaller than the threshold, the threshold is discarded, the calculated similarity is newly added as a threshold, and the T thresholds are sorted to obtain the most similar The threshold from the highest degree to the threshold having the highest T-th similarity is newly set as T thresholds from SAD min, 1 to SAD min, t .

また、検索方法としてフルサーチ法を用いた場合は、テンプレート画像と検索対象画像における検索位置と間のSADをT番目に類似の度合いが高い閾値(SADmin,t)と比較し、SADが当該閾値より大きい値である場合は、そのときの検索位置をスキップする。そうでない場合は、T番目に類似の度合いが高い閾値(SADmin,t)を破棄し、計算したSADを新たに閾値として追加し、T個の閾値をソートして最も類似の度合いが高い閾値からT番目に類似の度合いが高い閾値までをSADmin,1からSADmin,tまでのT個の閾値として新たに設定する。この処理を検索対象画像上で検索位置をずらしながら繰り返し、テンプレート画像との間の類似度の、最も類似の度合いが高い値からT番目に類似の度合いが高い値までに対応するT個の検索位置を、検索対象画像内でテンプレート画像と類似しているT箇所の画像領域として検索する。 Further, when the full search method is used as the search method, the SAD between the template image and the search position in the search target image is compared with a threshold (SAD min, t ) having the highest T-th similarity, and the SAD If the value is larger than the threshold, the search position at that time is skipped. Otherwise, the threshold value (SAD min, t ) having the highest T-th similarity is discarded, the calculated SAD is newly added as a threshold value, and the T threshold values are sorted to obtain the highest similarity threshold value. To the Tth threshold having the highest degree of similarity is newly set as T thresholds from SAD min, 1 to SAD min, t . This process is repeated while shifting the search position on the search target image, and T searches corresponding to the T-th highest similarity value from the highest similarity level to the template image are performed. The position is searched for as T image areas similar to the template image in the search target image.

また、検索手法としてSEA法若しくはMSEA法を用いる場合、テンプレート画像と検索対象画像における検索位置との間の各分割段階での類似度(sea距離若しくはmsea距離)を計算し、計算した類似度とそれまでの検索で得られたT番目に類似の度合いが高い閾値(SADを用いた場合はSADmin,t)とを比較することにより、その時点の検索対象画像の検索位置についてテンプレート画像との詳細な類似度(SAD)を計算するか否かを決定する。このとき、各検索位置において、最終段階での類似度がそれまでの検索で得られた類似度の最も類似の度合いが高い閾値よりも類似の度合いが高い場合には上記詳細な類似度を計算し、この類似度がそれまでの検索で得られているT番目に類似の度合いが高い閾値よりも値が小さい場合のみ、当該閾値を破棄し、計算した上記詳細な類似度を新たに閾値として追加した後、T個の閾値をソートして最も類似の度合いが高い値からT番目に類似の度合いが高い値までをSADmin,1からSADmin,tとして新たに設定する。この処理を検索対象画像上で検索位置をずらしながら繰り返し、テンプレート画像との上記詳細な類似度が最も類似の高い値からT番目に類似の度合いが高い値までに対応するT個の検索位置を、検索対象画像内でテンプレート画像と最も類似している画像領域として検索する。 In addition, when the SEA method or the MSEA method is used as a search method, the similarity (sea distance or msea distance) at each division stage between the template image and the search position in the search target image is calculated, and the calculated similarity By comparing the threshold value (SAD min, t when SAD is used) with the T-th highest similarity obtained in the previous search, the search position of the search target image at that time is compared with the template image. It is determined whether to calculate a detailed similarity (SAD). At this time, if the similarity at the final stage is higher than the threshold with the highest similarity of the similarities obtained in the previous search, the above detailed similarity is calculated. The threshold is discarded only when the similarity is smaller than the threshold having the highest T-th similarity obtained in the previous search, and the calculated detailed similarity is newly set as the threshold. After the addition, T threshold values are sorted, and a value from the highest similarity level to the T-th highest similarity level is newly set as SAD min, 1 to SAD min, t . This process is repeated while shifting the search position on the search target image, and T search positions corresponding to the T-th highest similarity value from the value with the highest similar similarity to the template image are described. The search is performed as an image area most similar to the template image in the search target image.

出力部40は、画像検索部30による検索結果、すなわち、検索対象画像内でテンプレート画像と類似している画像領域を示す情報を出力する。なお、この画像領域を示す情報は、検索対象画像内におけるテンプレート画像と類似している画像領域の、検索対象画像内における位置を示す情報としても良い。この位置を示す情報は、例えば当該画像領域の検索対象画像における左上隅の座標値を例示することができる。   The output unit 40 outputs a search result by the image search unit 30, that is, information indicating an image region similar to the template image in the search target image. The information indicating the image area may be information indicating the position in the search target image of an image area similar to the template image in the search target image. The information indicating this position can exemplify, for example, the coordinate value of the upper left corner in the search target image of the image area.

次に、図2を参照して、本実施の形態に係る画像検索装置100の処理動作を説明する。図2は、本実施の形態に係る画像検索装置100の処理動作の流れを示すフローチャートである。   Next, the processing operation of the image search device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing operations of the image search apparatus 100 according to the present embodiment.

