DE102020210732A1 - Method for measuring the relevance of image areas for decisions of an image classifier - Google Patents

Method for measuring the relevance of image areas for decisions of an image classifier Download PDF

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Abstract

Verfahren (100) zur Messung, inwieweit für die Entscheidung eines vorgegebenen Bildklassifikators (1) über die Zuordnung eines Eingabe-Bildes x zu einer oder mehreren Klassen (3a-3c) einer vorgegebenen Klassifikation (3) eine erste Teilmenge A der Pixel des vorgegebenen Eingabe-Bildes x, und/oder eines vom Bildklassifikator aus dem Eingabe-Bild x erzeugten Zwischenprodukts x', relevanter ist als eine zweite Teilmenge B der Pixel des gleichen Eingabe-Bildes x, bzw. des gleichen Zwischenprodukts x', mit den Schritten:• es wird eine Vielzahl von Abwandlungen x* des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', erzeugt (110), wobei diese Abwandlungen x* mindestens für alle Pixel der ersten Teilmenge A identisch mit dem Eingabe-Bild x, bzw. mit dem Zwischenprodukt x', sind und mindestens für alle Pixel der zweiten Teilmenge B gegenüber dem Eingabe-Bild x, bzw. gegenüber dem Zwischenprodukt x', verändert sind;• die Abwandlungen x* werden von dem Bildklassifikator (1) auf Zuordnungen (3*) zu einer oder mehreren Klassen (3a-3c) der vorgegebenen Klassifikation (3) abgebildet (120); diese ermittelten Zuordnungen (3*) werden zu einem Maß Sf(A)Bdafür zusammengeführt (130), wie relevant die Teilmenge A\B der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', für die Beurteilung des Eingabe-Bildes x durch den Bildklassifikator (1) ist.Method (100) for measuring the extent to which a first subset A of the pixels of the specified input is used for the decision of a specified image classifier (1) on the assignment of an input image x to one or more classes (3a-3c) of a specified classification (3). -image x, and/or an intermediate product x' generated by the image classifier from the input image x, is more relevant than a second subset B of the pixels of the same input image x, or of the same intermediate product x', with the steps:• a large number of modifications x* of the input image x, or of the intermediate product x', are generated (110), these modifications x* being identical to the input image x, or with, at least for all pixels of the first subset A the intermediate product x', and are changed at least for all pixels of the second subset B compared to the input image x, or compared to the intermediate product x';• the modifications x* are assigned by the image classifier (1) to assignments (3* ) e.g u mapped (120) to one or more classes (3a-3c) of the specified classification (3); these determined assignments (3*) are combined (130) to form a measure Sf(A)B for how relevant the subset A\B of the pixels of the input image x, or of the intermediate product x', is for the assessment of the input image x by the image classifier (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Kontrolle des Verhaltens trainierbarer Bildklassifikatoren, die beispielsweise für die Qualitätskontrolle von in Serie gefertigten Produkten oder auch für das zumindest teilweise automatisierte Führen von Fahrzeugen genutzt werden könnenThe present invention relates to the control of the behavior of trainable image classifiers, which can be used, for example, for the quality control of mass-produced products or also for the at least partially automated driving of vehicles

Stand der TechnikState of the art

Bei der Serienfertigung von Produkten ist es in der Regel erforderlich, die Qualität der Fertigung laufend zu überprüfen. Dabei wird angestrebt, Qualitätsprobleme möglichst schnell zu erkennen, um die Ursache baldmöglichst beheben zu können und nicht zu viele Einheiten des jeweiligen Produkts als Ausschuss zu verlieren.In the series production of products, it is usually necessary to continuously check the quality of the production. The aim is to identify quality problems as quickly as possible in order to be able to remedy the cause as soon as possible and not lose too many units of the respective product as scrap.

Die optische Kontrolle der Geometrie und/oder Oberfläche eines Produkts ist schnell und zerstörungsfrei. Die WO 2018/197 074 A1 offenbart eine Prüfvorrichtung, in der ein Objekt einer Vielzahl von Beleuchtungssituationen ausgesetzt werden kann, wobei in jeder dieser Beleuchtungssituationen mit einer Kamera Bilder des Objekts aufgezeichnet werden. Aus diesen Bildern wird die Topographie des Objekts ausgewertet.Optical inspection of a product's geometry and/or surface is fast and non-destructive. the WO 2018/197 074 A1 discloses an inspection apparatus in which an object can be exposed to a plurality of lighting situations, images of the object being recorded with a camera in each of these lighting situations. The topography of the object is evaluated from these images.

Bilder des Produkts können auch unmittelbar mit einem Bildklassifikator auf der Basis künstlicher neuronaler Netzwerke einer von mehreren Klassen einer vorgegebenen Klassifikation zugeordnet werden. Auf dieser Basis kann das Produkt einer von mehreren vorgegebenen Qualitätsklassen zugeordnet werden. Im einfachsten Fall ist diese Klassifikation binär („OK“/„nicht OK“).Images of the product can also be directly assigned to one of several classes of a given classification using an image classifier based on artificial neural networks. On this basis, the product can be assigned to one of several specified quality classes. In the simplest case, this classification is binary ("OK"/"not OK").

Beim zumindest teilweise automatisierten Führen von Fahrzeugen werden ebenfalls trainierbare Bildklassifikatoren eingesetzt, um Verkehrssituationen zu bewerten oder zumindest auf ihren Gehalt an Objekten zu untersuchen.In the case of at least partially automated driving of vehicles, image classifiers that can be trained are also used in order to evaluate traffic situations or at least to examine their content of objects.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zur Messung entwickelt, inwieweit für die Entscheidung eines vorgegebenen Bildklassifikators über die Zuordnung eines Eingabe-Bildes x zu einer oder mehreren Klassen einer vorgegebenen Klassifikation eine erste Teilmenge A der Pixel des vorgegebenen Eingabe-Bildes x, und/oder eines vom Bildklassifikator aus dem Eingabe-Bild x erzeugten Zwischenprodukts x', relevanter ist als eine zweite Teilmenge B der Pixel des gleichen Eingabe-Bildes x, bzw. des gleichen Zwischenprodukts x'.As part of the invention, a method was developed for measuring the extent to which a first subset A of the pixels of the specified input image x, and/or of an intermediate product x' generated by the image classifier from the input image x, is more relevant than a second subset B of the pixels of the same input image x, or of the same intermediate product x'.