まず、入力部10は、検索対象画像情報を入力する。そして、入力部10は、検索クエリーであるテンプレート画像情報を入力する(ステップS1)。双方の画像情報が入力された後、初期閾値設定部20は、入力部10により入力したテンプレート画像情報により示されるテンプレート画像に対して、第1の類似度の値が最も類似していることを示す値(最小値)から予め定められた順位Tで類似していることを示す値までのT個の第1の類似度となる検索位置を特定する(ステップS2)。   First, the input unit 10 inputs search target image information. Then, the input unit 10 inputs template image information that is a search query (step S1). After both pieces of image information are input, the initial threshold value setting unit 20 determines that the first similarity value is the most similar to the template image indicated by the template image information input by the input unit 10. The search positions that are T first similarities from the indicated value (minimum value) to the value indicating similarity at a predetermined rank T are specified (step S2).

次に、初期閾値設定部20は、特定したT個の検索位置における第2の類似度を求め、そして、T個の第2の類似度をソーティングし、最も値が小さい第2の類似度からT番目に値が小さい第2の類似度までのT個の値を画像検索部30に対して出力する(ステップS3)。   Next, the initial threshold value setting unit 20 obtains the second similarity at the specified T search positions, sorts the T second similarity, and starts from the second similarity having the smallest value. T values up to the second similarity with the Tth smallest value are output to the image search unit 30 (step S3).

続いて、画像検索部30は、初期閾値設定部20から入力したT個の値を初期閾値として、この初期閾値を用いて画像検索処理を行い、T個の画像領域を類似箇所として検出する(ステップS4)。   Subsequently, the image search unit 30 uses the T values input from the initial threshold value setting unit 20 as an initial threshold value, performs an image search process using the initial threshold value, and detects T image regions as similar parts ( Step S4).

出力部40は、画像検索部30により検出された類似箇所を検索結果として出力する(ステップS5)。   The output unit 40 outputs the similar part detected by the image search unit 30 as a search result (step S5).

以上の処理動作により、本実施の形態に係る画像検索装置100は、検索対象画像内においてテンプレート画像と類似しているT個の画像領域を検索することができる。なお、出力部40により出力される検索結果は、T個の画像領域を出力するものに限定されず、テンプレート画像に最も類似している1個の画像領域を出力するものとしても良い。また、出力部40は、画像領域を出力する際、表示装置(図示省略。)に検索対象画像を表示させると共に、表示させた検索対象画像上に、テンプレート画像と類似しているT個の画像領域を、例えば矩形状の枠で表示させても良い。   With the above processing operation, the image search device 100 according to the present embodiment can search T image regions similar to the template image in the search target image. Note that the search result output by the output unit 40 is not limited to outputting T image areas, and may output one image area most similar to the template image. Further, when outputting the image region, the output unit 40 displays the search target image on a display device (not shown), and T images similar to the template image on the displayed search target image. For example, the region may be displayed with a rectangular frame.

次に、図3を参照して、図2に示すステップS2において実行される、初期閾値算出部20による処理について詳細に説明する。まず、初期閾値設定部20は、第1の類似度および第2の類似度を算出する際に画素値の積分値を高速に求めるため、テンプレート画像および検索対象画像から各々に対応する積分画像を作成する(ステップS20)。例えば、テンプレート画像aに対する積分画像aiの座標(i,j)における積分値ai(i,j)は、(14)式により算出する。   Next, with reference to FIG. 3, the process by the initial threshold value calculation unit 20 executed in step S2 shown in FIG. 2 will be described in detail. First, the initial threshold value setting unit 20 calculates an integral value of pixel values at a high speed when calculating the first similarity and the second similarity, so that an integral image corresponding to each of the template image and the search target image is obtained. Create (step S20). For example, the integral value ai (i, j) at the coordinates (i, j) of the integral image ai with respect to the template image a is calculated by the equation (14).

Figure 2013109658
…(14)
Figure 2013109658
... (14)

但し、a(0,0)=a(0,1)=a(1,0)=0である。   However, a (0, 0) = a (0, 1) = a (1, 0) = 0.

同様に、検索対象画像bに対する積分画像biの座標(i,j)における積分値bi(i,j)は、(15)式により算出する。   Similarly, the integral value bi (i, j) at the coordinates (i, j) of the integral image bi with respect to the search target image b is calculated by the equation (15).

Figure 2013109658
…(15)
Figure 2013109658
... (15)

但し、b(0,0)=b(0,1)=b(1,0)=0である。   However, b (0,0) = b (0,1) = b (1,0) = 0.

次に、初期閾値設定部20は、検索対象画像上にテンプレート画像と同じ大きさの領域(検索位置)を設定し、例えば左上隅の座標(0,0)から検索位置を1画素ずつ移動させながら、各検索位置における検索対象画像とテンプレート画像との間の第1の類似度を計算する(ステップS21)。この第1の類似度は、画像検索部30における閾値検索向けの類似度であり、sea距離を示す(2)式や、msea距離を示す(7)式などを利用する。なお、以下のステップでは、sea距離および1段階目のmsea距離を利用する場合について説明する。   Next, the initial threshold value setting unit 20 sets an area (search position) having the same size as the template image on the search target image, and moves the search position pixel by pixel from the coordinates (0, 0) of the upper left corner, for example. However, the first similarity between the search target image and the template image at each search position is calculated (step S21). This first similarity is a similarity for threshold search in the image search unit 30, and uses formula (2) indicating the sea distance, formula (7) indicating the msea distance, and the like. In the following steps, a case where the sea distance and the first stage msea distance are used will be described.