Das Eingabe-Bild x kann beispielsweise ein Kamerabild, ein Videobild, ein Radarbild, ein Lidar-Bild, und/oder ein Ultraschallbild sein. Das Zwischenprodukt x' kann beispielsweise eine Merkmalskarte (feature map) sein, die eine Faltungsschicht in einem neuronalen Netzwerk des Bildklassifikators erzeugt. Derartige Faltungsschichten können in einem Bildklassifikator insbesondere zur Extraktion von Merkmalen aus dem Eingabe-Bild x genutzt werden. Hierbei besteht eine mehr oder weniger ausgeprägte räumliche Korrespondenz zu dem Eingabe-Bild x. Das heißt, dass etwa eine rechte obere Ecke einer von einer Faltungsschicht gelieferten Merkmalskarte stärker von der rechten oberen Ecke des Eingabe-Bildes x abhängt als von anderen Bildanteilen. Diese räumliche Korrespondenz wird in einem Bildklassifikator typischerweise aufgebrochen, wenn eine unter Mitwirkung von Faltungsschichten entstandene Merkmalsextraktion einer globalen Pooling-Schicht oder einer vollvernetzten Schicht zugeführt wird, um zu einer Klassenzuordnung zu gelangen.The input image x can be, for example, a camera image, a video image, a radar image, a lidar image and/or an ultrasound image. The intermediate product x' can be, for example, a feature map that generates a convolutional layer in a neural network of the image classifier. Such convolution layers can be used in an image classifier, in particular for the extraction of features from the input image x. There is a more or less pronounced spatial correspondence to the input image x. This means that, for example, a top right corner of a feature map provided by a convolutional layer depends more heavily on the top right corner of the input image x than on other parts of the image. This spatial correspondence is typically broken up in an image classifier when a feature extraction that has arisen with the participation of convolution layers is fed to a global pooling layer or a fully networked layer in order to arrive at a class assignment.

Im Rahmen des Verfahrens wird eine Vielzahl von Abwandlungen x* des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', erzeugt. Diese Abwandlungen x* sind mindestens für alle Pixel der ersten Teilmenge A identisch mit dem Eingabe-Bild x, bzw. mit dem Zwischenprodukt x'. Mindestens für alle Pixel der zweiten Teilmenge B sind die Abwandlungen x* jedoch gegenüber dem Eingabe-Bild x, bzw. gegenüber dem Zwischenprodukt x', verändert.A large number of modifications x* of the input image x, or of the intermediate product x', are generated as part of the method. These modifications x* are identical to the input image x, or to the intermediate product x', at least for all pixels of the first subset A. However, at least for all pixels of the second subset B, the modifications x* are changed compared to the input image x, or compared to the intermediate product x′.

Die Abwandlungen x* werden von dem Bildklassifikator auf Zuordnungen zu einer oder mehreren Klassen der vorgegebenen Klassifikation abgebildet. Diese ermittelten Zuordnungen werden zu einem Maß Sf(A)B dafür zusammengeführt, wie relevant die Teilmenge A\B der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', für die Beurteilung des Eingabe-Bildes x durch den Bildklassifikator ist.The modifications x* are mapped by the image classifier to assignments to one or more classes of the specified classification. These determined assignments are combined to form a measure S f (A) B of how relevant the subset A\B of the pixels of the input image x, or of the intermediate product x', is for the assessment of the input image x by the image classifier .

Es wurde erkannt, dass sich eine hohe Relevanz der ersten Teilmenge A für die Entscheidung des Bildklassifikators auf eine Vielzahl der unter Festhalten dieser ersten Teilmenge A gebildeten Abwandlungen x* auswirkt.It was recognized that a high relevance of the first subset A for the decision of the image classifier has an effect on a large number of the modifications x* formed while retaining this first subset A.

Wenn der Inhalt der ersten Teilmenge A beispielsweise bereits sehr stark für eine bestimmte Bewertung des Eingabe-Bildes x durch den Bildklassifikator spricht, kann im restlichen Bereich des Eingabe-Bildes x, bzw. des hieraus erzeugten Zwischenprodukts x', „kommen, was will“, ohne dass die Entscheidung des Bildklassifikators hierdurch erschüttert wird. So kann beispielsweise bei der Qualitätskontrolle von in Serie gefertigten Produkten ein bestimmter optisch erkennbarer Mangel oder Schaden so gravierend sein, dass das Produkt auf jeden Fall als „nicht OK = NOK“ klassifiziert werden muss. Unabhängig davon, welche Merkmale das Eingabe-Bild x sonst noch zeigt, können diese weiteren Merkmale den Mangel bzw. Schaden nicht „ungeschehen machen“.If the content of the first subset A, for example, already speaks very strongly for a certain evaluation of the input image x by the image classifier, in the remaining area of the input image x, or the intermediate product x' generated from it, "come what may". , without affecting the decision of the image classifier. For example, during the quality control of mass-produced products, a certain visually recognizable defect or damage can be so serious that the product must definitely be classified as "not OK = NOK". Irrespective of what other features the input image x shows, these additional features can do not "undo" the defect or damage.

Wenn hingegen der Bildklassifikator so trainiert ist, dass die durch die erste Teilmenge A charakterisierten Merkmale lediglich im Zusammenspiel mit weiteren Merkmalen zur Einteilung des Eingabe-Bildes x in eine bestimmte Klasse führen, kann die Klassenzuordnung geändert werden, wenn in den Abwandlungen x* diese weiteren Merkmale in hinreichendem Maße unkenntlich gemacht sind. Je nachdem, wie stark die Abwandlungen x* das Eingabe-Bild x, bzw. das Zwischenprodukt x', verändern, wird ein größerer oder kleinerer Anteil der Abwandlungen x* von dem Bildklassifikator auf eine geänderte Klassenzuordnung abgebildet. Somit reicht es nicht aus, lediglich die Pixel in der ersten Teilmenge A festzuhalten und alle anderen Pixel zu verändern. Dies könnte zu dem falschen Schluss führen, dass die Pixel in der ersten Teilmenge A nicht relevant sind.If, on the other hand, the image classifier is trained in such a way that the features characterized by the first subset A only lead to the classification of the input image x in a specific class in conjunction with other features, the class assignment can be changed if in the modifications x* these further Features are sufficiently obscured. Depending on how much the modifications x* change the input image x or the intermediate product x′, a larger or smaller proportion of the modifications x* is mapped by the image classifier to a changed class assignment. It is therefore not sufficient to merely fix the pixels in the first subset A and to change all other pixels. This could lead to the wrong conclusion that the pixels in the first subset A are not relevant.

Wenn die Klassenzuordnung durch den Bildklassifikator gar nicht maßgeblich von den durch die erste Teilmenge A charakterisierten Merkmalen abhängt, macht es im Durchschnitt über viele Abwandlungen x* keinen Unterschied, ob der Bildklassifikator die Pixel in der ersten Teilmenge A unverändert zu sehen bekommt oder ob diese verändert sind. Das heißt, der Unterschied zwischen den Klassifikations-Scores für

  • • Abwandlungen x*, in denen eine zufällige Auswahl von Pixeln des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', unverändert bleibt, einerseits und
  • • Abwandlungen x*, in denen zusätzlich Pixel der ersten Teilmenge A unverändert bleiben, andererseits
ist im Mittel über alle Abwandlungen 0.If the class assignment by the image classifier does not significantly depend on the features characterized by the first subset A, it makes no difference on average over many modifications x* whether the image classifier sees the pixels in the first subset A unchanged or whether they have changed are. That is, the difference between the classification scores for
  • • Modifications x*, in which a random selection of pixels of the input image x, or of the intermediate product x', remains unchanged, on the one hand and
  • • Variants x*, in which additional pixels of the first subset A remain unchanged, on the other hand
is 0 on average over all modifications.