初期閾値設定部20は、検索対象画像の検索位置(c,d)におけるsea距離を算出する処理を行う。続いて、初期閾値設定部20は、このsea距離がそれまでの画像検索で得られたT番目に小さい閾値であるTHmin,t以上であるか否かを判定する(ステップS22)。本実施の形態では、本ステップS2の実行を始める前の初期値として、THmin,1からTHmin,tまでのT個の各閾値は十分に大きい値に設定されている。この判定の結果が、sea(c,d)≧THmin,tである場合、初期閾値設定部20は、検索位置(c,d)をスキップし、全ての位置での検索が終了しているか否かを判定する(ステップS26)。ステップS26で判定した結果が、全ての位置での検索が終了していない場合、初期閾値設定部20は、次の検索位置に移る(ステップS27)。 The initial threshold value setting unit 20 performs a process of calculating the sea distance at the search position (c, d) of the search target image. Subsequently, the initial threshold value setting unit 20 determines whether or not the sea distance is equal to or greater than TH min, t which is the Tth smallest threshold value obtained by the previous image search (step S22). In the present embodiment, each of the T threshold values from TH min, 1 to TH min, t is set to a sufficiently large value as an initial value before starting execution of step S2. If the result of this determination is sea (c, d) ≧ TH min, t , the initial threshold value setting unit 20 skips the search position (c, d), and has the search at all positions been completed? It is determined whether or not (step S26). If the result of determination in step S26 indicates that the search has not been completed at all positions, the initial threshold value setting unit 20 moves to the next search position (step S27).

一方、ステップS22の判定結果が、sea(c,d)≧THmin,tでない場合、初期閾値設定部20は、この検索位置で第1段階のmsea距離であるmsea(c,d)を(16)式により計算する(ステップS23)。 On the other hand, if the determination result in step S22 is not sea (c, d) ≧ TH min, t , the initial threshold setting unit 20 sets msea (c, d), which is the first stage msea distance at this search position ( 16) The calculation is performed according to the equation (step S23).

Figure 2013109658
…(16)
Figure 2013109658
... (16)

ここで、初期閾値設定部20は、各psea距離を高速に算出するために、先に作成した積分画像aiおよびbiを用いる。ここで、U1(k)<x≦U1(k+1)およびV1(k)<y≦V1(k+1)のpsea距離は、(17)式、(18)式および(19)式により算出する。   Here, the initial threshold value setting unit 20 uses the previously created integral images ai and bi in order to calculate each psea distance at high speed. Here, the psea distance of U1 (k) <x ≦ U1 (k + 1) and V1 (k) <y ≦ V1 (k + 1) is calculated by the equations (17), (18), and (19).

Figure 2013109658
…(17)
Figure 2013109658
... (17)

Figure 2013109658
…(18)
Figure 2013109658
... (18)

Figure 2013109658
…(19)
Figure 2013109658
... (19)

このU1(1),…,U2(3)は、第1段階のmsea距離を求める際のx軸方向の分割位置の各座標である。また、V1(1),…,V1(3)も、U1(1),…,U2(3)と同様に、第1段階のmsea距離を求める際のy軸方向の分割位置の座標である。   U1 (1),..., U2 (3) are the coordinates of the division position in the x-axis direction when obtaining the first stage msea distance. In addition, V1 (1),..., V1 (3) are also coordinates of the division position in the y-axis direction when obtaining the first stage msea distance, similarly to U1 (1),. .

次に、初期閾値設定部20は、計算したmsea距離がTHmin,t以上であるか否かを判定する(ステップS24)。この判定した結果がmsea(c,d)≧THmin,tである場合、初期閾値設定部20は、検索位置(c,d)をスキップし、次の検索位置に移る(ステップS26、S27)。一方、判定した結果がmsea(c,d)≧THmin,tでない場合(msea(c,d)<THmin,tの場合)、初期閾値設定部20は、THmin,tをこのmsea(c,d)に更新し、THmin,1からTHmin,tまでのT個をソートし、最小の値からT番目に小さい各閾値を再度THmin,1からTHmin,tとして設定する。 Next, the initial threshold value setting unit 20 determines whether or not the calculated msea distance is greater than or equal to TH min, t (step S24). When the determined result is msea (c, d) ≧ TH min, t , the initial threshold value setting unit 20 skips the search position (c, d) and moves to the next search position (steps S26 and S27). . On the other hand, when the determined result is not msea (c, d) ≧ TH min, t (when msea (c, d) <TH min, t ), the initial threshold setting unit 20 sets TH min, t to this msea ( c, d), T pieces from TH min, 1 to TH min, t are sorted, and the Tth smallest threshold value from the minimum value is set again as TH min, 1 to TH min, t .