Dass hierbei die Pixel der zweiten Teilmenge B in allen Abwandlungen x* verändert werden, stellt sicher, dass die Wichtigkeit der ersten Teilmenge A ohne jede Mitwirkung von Pixeln der zweiten Teilmenge B bewertet wird.The fact that the pixels of the second subset B are changed in all modifications x* ensures that the importance of the first subset A is evaluated without any involvement of pixels in the second subset B.

Das Verfahren ist ein Stück weit vergleichbar mit einer repräsentativen „Umfrage“ in einer „Bevölkerung“ von Abwandlungen x* mit der Fragestellung, ob die erste Teilmenge A relevanter ist als die zweite Teilmenge B. Diese Abwandlungen x* können sich insbesondere beispielsweise dahingehend unterscheiden, inwieweit Pixel des Eingabe-Bildes x bzw. des Zwischenprodukts x', die weder zur ersten Teilmenge A noch zur zweiten Teilmenge B gehören, verändert werden. Die „Umfrage“ schließt dann gezielt „Teilnehmer“ aus, für die von vornherein klar ist, dass die in Bezug auf die gestellte Frage voreingenommen sind.The procedure is somewhat comparable to a representative "survey" in a "population" of variants x* with the question of whether the first subset A is more relevant than the second subset B. These variants x* can differ in particular, for example, in that to what extent pixels of the input image x or of the intermediate product x', which belong neither to the first subset A nor to the second subset B, are changed. The “poll” then specifically excludes “participants” who know from the outset that they are biased in relation to the question asked.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird zusätzlich eine Vielzahl weiterer Abwandlungen x** des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', erzeugt. Diese Abwandlungen x** sind mindestens für alle Pixel der zweiten Teilmenge B identisch mit dem Eingabe-Bild x, bzw. mit dem Zwischenprodukt x'. Zugleich sind sie mindestens für alle Pixel der ersten Teilmenge A gegenüber dem Eingabe-Bild x, bzw. gegenüber dem Zwischenprodukt x', verändert. Im Vergleich zu den Abwandlungen x* sind also die Rollen der beiden Teilmengen A und B vertauscht.In a particularly advantageous embodiment, a large number of further modifications x** of the input image x or of the intermediate product x' are additionally generated. These modifications x** are identical to the input image x, or to the intermediate product x', at least for all pixels of the second subset B. At the same time, they are changed at least for all pixels of the first subset A compared to the input image x, or compared to the intermediate product x'. In comparison to the modifications x*, the roles of the two subsets A and B are reversed.

Die Abwandlungen x** werden von dem Bildklassifikator auf Zuordnungen zu einer oder mehreren Klassen der vorgegebenen Klassifikation abgebildet. Diese ermittelten Zuordnungen werden zu einem Maß Sf(B)A dafür zusammengeführt, wie relevant die Teilmenge B\A der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', für die Beurteilung des Eingabe-Bildes x durch den Bildklassifikator ist.The modifications x** are mapped by the image classifier to assignments to one or more classes of the specified classification. These determined assignments are combined to form a measure S f (B) A of how relevant the subset B\A of the pixels of the input image x, or of the intermediate product x', is for the assessment of the input image x by the image classifier .

Sf(B)A ist also ein Maß dafür, inwieweit die zur ursprünglich zu prüfenden Hypothese gegenteilige Hypothese wahr ist, nämlich dass die zweite Teilmenge B der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', relevanter für die Entscheidung des Bildklassifikators ist als die erste Teilmenge A. Durch Vergleich der Maße Sf(A)B und Sf(B)A, und/oder durch Bilden einer Differenz zwischen diesen Maßen Sf(A)B und Sf(B)A, kann somit vorteilhaft eine Gesamtbeurteilung dafür erhalten werden, wie relevant die erste Teilmenge A im Vergleich zur zweiten Teilmenge B ist. Diese Gesamtbeurteilung ist unempfindlicher gegen Veränderungen durch unterschiedliche physikalische Aufnahmebedingungen, unter denen Eingabe-Bilder x angefertigt wurden. Sie ist daher besser zwischen verschiedenen Bildern vergleichbar.S f (B) A is therefore a measure of the extent to which the opposite hypothesis to the hypothesis to be tested is true, namely that the second subset B of the pixels of the input image x, or of the intermediate product x', is more relevant for the decision of the image classifier is as the first subset A. By comparing the measures S f (A) B and S f (B) A , and/or by taking a difference between these measures S f (A) B and S f (B) A , an overall assessment of how relevant the first subset A is compared to the second subset B can thus advantageously be obtained. This overall assessment is less sensitive to changes caused by different physical recording conditions under which input images x were taken. It is therefore better comparable between different images.

Dies ist ein Stück weit analog dazu, dass in der Signalverarbeitung speziell im Bereich der Nachrichtentechnik und Hochfrequenztechnik eine absolut (in der Regel in dB oder dB bezogen auf eine bestimmte Leistungseinheit) angegebene Signalstärke häufig durch die zusätzliche Angabe des Rauschuntergrunds zu einem Signal-Rausch-Abstand erweitert wird. Für das Zustandekommen einer erfolgreichen Verbindung ist dieser Signal-Rausch-Abstand maßgeblich.This is somewhat analogous to the fact that in signal processing, especially in the field of communications engineering and high-frequency technology, an absolute signal strength (usually in dB or dB related to a specific power unit) is often given by the additional specification of the noise background for a signal-to-noise distance is extended. This signal-to-noise ratio is decisive for establishing a successful connection.

Die Messung in dieser Weise, ob die erste Teilmenge A für die Entscheidung des Bildklassifikators relevanter ist als die zweite Teilmenge B, ist deutlich empfindlicher als eine bloße optische Begutachtung beispielsweise einer „heat map“ der Aktivierungen bestimmter Merkmale auf einer Merkmalskarte. Die Aktivierungen von Merkmalen in der Teilmenge A können im Vergleich zur Umgebung dieser Teilmenge A so schwach erhöht sein, dass noch kein wesentlicher optischer Kontrast sichtbar ist, und zugleich kann sich diese Teilmenge A mit dem hier beschriebenen Verfahren schon als sehr relevant für die Entscheidung des Bildklassifikators erweisen. Dies ist besonders ausgeprägt, wenn die „heat map“ einige wenige, sehr hohe Peaks aufweist, die den Rest der Verteilung „überstrahlen“.Measuring in this way whether the first subset A is more relevant for the decision of the image classifier than the second subset B is significantly more sensitive than a mere visual assessment, for example of a "heat map" of the activations of certain features on a feature map. The activations of features in the subset A can be so slightly increased compared to the environment of this subset A that no significant optical contrast is visible, and at the same time this subset A can already prove to be very relevant for the decision of the image classifier with the method described here. This is particularly pronounced when the heat map has a few very high peaks that "outshine" the rest of the distribution.

Das Erzeugen mindestens einer Abwandlung x*, x** kann insbesondere beispielsweise beinhalten, zu allen Pixeln des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', die nicht zu einer Menge M nicht zu ändernder Pixel gehören, jeweils einen hierzu korrespondierenden Pixelwert eines Stör-Bildes P zu addieren. Es kann dann eine Vielzahl von Abwandlungen x*, x** erzeugt werden, die auf dem gleichen Stör-Bild P basieren und sich lediglich dahingehend unterscheiden, welche Pixelwerte geändert werden. Diese Abwandlungen x*, x** sind besonders gut miteinander vergleichbar, so dass Klassenzuordnungen, auf die diese Abwandlungen x*, x** abgebildet werden, in gut motivierter Weise zu Maßen Sf(A)B bzw. Sf(B)A zusammengeführt werden können.The generation of at least one modification x*, x** can in particular include, for example, a corresponding pixel value for all pixels of the input image x or of the intermediate product x′ that do not belong to a set M of pixels not to be changed to add the interfering image P. A multiplicity of modifications x*, x** can then be generated which are based on the same interference image P and differ only in terms of which pixel values are changed. These modifications x*, x** are particularly easy to compare with one another, so that class assignments to which these modifications x*, x** are mapped can be made in a well-motivated manner to measure S f (A) B or S f (B) A can be merged.

Wenn die Abwandlungen x*, x** beispielsweise direkt aus dem Eingabe-Bild x erzeugt werden, dann kann das Stör-Bild P insbesondere beispielsweise so gewählt werden, dass die Entropie der Abwandlung x*, x**, und/oder der hierfür erhaltenen Klassenzuordnung, maximiert wird. Das Stör-Bild P hat dann weitestgehend nur die Wirkung, dass die Abwandlung x*, x** gegenüber dem Eingabe-Bild x informationsreduziert ist. Der Eintrag neuer Information (wie etwa Gradienteninformation) in die Abwandlung x*, x** durch das Anwenden des Stör-Bildes P ist hingegen auf ein Minimum reduziert.If the modifications x*, x** are generated directly from the input image x, for example, then the interference image P can be chosen in particular, for example, such that the entropy of the modification x*, x**, and/or the associated received class assignment, is maximized. The interference image P then largely only has the effect that the modification x*, x** has reduced information compared to the input image x. By contrast, the entry of new information (such as gradient information) into the variant x*, x** through the use of the interference image P is reduced to a minimum.

Wenn die Abwandlungen x*, x** aus einem Zwischenprodukt x' gewonnen werden, wie etwa aus einer Merkmalskarte, dann kann vorteilhaft ein vollständig mit einheitlicher Intensität, beispielsweise Null-Intensität, belegtes Stör-Bild P gewählt werden. In einer Merkmalskarte, die durch Anwenden einer oder mehrerer Faltungsschichten entstanden ist, bewirkt das Nullsetzen von Pixeln, dass bestimmte erkannte Merkmale aus der Abwandlung x*, x** entfernt werden, ohne dass es im Gegenzug zu einem nennenswerten Eintrag zusätzlicher Information in die Abwandlung x*, x** kommt. Alternativ kann aber auch zum Erzeugen von Abwandlungen x*, x** aus einem Zwischenprodukt x', wie etwa einer Merkmalskarte, ein Stör-Bild P verwendet werden, das die Entropie der Abwandlungen x*, x**, und/oder der hierfür erhaltenen Klassenzuordnungen, maximiert.If the modifications x*, x** are obtained from an intermediate product x', such as from a feature map, then an interference image P completely covered with uniform intensity, for example zero intensity, can advantageously be selected. In a feature map created by applying one or more convolution layers, pixel zeroing has the effect of removing certain detected features from the modifier x*, x** without, in return, introducing significant additional information into the modifier x*, x** coming. Alternatively, however, an interference image P can also be used to generate modifications x*, x** from an intermediate product x', such as a feature map, which has the entropy of the modifications x*, x**, and/or the associated received class assignments, maximized.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung beinhaltet das Erzeugen mindestens einer Abwandlung x*, die Menge M der gegenüber dem Eingabe-Bild x, bzw. gegenüber dem Zwischenprodukt x', nicht zu ändernden Pixel als Vereinigungsmenge aus der ersten Teilmenge A und einer zur zweiten Teilmenge B disjunkten Konfiguration Z weiterer Pixel zu bilden und alle nicht zu M gehörenden Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', zu ändern. Analog kann das Erzeugen mindestens einer Abwandlung x** beinhalten, die Menge M der gegenüber dem Eingabe-Bild x, bzw. gegenüber dem Zwischenprodukt x', nicht zu ändernden Pixel als Vereinigungsmenge aus der zweiten Teilmenge B und einer zur ersten Teilmenge A disjunkten Konfiguration Z weiterer Pixel zu bilden und alle nicht zu M gehörenden Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', zu ändern.In a further advantageous embodiment, the generation of at least one modification x* includes the set M of pixels that are not to be changed compared to the input image x, or compared to the intermediate product x', as a union of the first subset A and one of the second subset B to form a disjoint configuration Z of further pixels and to change all pixels of the input image x, or of the intermediate product x', that do not belong to M. Analogously, the generation of at least one modification x** can include the set M of pixels that are not to be changed compared to the input image x or compared to the intermediate product x′ as a union of the second subset B and a configuration disjoint from the first subset A to form Z further pixels and to change all non-M pixels of the input image x, or of the intermediate product x'.

Dieser Formalismus ermöglicht es, geschlossene Formeln für St(A)B und Sf(B)A anzugeben: S ƒ ( A ) B = Z ƒ c ( x * ( Z ) ) = Z ƒ c ( p ( x , m A Z \ B ) )

Figure DE102020210732A1_0001
und S ƒ ( B ) A = Z ƒ c ( x * * ( Z ) ) = Z ƒ c ( p ( x , m B Z \ A ) ) .
Figure DE102020210732A1_0002
This formalism makes it possible to give closed formulas for S t (A) B and S f (B) A : S ƒ ( A ) B = Z ƒ c ( x * ( Z ) ) = Z ƒ c ( p ( x , m A Z \ B ) )
Figure DE102020210732A1_0001
and S ƒ ( B ) A = Z ƒ c ( x * * ( Z ) ) = Z ƒ c ( p ( x , m B Z \ A ) ) .
Figure DE102020210732A1_0002

Hierin sind fc Klassifikations-Scores, die vom Bildklassifikator für die Abwandlungen x* bzw. x** ermittelt werden. Diese Abwandlungen x* und x** hängen wiederum von der jeweiligen Konfiguration Z der nicht zu ändernden Pixel, die mit der ersten Teilmenge A, bzw. mit der zweiten Teilmenge B, vereinigt wird. Weiterhin ist für ein beliebiges Pixel u m A Z \ B = 1 f u ¨ r u A Z \ B ,0 sonst