また、初期閾値設定部20は、このときの検索位置(c,d)を記憶する(ステップS25)。初期閾値設定部20は、このような処理を検索対象画像における全ての検索位置で実行する(ステップS26、S27)。このようにして、検索対象画像における最後の検索位置まで検索が終了する。   Further, the initial threshold value setting unit 20 stores the search position (c, d) at this time (step S25). The initial threshold value setting unit 20 executes such processing at all search positions in the search target image (steps S26 and S27). In this way, the search is completed up to the last search position in the search target image.

次に、画像検索部30の処理動作(図2におけるステップS4の処理動作)の詳細を説明する。前述したように、ステップS3において、初期閾値設定部20は、THmin,1からTHmin,tまでに対応するT個の検索位置(c,d)において、SAD(c,d)を計算し、得られたT個のSADをソーティングし、画像検索部30に出力する。これを受けて、画像検索部30は、最も小さいSADからT番目に小さいSADであるSADmin,1からSADmin,tまでのT個の値を各々の初期閾値として設定する。画像検索部30は、このSADmin,1からSADmin,tまでのT個の値を閾値として用いて、検索対象画像に対する画像検索を各検索位置で実行する。 Next, details of the processing operation of the image search unit 30 (processing operation of step S4 in FIG. 2) will be described. As described above, in step S3, the initial threshold value setting unit 20 calculates SAD (c, d) at T search positions (c, d) corresponding to TH min, 1 to TH min, t. Then, the obtained T SADs are sorted and output to the image search unit 30. In response to this, the image search unit 30 sets T values from SAD min, 1 to SAD min, t , which are the Tth smallest SAD from the smallest SAD, as the initial threshold values. The image search unit 30 uses the T values from SAD min, 1 to SAD min, t as threshold values to execute an image search for the search target image at each search position.

画像検索部30は、例えば公知のMSEA法(図5参照)を用いて、画像検索処理を行う。ここで、画像検索部30は、SADmin,1からSADmin,tまでを閾値として用いることにより、計算処理量の削減が可能である画像検索方法であれば、MSEA法でない手法を適用しても良い。例えば、SEA法(図4参照)や前述したSSDA法により画像検索処理を実行してもよい。その後、画像検索部30は、SADmin,1からSADmin,tまでの値が得られた各検索位置(c,d)およびSADを検索結果として、出力部40を介して出力する。 The image search unit 30 performs an image search process using, for example, a known MSEA method (see FIG. 5). Here, if the image search unit 30 can reduce the amount of calculation processing by using SAD min, 1 to SAD min, t as a threshold, a method other than the MSEA method is applied. Also good. For example, the image search process may be executed by the SEA method (see FIG. 4) or the SSDA method described above. Thereafter, the image search unit 30 outputs each search position (c, d) and SAD from which values from SAD min, 1 to SAD min, t are obtained via the output unit 40 as a search result.

なお、以上の説明においては、全ての検索位置において、sea距離およびmsea距離の計算を行うが、SADを用いたフルサーチ法とは異なり、極めて少ない計算量で実行することが可能である。この場合、SEA法およびMSEA法での検索結果の出力とは、SADの計算を実施しない点が異なる。   In the above description, the sea distance and the msea distance are calculated at all search positions. However, unlike the full search method using SAD, the search can be executed with a very small calculation amount. In this case, the difference between the SEA method and the MSEA method is that the SAD calculation is not performed.

また、本実施の形態は、第1の類似度を算出する際にsea距離およびmsea距離の双方を用いているが、これに限定されず、sea距離およびmsea距離のいずれか一方のみを用いるようにしても良い。例えば、msea距離のみを用いる場合には、ステップS21及びS22の処理が省略される。一方、例えば、sea距離のみを用いる場合には、ステップS21及びS22の処理が省略され、ステップS23乃至S25においてmsea距離の代わりにsea距離が用いられる。   Further, although the present embodiment uses both the sea distance and the msea distance when calculating the first similarity, it is not limited to this, and only one of the sea distance and the msea distance is used. Anyway. For example, when only the msea distance is used, the processes in steps S21 and S22 are omitted. On the other hand, for example, when only the sea distance is used, the processes of steps S21 and S22 are omitted, and the sea distance is used instead of the msea distance in steps S23 to S25.

以上説明したように、本実施の形態に係る画像検索装置100は、初期閾値設定部20が、検索対象画像に対して第1の類似度を用いて、この第1の類似度が最も小さい値からT番目に小さい値までのT個の検索位置を検出する。そして、初期閾値設定部20が、これらの検索位置において、最終的な画像検索の判定に用いる第2の類似度であるSADを計算する。次に、初期閾値設定部20が、このT個のSADをソーティングし、最も値が小さいSADからT番目に値が小さいSADまでを決定する。そして、初期閾値設定部20は、決定したT個のSADを画像検索部30に出力する。画像検索部30は、初期閾値設定部20から入力したT個のSADについて、最も値が小さいSADからT番目に値が小さいSADを、それぞれSADmin,1からSADmin,tまでの初期閾値として設定し、設定した初期閾値を用いて検索対象画像内を検索し、複数の画像領域との類似度が最も類似の度合いが高いものからT番目に類似の度合いが高いものまでの画像領域を、検索対象画像内でテンプレート画像と類似している画像領域として検索する。 As described above, in the image search device 100 according to the present embodiment, the initial threshold value setting unit 20 uses the first similarity for the search target image, and the first similarity is the smallest value. T search positions from T to the Tth smallest value are detected. Then, the initial threshold setting unit 20 calculates SAD, which is the second similarity used for the final image search determination, at these search positions. Next, the initial threshold value setting unit 20 sorts the T SADs to determine from the SAD having the smallest value to the SAD having the smallest value. Then, the initial threshold setting unit 20 outputs the determined T SADs to the image search unit 30. For the T SADs input from the initial threshold setting unit 20, the image search unit 30 sets the SAD having the smallest value from the smallest SAD as the initial threshold value from SAD min, 1 to SAD min, t. Set and search within the search target image using the set initial threshold, and image regions from the highest similarity degree to the plurality of image areas to the T-th highest similarity degree, Search is performed as an image region similar to the template image in the search target image.

これにより、画像検索装置100は、検索対象画像内でテンプレート画像と類似している複数の画像領域を検索する場合に、より少ない階層および処理回数でSADを計算するか、その時点の検索位置をスキップするか否かの判定や、より少ない計算回数でのssda距離の計算の打ち切り等を可能とし、検索対象画像内でテンプレート画像と類似している画像領域を高速に検索することができる。   As a result, when searching for a plurality of image regions similar to the template image in the search target image, the image search device 100 calculates the SAD with a smaller number of layers and the number of processes, or sets the search position at that time. It is possible to determine whether or not to skip, to cancel the calculation of the ssda distance with a smaller number of calculations, and to search an image area similar to the template image in the search target image at high speed.

また、初期閾値設定部20において、矩形領域内の画素値の積算値を、積分画像を用いて計算することにより、sea距離およびmsea距離の高速な計算が可能である。   Further, the initial threshold setting unit 20 can calculate the sea distance and the msea distance at high speed by calculating the integrated value of the pixel values in the rectangular area using the integrated image.

また、前述した説明では、第1の類似度としてsea距離およびmsea距離の第1段階を用いたが、sea距離のみ、若しくはmsea距離の第2段階以降の距離を使用することも可能である。   In the above description, the first stage of the sea distance and the msea distance is used as the first similarity, but only the sea distance or the distance after the second stage of the msea distance can be used.

また、初期閾値設定部20において、検索位置を1画素ずつ移動させながら第1の類似度を計算したが、さらに高速化する為に、2画素以上の間隔で移動しながら第1の類似度を計算する事も可能である。   In addition, the initial threshold setting unit 20 calculates the first similarity while moving the search position pixel by pixel. However, to further increase the speed, the first similarity is calculated while moving at intervals of two or more pixels. It is also possible to calculate.

また、前述した説明では、T>1を想定しているが、T=1とすることで従来のITE法と同等の処理を実施する事も可能である。   In the above description, T> 1 is assumed, but by setting T = 1, it is possible to perform processing equivalent to the conventional ITE method.

また、前述した説明では、画素値の積分値を算出する際に積分画像を用いたが、当然ながら処理時間は増えるものの、都度画素値の加算処理を実行する手法も使用可能である。   In the above description, the integral image is used when calculating the integral value of the pixel value. However, although the processing time naturally increases, a method of executing the pixel value addition process every time can be used.

また、前述した説明では、画像検索部30の画像検索処理の方法としてMSEA法を用いたが、類似度の値(SADmin,t等)を閾値として用いることにより画像検索処理の高速化を図る画像検索処理の方法(SSDA法やSEA法等)であれば、本発明を適用することが可能である。 In the above description, the MSEA method is used as the image search processing method of the image search unit 30, but the image search processing speed is increased by using the similarity value (SAD min, t, etc.) as a threshold value. The present invention can be applied to any image search processing method (SSDA method, SEA method, etc.).

これらにより、従来手法より早い分割段階でSAD等の画像検索の最終結果の判定に用いる類似度の計算の途中打ち切りや、この類似度の計算を省略する回数が増加し、より高速な画像検索処理が可能となる。また、Coarse−to−fine法と異なり、画像検索部30で網羅的な検索を実行することで、必ず最適な結果を得ることが可能である。また、本発明による画像検索装置100は、画像検索のみならず、ブロックマッチング動き予測法の手法として、ビデオシーケンスの圧縮処理において、2つの隣り合う時間軸の画面上で現在処理中のブロックに最も近いブロックをサーチする目的にも利用可能である。   As a result, the number of times the similarity calculation used to determine the final result of the image search such as SAD is terminated at an earlier stage of division than the conventional method, and the number of times this similarity calculation is omitted is increased, resulting in faster image search processing. Is possible. In addition, unlike the coarse-to-fine method, it is always possible to obtain an optimum result by executing an exhaustive search by the image search unit 30. Further, the image search apparatus 100 according to the present invention is not only used for image search, but also as a block matching motion prediction method. In the video sequence compression process, the image search apparatus 100 applies the most to the block currently being processed on two adjacent time axis screens. It can also be used to search for nearby blocks.