Figure DE102020210732A1_0003
sowie m B Z \ A = 1 f u ¨ r u B Z \ A ,0 sonst
Figure DE102020210732A1_0004
eine binäre Maske. p(x, m) ist eine Kurzschreibweise für die Anwendung des Stör-Bildes P vermittelt durch diese binäre Maske m: p ( x , m ) = x m + P ( 1 m ) .
Figure DE102020210732A1_0005
Here, f c are classification scores determined by the image classifier for variants x* and x**, respectively. These modifications x* and x** depend in turn on the respective configuration Z of the pixels that are not to be changed, which are combined with the first subset A and with the second subset B, respectively. Furthermore, for any pixel u m A Z \ B = 1 f and ¨ right and A Z \ B ,0 otherwise
Figure DE102020210732A1_0003
as m B Z \ A = 1 f and ¨ right and B Z \ A ,0 otherwise
Figure DE102020210732A1_0004
a binary mask. p(x, m) is a shorthand notation for the application of the perturbation image P mediated by this binary mask m: p ( x , m ) = x m + P ( 1 m ) .
Figure DE102020210732A1_0005

Hiermit lassen sich Sf(A)B und Sf(B)A im Prinzip direkt berechnen, wobei die Zahl der möglichen Konfigurationen Z exponentiell mit der Anzahl der Pixel im Eingabe-Bild x bzw. in der Abwandlung x' wächst. Für Anwendungen, in denen die direkte Berechnung zu lange dauern würde, gibt es Näherungslösungen.With this, S f (A) B and S f (B) A can in principle be calculated directly, with the number of possible configurations Z growing exponentially with the number of pixels in the input image x or in the variant x'. There are approximate solutions for applications in which the direct calculation would take too long.

Eine solche Näherungslösung besteht darin, eine Vielzahl von Konfigurationen Z aus einer Zufallsverteilung zu sampeln und Klassifikations-Scores fc, auf die die hieraus erzeugten Abwandlungen x*, x** vom Bildklassifikator abgebildet werden, zu mitteln. Diese Mittelung steckt beispielsweise in den oben angegebenen Formeln in der Integration über die Konfigurationen Z.Such an approximate solution consists in sampling a large number of configurations Z from a random distribution and averaging classification scores f c , onto which the modifications x*, x** generated from this are mapped by the image classifier. This averaging is found, for example, in the formulas given above in the integration over the configurations Z.

Alternativ oder auch in Kombination hierzu können aus mehreren Kandidaten-Konfigurationen Z mit einem genetischen Algorithmus neue Kandidaten-Konfigurationen Z erzeugt werden. Dabei kann das Ziel verfolgt werden, bezüglich mindestens eines in Sf(A)B, Sf(B)A und/oder Sf(A)B-Sf(B)A ausgedrückten Optimalitätskriteriums möglichst gute Werte zu erzielen. Ein genetischer Algorithmus kann ausgehend von einem vorhandenen Pool von Kandidaten-Konfigurationen Z insbesondere beispielsweise beinhalten,

  • • zwei Kandidaten-Konfigurationen Z zu einer neuen Kandidaten-Konfiguration Z zu verrechnen (d.h. zu „kreuzen“),
  • • Kandidaten-Konfigurationen Z in zufälliger Weise abzuwandeln und/oder
  • • neue zufällige Kandidaten-Konfigurationen Z in den Pool einzuführen.
Alternatively or also in combination with this, new candidate configurations Z can be generated from a plurality of candidate configurations Z using a genetic algorithm. The goal can be pursued of achieving the best possible values with regard to at least one optimality criterion expressed in S f (A) B , S f (B) A and/or S f (A) B -S f (B) A . Starting from an existing pool of candidate configurations Z, a genetic algorithm can contain, for example,
  • • to calculate (ie to “cross”) two candidate configurations Z to form a new candidate configuration Z,
  • • Modify candidate configurations Z in a random manner and/or
  • • introduce new random candidate configurations Z into the pool.

Beispielswiese kann ein Bild eines in Serie gefertigten Produkts, das im Rahmen der Qualitätskontrolle dieses Produkts aufgenommen wurde, als Eingabe-Bild gewählt werden. Die Klassen der Klassifikation können dann eine Qualitätsbewertung des Produkts repräsentieren, beispielsweise „OK“, „nicht OK = NOK“ sowie optional beliebige Zwischenstufen.For example, an image of a mass-produced product taken as part of the quality control of that product can be selected as an input image. The classes of the classification can then represent a quality assessment of the product, for example "OK", "not OK = NOK" and optionally any intermediate levels.

Es gibt dann verschiedene Möglichkeiten, die erste Teilmenge A der in den Abwandlungen x*, x** nicht zu ändernden Pixel festzulegen. Beispielsweise kann diese erste Teilmenge A anhand der Beobachtung des gleichen Produkts mit einer anderen Abbildungsmodalität ausgewählt werden. Zeigt sich beispielsweise in einem Ultraschallbild an einer bestimmten Stelle des Produkts ein Kontrast, kann dies ein Anzeichen dafür sein, dass auch die entsprechende Stelle in einem optischen Bild dieses Produkts wichtig ist.There are then various possibilities for specifying the first subset A of the pixels that are not to be changed in the variants x*, x**. For example, this first subset A can be selected by observing the same product with a different imaging modality. If, for example, an ultrasonic image shows a contrast at a certain point of the product, this can be an indication that the corresponding point in an optical image of this product is also important.

Es kann aber auch beispielsweise die Teilmenge A anhand eines Bildbereichs mit einem Merkmal, das für die Qualitätsbewertung des Produkts relevant ist, ermittelt werden. Derartige Merkmale können beispielsweise optisch sichtbare Mängel oder Schäden, wie etwa Kratzer oder Risse, sein. Mit dem Verfahren kann dann etwa untersucht werden, ob die Entscheidung, das Produkt als „nicht OK = NOK“ zu klassifizieren, tatsächlich auf Grund sichtbarer Mängel oder Schäden am Produkt getroffen wurde. Die zweite Teilmenge B kann dann insbesondere beispielsweise Merkmale repräsentieren, die für die Qualitätsbewertung garantiert nicht relevant sind, wie etwa Merkmale im Bildhintergrund oder an einer Halterung, die das Produkt in die Kamera hält.However, it is also possible, for example, to determine subset A using an image area with a feature that is relevant to the quality assessment of the product. Such features can be, for example, optically visible defects or damage such as scratches or cracks. The procedure can then be used to examine whether the decision to classify the product as "not OK = NOK" was actually made on the basis of visible defects or damage to the product. The second subset B can then represent, for example, features that are guaranteed not to be relevant to the quality assessment, such as features in the image background or on a holder that holds the product in the camera.

Es kann auch beispielsweise ein von einem Fahrzeug aus aufgenommenes Bild einer Verkehrssituation als Eingabe-Bild gewählt werden. Die Klassen der Klassifikation können dann Bewertungen der Verkehrssituation repräsentieren, auf deren Basis das künftige Verhalten des Fahrzeugs geplant wird. Die Bewertung der Verkehrssituation kann beispielsweise eine Analyse der im Eingabe-Bild sichtbaren Objekte umfassen. Die Bewertung der Verkehrssituation kann aber auch beispielsweise eine Klassifikation der Verkehrssituation als Ganzes (etwa „Fußgänger betritt Fahrbahn“), ein von der Verkehrssituation ausgehendes Gefährdungspotential und/oder eine angesichts der Verkehrssituation angemessene Reaktion des Fahrzeugs umfassen.For example, an image of a traffic situation taken from a vehicle can also be selected as the input image. The classes of the classification can then represent assessments of the traffic situation, on the basis of which the future behavior of the vehicle is planned. The assessment of the traffic situation can, for example, include an analysis of the objects visible in the input image. However, the assessment of the traffic situation can also include, for example, a classification of the traffic situation as a whole (e.g. “pedestrian enters the roadway”), a risk potential emanating from the traffic situation and/or a vehicle reaction that is appropriate in view of the traffic situation.