また、前述した説明では、初期閾値設定部20において、画像間の類似性を判定する第1の類似度としてsea距離およびmsea距離を用い、画像検索部30における検索結果を判定する第2の類似度としてSADを用いたが、これらとは異なる類似度や判定基準を用いることも可能である。   In the above description, the initial threshold setting unit 20 uses the sea distance and the msea distance as the first similarity for determining the similarity between images, and the second similarity for determining the search result in the image search unit 30. SAD is used as the degree, but it is also possible to use a degree of similarity or a criterion different from these.

以下に、例えば、SADの代わりに正規化相関(NCC)を、sea距離およびmsea距離の代わりに、コーシー・シュワルツの不等式から得られるNCCの近似値を各々用いる場合の形態例について説明する。   In the following, for example, a normalized correlation (NCC) is used instead of SAD, and an NCC approximate value obtained from the Cauchy-Schwarz inequality is used instead of the sea distance and the msea distance.

なお、第1の類似度としてsea距離およびmsea距離を用いる場合と異なり、第1の類似度としてNCCを用いる場合、第1の類似度は、NCCの値が大きいほど、類似していることを意味する。   Unlike the case where the sea distance and the msea distance are used as the first similarity, when the NCC is used as the first similarity, the first similarity is more similar as the NCC value is larger. means.

NCCの値は、以下の(20)式で与えられる。   The value of NCC is given by the following equation (20).

Figure 2013109658
…(20)
ここで、
Figure 2013109658
... (20)
here,

Figure 2013109658
…(21)
Figure 2013109658
... (21)

Figure 2013109658
…(22)
Figure 2013109658
... (22)

Figure 2013109658
…(23)
である。また、ここで‖A‖は最初に一度計算すれば良く、また、‖B(c,d)‖は各検索箇所で1度計算すれば良く、それぞれ以後の計算は不要である。
Figure 2013109658
... (23)
It is. Here, ‖A‖ may be calculated once at the beginning, and ‖B (c, d) ‖ may be calculated once at each search location, and subsequent calculations are not required.

コーシー・シュワルツの不等式は、以下の(24)式で与えられる。   The Cauchy-Schwarz inequality is given by the following equation (24).

Figure 2013109658
…(24)
Figure 2013109658
... (24)

この場合、ψ(c,d)にコーシー・シュワルツの不等式を適用すると、以下の(25)式となる。   In this case, when the Cauchy-Schwarz inequality is applied to ψ (c, d), the following equation (25) is obtained.

Figure 2013109658
…(25)
Figure 2013109658
... (25)

第q段目に分割された状態から得られる値をmcclevelqとすると、 If the value obtained from the state divided in the q-th stage is mcc levelq ,

Figure 2013109658
…(26)
となるので、MSEA法の場合と同様に、
Figure 2013109658
... (26)
Therefore, as in the case of the MSEA method,

Figure 2013109658
…(27)
の関係が得られる。
Figure 2013109658
... (27)
The relationship is obtained.

上記値に、‖A‖と‖B(c,d)‖を用いて、検索位置のmncc(c,d)を以下の(28)式により計算する。   Using ‖A‖ and ‖B (c, d) ‖ as the above value, mncc (c, d) at the search position is calculated by the following equation (28).

Figure 2013109658
…(28)
Figure 2013109658
... (28)

従って、例えば前述の例における初期閾値設定部20における検索でのsea距離およびmsea距離の代わりに、mnccを第0段目から予め指定した段階までを利用して、最も大きいmnccからT番目に大きいmnccまでのT個の位置を検出し、この検出位置で得られるT個のNCCをソーティングして大きい順に1番目からT番目までのNCCの値を求め、各NCCの値を画像検索部30に出力し、画像検索部30で最も値が大きいNCCからT番目に値が大きいNCCまでを、NCCmax,1からNCCmax,tまでの初期閾値として設定し、これらのT個の閾値を用いて、画像検索部30において画像検索結果を判定する類似度としてNCCを用いて画像検索処理をすることにより、より少ない計算量で画像検索を実行することが可能となる。 Therefore, for example, instead of the sea distance and the msea distance in the search in the initial threshold setting unit 20 in the above-described example, the mncc is used from the 0th stage to the stage designated in advance, and the largest mncc to the Tth largest. T positions up to mncc are detected, T NCCs obtained at the detected positions are sorted to obtain the first to Tth NCC values in descending order, and each NCC value is stored in the image search unit 30. The image search unit 30 sets from the NCC having the largest value to the NCC having the largest value as the initial threshold value from NCC max, 1 to NCC max, t , and using these T threshold values. The image search is performed with a smaller calculation amount by performing image search processing using NCC as the similarity for determining the image search result in the image search unit 30. It becomes possible.

また、SADの計算時に事前に積分画像を作成しておくことで、各矩形領域内の値の加算(=積分)を高速に計算可能なことと同様に、事前に2乗値の積分画像を作成しておけば、容易に各矩形領域内の2乗値の加算(=積分)を計算することが可能となる。具体的には、テンプレート画像aに対する2乗値の積分画像ai2の座標(i,j)における積分値ai2(i,j)は、以下の(29)式により算出する。   Also, by creating an integral image in advance at the time of SAD calculation, it is possible to calculate a square-value integral image in advance in the same way that addition (= integration) of values in each rectangular area can be calculated at high speed. If created, the addition (= integration) of square values in each rectangular area can be easily calculated. Specifically, the integral value ai2 (i, j) at the coordinates (i, j) of the integral value ai2 of the square value with respect to the template image a is calculated by the following equation (29).

Figure 2013109658
…(29)
Figure 2013109658
... (29)

ただし、ai2(0,0)=ai2(1,0)=ai2(0,1)=0である。   However, ai2 (0,0) = ai2 (1,0) = ai2 (0,1) = 0.

同様に、検索対象画像bに対する2乗値の積分画像bi2の座標(i,j)における積分値bi2(i,j)は、以下の(30)式により算出される。   Similarly, the integral value bi2 (i, j) at the coordinate (i, j) of the integral image bi2 of the square value with respect to the search target image b is calculated by the following equation (30).

Figure 2013109658
…(30)
Figure 2013109658
... (30)

ただし、bi2(0,0)=bi2(1,0)=bi2(0,1)=0である。各座標値に囲まれた2乗積分値もSADを用いた場合の積分画像の例と同様の方法で求められる。   However, bi2 (0,0) = bi2 (1,0) = bi2 (0,1) = 0. The square integral value surrounded by each coordinate value is also obtained by the same method as the example of the integral image when SAD is used.

なお、本実施の形態では、検索対象画像およびテンプレート画像がグレイスケールの画像であるものとして説明したが、これに限定されず、検索対象画像およびテンプレート画像がカラー画像であっても良い。この場合、カラー画像情報におけるR(赤)、G(緑)、B(青)の原色毎に本実施の形態に記載の第1の類似度および第2の類似度を演算し、これら類似度を用いて画像検索時の初期閾値の算出等を行う。   In the present embodiment, the search target image and the template image are described as being grayscale images. However, the present invention is not limited to this, and the search target image and the template image may be color images. In this case, the first similarity and the second similarity described in the present embodiment are calculated for each primary color of R (red), G (green), and B (blue) in the color image information, and these similarities are calculated. Is used to calculate an initial threshold value at the time of image search.

また、本実施の形態に係る画像検索装置100が備えている入力部10、初期閾値設定部20、画像検索部30および出力部40という各構成は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。また、この各構成は、メモリおよびCPU(中央演算装置)により構成され、各構成の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。   In addition, each configuration of the input unit 10, the initial threshold setting unit 20, the image search unit 30, and the output unit 40 included in the image search device 100 according to the present embodiment is realized by dedicated hardware. It may also be realized by a memory and a microprocessor. In addition, each configuration may be configured by a memory and a CPU (central processing unit), and the function may be realized by loading a program for realizing the function of each configuration into the memory and executing the program. .

以上説明したように、本発明では、テンプレート画像および検索対象画像間で、演算負荷が小さい第1の類似度を用いて当該類似度が最も類似していることを示すものからT番目に類似していることを示すものまでの検索位置を特定し、特定した検索位置においてSAD等の最終的な画像検索処理結果の判定に用いる第2の類似度を計算し、このT個の第2の類似度をソーティングして、最も類似の度合いが高い値からT番目に類似の度合いが高い値までのT個の第2の類似度を画像検索の各種判定処理に閾値として用いる初期閾値として設定し、このT個の初期閾値を用いて再度通常の検索処理を検索開始位置から実行する。本実施の形態では、第1の類似度としてsea距離やmsea距離、若しくはコーシー・シュワルツの不等式から得られるNCCの近似値であるmnccを用い、さらにsea距離やmsea距離及びmnccを積分画像を用いて計算するようにした。   As described above, in the present invention, the template image and the search target image are similar to the Tth from the one that indicates that the similarity is the most similar using the first similarity with a small calculation load. A search position up to the one indicating that the image is detected, a second similarity used to determine a final image search processing result such as SAD is calculated at the specified search position, and the T second similarities are calculated. Sorting the degrees, and setting T second similarity degrees from the value with the highest degree of similarity to the value with the highest degree of similarity as the Tth as an initial threshold value used as a threshold value in various determination processes of image search, The normal search process is executed again from the search start position using the T initial threshold values. In the present embodiment, the first similarity is the sea distance, the msea distance, or the mncc that is an approximate value of NCC obtained from the Cauchy-Schwarz inequality, and the sea distance, the msea distance, and the mncc are further used as an integrated image. To calculate.

これにより、適切な検索位置で得られるSAD等の検索結果の判定に用いられる類似度の値と同等、若しくは当該類似度の値により近い値を、判定処理で閾値として用いる最も類似の度合いが高い値からT番目に類似の度合いが高い値までの初期閾値として設定して画像検索を実行することにより、検索開始時からより速い段階でのSAD等の類似度の計算の打ち切りや、より少ない計算処理および比較回数で類似度の計算をするか、検索位置をスキップするか否かの判定ができ、検索対象画像内でテンプレート画像と類似している画像領域をより高速に検索することができる。また、本発明による初期閾値を用いて網羅的な画像検索処理を実行することにより、Coarse−to−fine法やGEA法とは異なり、必ず最適な検索結果を得ることが可能になる。   As a result, the degree of similarity that is the same as the similarity value used for the determination of the search result such as SAD obtained at an appropriate search position or a value closer to the similarity value is used as a threshold value in the determination process is the highest degree of similarity. By executing an image search by setting an initial threshold value from the value to a value with the highest degree of similarity to the Tth, the calculation of the similarity degree such as SAD at the earlier stage from the start of the search is aborted, or fewer calculations are performed It is possible to determine whether the similarity is calculated by processing and the number of comparisons, or whether the search position is skipped, and an image area similar to the template image in the search target image can be searched at higher speed. In addition, by executing an exhaustive image search process using the initial threshold according to the present invention, it is possible to always obtain an optimal search result, unlike the coarse-to-fine method and the GEA method.