Es kann dann beispielsweise mindestens ein Bildbereich unabhängig von dem Bildklassifikator als für die Beurteilung der Verkehrssituation wichtig identifiziert und als erste Teilmenge A festgelegt werden. Beispielsweise kann durch eine Analyse des optischen Flusses zwischen aufeinander folgenden Bildern oder durch zusätzliches Heranziehen eines ereignisbasierten optischen Sensors ermittelt werden, wo im Bild ein dynamisches Geschehen stattfindet, und der Bereich dieses dynamischen Geschehens kann als erste Teilmenge A festgelegt werden. Weiterhin kann beispielsweise ein Bildbereich als für die Beurteilung der Verkehrssituation nicht wichtig identifiziert und als zweite Teilmenge B der in den Abwandlungen x* zu ändernden Pixel festgelegt werden.For example, at least one image area can then be identified as important for the assessment of the traffic situation and defined as the first subset A, independently of the image classifier. For example, by analyzing the optical flow between consecutive images or by additionally using an event-based optical sensor, it can be determined where dynamic events take place in the image, and the area of this dynamic event can be defined as the first subset A. Furthermore, for example, an image area can be identified as not being important for the assessment of the traffic situation and can be defined as the second subset B of the pixels to be changed in the modifications x*.

Grundsätzlich können die Teilmengen A und B auch dann als Teilbereiche des Eingabe-Bildes x festgelegt werden, wenn die Abwandlungen x* und x** nicht aus dem Eingabe-Bild x erzeugt werden, sondern aus dem Zwischenprodukt x'. Durch die räumliche Korrespondenz zwischen dem Eingabe-Bild x und dem Zwischenprodukt x' lässt sich die Festlegung auf der Ebene des Eingabe-Bildes x auf die Ebene des Zwischenprodukts x' übersetzen.In principle, the subsets A and B can also be defined as partial areas of the input image x if the modifications x* and x** are not generated from the input image x, but from the intermediate product x'. Due to the spatial correspondence between the input image x and the intermediate product x', the specification at the level of the input image x can be translated to the level of the intermediate product x'.

Das Verfahren kann insbesondere ganz oder teilweise computerimplementiert sein. Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogramm mit maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie auf einem oder mehreren Computern ausgeführt werden, den oder die Computer dazu veranlassen, das beschriebene Verfahren auszuführen. In diesem Sinne sind auch Steuergeräte für Fahrzeuge und Embedded-Systeme für technische Geräte, die ebenfalls in der Lage sind, maschinenlesbare Anweisungen auszuführen, als Computer anzusehen.In particular, the method can be fully or partially computer-implemented. The invention therefore also relates to a computer program with machine-readable instructions which, when executed on one or more computers, cause the computer or computers to carry out the method described. In this sense, control devices for vehicles and embedded systems for technical devices that are also able to execute machine-readable instructions are also to be regarded as computers.

Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf einen maschinenlesbaren Datenträger und/oder auf ein Downloadprodukt mit dem Computerprogramm. Ein Downloadprodukt ist ein über ein Datennetzwerk übertragbares, d.h. von einem Benutzer des Datennetzwerks downloadbares, digitales Produkt, das beispielsweise in einem Online-Shop zum sofortigen Download feilgeboten werden kann.The invention also relates to a machine-readable data carrier and/or a download product with the computer program. A downloadable product is a digital product that can be transmitted over a data network, i.e. can be downloaded by a user of the data network and that can be offered for sale in an online shop for immediate download, for example.

Weiterhin kann ein Computer mit dem Computerprogramm, mit dem maschinenlesbaren Datenträger bzw. mit dem Downloadprodukt ausgerüstet sein.Furthermore, a computer can be equipped with the computer program, with the machine-readable data carrier or with the downloadable product.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of the preferred exemplary embodiments of the invention with the aid of figures.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

Es zeigt:

  • 1 Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100;
  • 2 Veranschaulichung
It shows:
  • 1 embodiment of the method 100;
  • 2 illustration

1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens 100. 1 10 is a schematic flow chart of an embodiment of the method 100.

In Schritt 105 kann beispielsweise ein Bild eines in Serie gefertigten Produkts 11 als Eingabe-Bild x gewählt werden. Es gibt dann verschiedene sinnvolle Möglichkeiten, eine Teilmenge A der Pixel in dem Eingabe-Bild x auszuwählen, um dann mit dem Verfahren 100 die Hypothese zu testen, ob diese Teilmenge A relevanter ist als eine andere Teilmenge B. Gemäß Block 105a kann das Produkt 11 mit einer anderen Abbildungsmodalität beobachtet werden, und anhand dieser Beobachtung kann die Teilmenge A festgelegt werden. Alternativ oder auch in Kombination hierzu kann die Teilmenge A auch gemäß Block 105b anhand eines aus einer anderen Quelle bezogenen Bildbereichs mit einem Merkmal 12, das für die Qualitätsbewertung des Produkts 11 relevant ist, ermittelt werden.In step 105, for example, an image of a mass-produced product 11 can be selected as the input image x. There are then various reasonable possibilities to select a subset A of the pixels in the input image x, in order to then use the method 100 to test the hypothesis whether this subset A is more relevant than another subset B. According to block 105a, the product 11 can be observed with a different imaging modality, and from this observation the subset A can be determined. Alternatively or in combination with this, the subset A can also be determined according to block 105b using an image area obtained from another source with a feature 12 that is relevant for the quality assessment of the product 11 .

In Schritt 106 kann beispielsweise ein von einem Fahrzeug aus aufgenommenes Bild einer Verkehrssituation als Eingabe-Bild x gewählt werden. Gemäß Block 106a kann dann die Teilmenge A für den Test der Hypothese, ob diese Teilmenge A relevanter ist als eine andere Teilmenge B, anhand mindestens eines Bildbereichs, der für die Beurteilung der Verkehrssituation relevant ist, ermittelt werden.In step 106, for example, an image of a traffic situation taken from a vehicle can be selected as the input image x. According to block 106a, subset A can then be determined for testing the hypothesis as to whether this subset A is more relevant than another subset B, based on at least one image area that is relevant for assessing the traffic situation.