なお、本実施の形態に係る画像検索装置100の各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより画像検索処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。   It should be noted that a program for realizing the functions of the respective processing units of the image search apparatus 100 according to the present embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system. The image search process may be performed by executing. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。   The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

以上、この発明の実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within the scope not departing from the gist of the present invention. .

10 入力部
20 初期閾値設定部
30 画像検索部
40 出力部
100 画像検索装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Input part 20 Initial threshold value setting part 30 Image search part 40 Output part 100 Image search apparatus

Claims (6)

検索対象画像に対する、テンプレート画像による検索位置を移動させつつ、各検索位置における前記検索対象画像と前記テンプレート画像との類似度を示す第1の類似度を算出する第1の算出手段と、
前記第1の算出手段によって算出された前記第1の類似度のうち、類似度が高い方から順に所定の個数の第1の類似度について、前記所定の個数の第1の類似度それぞれが算出された前記検索位置を特定する特定手段と、
前記特定手段によって特定された前記検索位置に対して、前記第1の類似度より算出精度が高い第2の類似度を算出する第2の算出手段と、
前記第2の算出手段によって算出された前記第2の類似度を閾値の初期値として、前記検索対象画像に対する前記テンプレート画像による検索を行う検索手段と、
を備えたことを特徴とする画像検索装置。
First calculating means for calculating a first similarity indicating a similarity between the search target image and the template image at each search position while moving a search position of the template image with respect to the search target image;
Of the first similarities calculated by the first calculating means, the predetermined number of first similarities are calculated for a predetermined number of first similarities in descending order. Specifying means for specifying the search position,
Second calculation means for calculating a second similarity having higher calculation accuracy than the first similarity for the search position specified by the specifying means;
Search means for performing a search using the template image for the search target image, using the second similarity calculated by the second calculation means as an initial value of a threshold;
An image search apparatus comprising:
前記第1の類似度は、sea距離およびmsea距離の少なくとも一方であり、前記第2の類似度は、SADである
ことを特徴とする請求項1記載の画像検索装置。
The image search apparatus according to claim 1, wherein the first similarity is at least one of a sea distance and an msea distance, and the second similarity is SAD.
前記第1の類似度は、mnccであり、前記第2の類似度は、NCCである
ことを特徴とする請求項1記載の画像検索装置。
The image search apparatus according to claim 1, wherein the first similarity is mncc, and the second similarity is NCC.
前記検索対象画像および前記テンプレート画像の積分画像、または前記検索対象画像および前記テンプレート画像の2乗値の積分画像を算出する画像算出手段をさらに備え、
前記第1の算出手段および前記第2の算出手段の少なくとも一方は、前記画像算出手段によって算出された前記積分画像の類似度を算出する
請求項1から請求項3の何れか1項記載の画像検索装置。
An image calculating means for calculating an integral image of the search target image and the template image, or an integral image of a square value of the search target image and the template image;
The image according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of the first calculation unit and the second calculation unit calculates a similarity of the integral image calculated by the image calculation unit. Search device.
検索対象画像に対する、テンプレート画像による検索位置を移動させつつ、各検索位置における前記検索対象画像と前記テンプレート画像との類似度を示す第1の類似度を算出する第1の算出ステップと、
前記第1の算出ステップによって算出した前記第1の類似度のうち、類似度が高い方から順に所定の個数の第1の類似度について、前記所定の個数の第1の類似度それぞれが算出された前記検索位置を特定する特定ステップと、
前記特定ステップによって特定した前記検索位置に対して、前記第1の類似度より算出精度が高い第2の類似度を算出する第2の算出ステップと、
前記第2の算出ステップによって算出した前記第2の類似度を閾値の初期値として、前記検索対象画像に対する前記テンプレート画像による検索を行う検索ステップと、
を備えたことを特徴とする画像検索方法。
A first calculation step of calculating a first similarity indicating a similarity between the search target image and the template image at each search position while moving the search position of the template image with respect to the search target image;
Among the first similarities calculated in the first calculating step, the predetermined number of first similarities are calculated for a predetermined number of first similarities in descending order. A specifying step for specifying the search position;
A second calculation step of calculating a second similarity having a higher calculation accuracy than the first similarity with respect to the search position specified in the specifying step;
A search step of performing a search using the template image for the search target image, using the second similarity calculated in the second calculation step as an initial value of a threshold;
An image search method characterized by comprising:
コンピュータを、
請求項1乃至4の何れか1項記載の画像検索装置として機能させるためのプログラム。
Computer
The program for functioning as an image search device in any one of Claims 1 thru | or 4.
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