In Schritt 110 wird eine Vielzahl von Abwandlungen x* des Eingabe-Bildes x oder auch eines hieraus im Bildklassifikator 1 erzeugten Zwischenprodukts x' erzeugt. Diese Abwandlungen x* sind mindestens für alle Pixel der ersten Teilmenge A identisch mit dem Eingabe-Bild x, bzw. mit dem Zwischenprodukt x', sind und mindestens für alle Pixel der zweiten Teilmenge B gegenüber dem Eingabe-Bild x, bzw. gegenüber dem Zwischenprodukt x', verändert.In step 110, a multiplicity of modifications x* of the input image x or of an intermediate product x′ generated therefrom in the image classifier 1 is generated. These modifications x* are identical to the input image x, or to the intermediate product x', at least for all pixels of the first subset A, and are identical to the input image x, or to the intermediate product, at least for all pixels of the second subset B Intermediate x', altered.

In Schritt 120 werden die Abwandlungen x* von dem Bildklassifikator 1 auf Zuordnungen 3* zu einer oder mehreren Klassen 3a-3c der vorgegebenen Klassifikation 3 abgebildet. Diese Zuordnungen 3* wiederum werden in Schritt 130 zu einem Maß Sf(A)B dafür zusammengeführt, wie relevant die Teilmenge A\B der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', für die Beurteilung des Eingabe-Bildes x durch den Bildklassifikator 1 ist.In step 120, the modifications x* are mapped by the image classifier 1 to assignments 3* to one or more classes 3a-3c of the specified classification 3. These assignments 3* are in turn combined in step 130 to form a measure S f (A) B of how relevant the subset A\B of the pixels of the input image x, or of the intermediate product x', is for the assessment of the input image x is 1 by the image classifier.

Analog wird in Schritt 140 eine Vielzahl weiterer Abwandlungen x** des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', erzeugt. Im Vergleich zu den Abwandlungen x* sind die Rollen der Teilmengen A und B vertauscht. Die Abwandlungen x** werden in Schritt 150 von dem Bildklassifikator auf Zuordnungen 3** zu einer oder mehreren Klassen 3a-3c der vorgegebenen Klassifikation 3 abgebildet. Diese Zuordnungen 3** werden wiederum in Schritt 160 zu einem Maß Sf(B)A dafür zusammengeführt, wie relevant die Teilmenge B\A der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', für die Beurteilung des Eingabe-Bildes x durch den Bildklassifikator 1 ist.Analogously, in step 140, a large number of further modifications x** of the input image x, or of the intermediate product x', are generated. In comparison to the modifications x*, the roles of the subsets A and B are reversed. In step 150, the modifications x** are mapped by the image classifier to assignments 3** to one or more classes 3a-3c of the specified classification 3. These assignments 3** are in turn combined in step 160 into a measure S f (B) A for how relevant the subset B\A of the pixels of the input image x, or of the intermediate product x', is for the assessment of the input image image x by the image classifier 1.

In Schritt 170 werden schließlich die beiden Maße Sf(A)B und Sf(B)A durch Vergleich, und/oder durch Bildung einer Differenz, zu einer Gesamtbeurteilung 2 dafür zusammengeführt, wie relevant die erste Teilmenge A der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', im Vergleich zur zweiten Teilmenge B der Pixel dieses Eingabe-Bildes x, bzw. dieses Zwischenprodukts x', ist.Finally, in step 170, the two measures S f (A) B and S f (B) A are combined by comparison and/or by forming a difference to form an overall assessment 2 of how relevant the first subset A of the pixels of the input image x, or the intermediate product x', compared to the second subset B of the pixels of this input image x, or this intermediate product x'.

Dabei kann gemäß Block 111 bzw. 141 das Erzeugen mindestens einer Abwandlung x*, x** beinhalten, zu allen Pixeln des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', die nicht zu einer Menge M nicht zu ändernder Pixel gehören, jeweils einen hierzu korrespondierenden Pixelwert eines Stör-Bildes P zu addieren.According to block 111 or 141, the generation of at least one modification x*, x** can include all pixels of the input image x or of the intermediate product x′ that do not belong to a set M of pixels not to be changed, respectively to add a pixel value of an interference image P corresponding thereto.

Alternativ oder auch in Kombination hierzu können gemäß Block 112 bzw. 142 einer jeweiligen Menge M nicht zu ändernder Pixel weitere Pixel aus einer Konfiguration Z hinzugefügt werden, und gemäß Block 113 bzw. 143 können in den Abwandlungen x* bzw. x** alle nicht in der Menge M enthaltenen Pixel geändert werden. Konfigurationen Z können gemäß Block 114 bzw. 144 aus einer Zufallsverteilung gesampelt werden, woraufhin dann gemäß Block 131 bzw. 161 Klassifikations-Scores fc, auf die die hieraus erzeugten Abwandlungen x*, x** vom Bildklassifikator 1 abgebildet werden, gemittelt werden können.Alternatively or in combination with this, according to block 112 or 142, further pixels from a configuration Z can be added to a respective quantity M of pixels that are not to be changed, and according to block 113 or 143, in the modifications x* or x** all cannot pixels included in the set M are changed. Configurations Z can be sampled from a random distribution according to block 114 or 144, whereupon classification scores f c can then be averaged according to block 131 or 161, onto which the modifications x*, x** generated from this are mapped by the image classifier 1 .

Konfigurationen Z, beispielsweise Kandidaten für das zufällige Sampeln, können gemäß Block 115 bzw. 145 beispielsweise mit einem genetischen Algorithmus erhalten werden.Configurations Z, for example candidates for random sampling, can be obtained according to block 115 or 145, for example with a genetic algorithm.

Wenn das Eingabe-Bild x ein Bild eines in Serie gefertigten Produkts 11 ist, können gemäß Block 121 bzw. 151 die Klassen 3a-3c der Klassifikation 3 eine Qualitätsbewertung des Produkts 11 repräsentieren. Wenn das Eingabe-Bild x eine Verkehrssituation zeigt, können gemäß Block 122 bzw. 152 die Klassen 3a-3c eine Bewertung der Verkehrssituation repräsentieren.If the input image x is an image of a mass-produced product 11, according to block 121 or 151, the classes 3a-3c of the classification 3 can represent a quality assessment of the product 11. If the input image x shows a traffic situation, according to block 122 or 152, the classes 3a-3c can represent an assessment of the traffic situation.

2 veranschaulicht den Gang des Verfahrens 100 am Beispiel eines Eingabe-Bildes x aus der Qualitätskontrolle. Das Eingabe-Bild x zeigt eine Bremsscheibe 11 mit einem Riss 12. Der Bildklassifikator 1 ist dazu ausgebildet, das Eingabe-Bild x in eine von mehreren Qualitätsklassen 3a-3c (wie beispielsweise „OK“ oder „nicht OK = NOK“) einzuordnen. In dem in 2 gezeigten Beispiel wird mit dem Verfahren 100 die Hypothese getestet, ob eine Teilmenge A der Pixel im Bild x, die den Riss 12 zeigt, für die Entscheidung des Bildklassifikators 1 relevanter ist als eine Teilmenge B der Pixel aus dem Bildhintergrund. 2 illustrates the course of the method 100 using the example of an input image x from quality control. The input image x shows a brake disk 11 with a crack 12. The image classifier 1 is designed to classify the input image x into one of several quality classes 3a-3c (such as “OK” or “not OK=NOK”). in the in 2 In the example shown, the method 100 is used to test the hypothesis as to whether a subset A of the pixels in the image x, which shows the crack 12, is more relevant for the decision of the image classifier 1 than a subset B of the pixels from the image background.

Die ausgewählten Teilmengen A und B entscheiden über die Bildung der Abwandlungen x* und x**. Diese Abwandlungen x* und x** können jeweils aus dem Eingabe-Bild x oder aber aus einem bei der Verarbeitung im Bildklassifikator 1 gebildeten Zwischenprodukt x' erstellt werden und dann an Stelle des Eingabe-Bildes x, bzw. an Stelle des Zwischenprodukts x', im Bildklassifikator 1 weiter verarbeitet werden.The selected subsets A and B decide on the formation of the modifications x* and x**. These modifications x* and x** can each be created from the input image x or from an intermediate product x' formed during processing in the image classifier 1 and then instead of the input image x or instead of the intermediate product x' , be further processed in the image classifier 1.

Die aus den Abwandlungen x* gebildeten Klassenzuordnungen 3* sowie die aus den Abwandlungen x** gebildeten Klassenzuordnungen 3** werden in den Schritten 130 bzw. 160 des Verfahrens 100 zu Maßen Sf(A)B bzw. Sf(B)A weiterverarbeitet. Diese Maße Sf(A)B und Sf(B)A werden dann in Schritt 170 des Verfahrens 100 zur Gesamtbeurteilung 2 zusammengeführt, wie relevant die erste Teilmenge A der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', im Vergleich zur zweiten Teilmenge B der Pixel dieses Eingabe-Bildes x, bzw. dieses Zwischenprodukts x', ist.The class assignments 3* formed from the variants x* and the class assignments 3** formed from the variants x** become dimensions S f (A) B or S f (B) A in steps 130 or 160 of the method 100 further processed. These measures S f (A) B and S f (B) A are then combined in step 170 of the method 100 for the overall assessment 2, how relevant the first subset A of the pixels of the input image x, or of the intermediate product x', im compared to the second subset B of the pixels of this input image x, or of this intermediate product x'.

Das Verfahren 100 ist somit ein Stück weit analog zu einem elektrischen Messinstrument zu sehen, dessen Testspitzen A und B an verschiedene Stellen im Eingabe-Bild x gesetzt werden können. Damit kann dann gemessen werden, wie relevant die eine Stelle im Eingabe-Bild x im Vergleich zu der anderen ist.The method 100 can thus be viewed somewhat analogously to an electrical measuring instrument whose test tips A and B can be placed at different locations in the input image x. This can then be used to measure how relevant one point in the input image x is compared to the other.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 2018/197074 A1 [0003]WO 2018/197074 A1 [0003]

Claims (15)

Verfahren (100) zur Messung, inwieweit für die Entscheidung eines vorgegebenen Bildklassifikators (1) über die Zuordnung eines Eingabe-Bildes x zu einer oder mehreren Klassen (3a-3c) einer vorgegebenen Klassifikation (3) eine erste Teilmenge A der Pixel des vorgegebenen Eingabe-Bildes x, und/oder eines vom Bildklassifikator aus dem Eingabe-Bild x erzeugten Zwischenprodukts x', relevanter ist als eine zweite Teilmenge B der Pixel des gleichen Eingabe-Bildes x, bzw. des gleichen Zwischenprodukts x', mit den Schritten: • es wird eine Vielzahl von Abwandlungen x* des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', erzeugt (110), wobei diese Abwandlungen x* mindestens für alle Pixel der ersten Teilmenge A identisch mit dem Eingabe-Bild x, bzw. mit dem Zwischenprodukt x', sind und mindestens für alle Pixel der zweiten Teilmenge B gegenüber dem Eingabe-Bild x, bzw. gegenüber dem Zwischenprodukt x', verändert sind; • die Abwandlungen x* werden von dem Bildklassifikator (1) auf Zuordnungen (3*) zu einer oder mehreren Klassen (3a-3c) der vorgegebenen Klassifikation (3) abgebildet (120); • diese ermittelten Zuordnungen (3*) werden zu einem Maß Sf(A)B dafür zusammengeführt (130), wie relevant die Teilmenge A\B der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', für die Beurteilung des Eingabe-Bildes x durch den Bildklassifikator (1) ist.Method (100) for measuring the extent to which a first subset A of the pixels of the specified input is used for the decision of a specified image classifier (1) on the assignment of an input image x to one or more classes (3a-3c) of a specified classification (3). -image x, and/or an intermediate product x' generated by the image classifier from the input image x, is more relevant than a second subset B of the pixels of the same input image x, or the same intermediate product x', with the steps: • a large number of modifications x* of the input image x, or of the intermediate product x', are generated (110), these modifications x* being identical to the input image x, or with, at least for all pixels of the first subset A are the intermediate product x' and are changed at least for all pixels of the second subset B compared to the input image x and compared to the intermediate product x'; • the modifications x* are mapped (120) by the image classifier (1) to assignments (3*) to one or more classes (3a-3c) of the specified classification (3); • These determined assignments (3*) are combined (130) to form a measure S f (A) B for how relevant the subset A\B of the pixels of the input image x, or of the intermediate product x', is for the assessment of the input image x by the image classifier (1). Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei zusätzlich • eine Vielzahl weiterer Abwandlungen x** des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', erzeugt wird (140), die mindestens für alle Pixel der zweiten Teilmenge B identisch mit dem Eingabe-Bild x, bzw. mit dem Zwischenprodukt x', sind und mindestens für alle Pixel der ersten Teilmenge A gegenüber dem Eingabe-Bild x, bzw. gegenüber dem Zwischenprodukt x', verändert sind; • die Abwandlungen x** von dem Bildklassifikator auf Zuordnungen (3**) zu einer oder mehreren Klassen (3a-3c) der vorgegebenen Klassifikation (3) abgebildet werden (150); und • diese ermittelten Zuordnungen (3**) zu einem Maß Sf(B)A dafür zusammengeführt werden (160), wie relevant die Teilmenge B\A der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', für die Beurteilung des Eingabe-Bildes x durch den Bildklassifikator (1) ist.Method (100) according to claim 1 , where in addition • a large number of further modifications x** of the input image x or of the intermediate product x' is generated (140) which, at least for all pixels of the second subset B, are identical to the input image x or with are the intermediate product x' and are changed at least for all pixels of the first subset A compared to the input image x and compared to the intermediate product x'; • the modifications x** are mapped (150) by the image classifier to assignments (3**) to one or more classes (3a-3c) of the specified classification (3); and • these determined assignments (3**) are combined (160) to form a measure S f (B) A for how relevant the subset B\A of the pixels of the input image x, or of the intermediate product x', is for the Evaluation of the input image x by the image classifier (1). Verfahren (100) nach Anspruch 2, wobei eine Gesamtbeurteilung (2) dafür, wie relevant die erste Teilmenge A der Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', im Vergleich zur zweiten Teilmenge B der Pixel dieses Eingabe-Bildes x, bzw. dieses Zwischenprodukts x', ist, aus einem Vergleich der Maße Sf(A)B und Sf(B)A, und/oder als Differenz aus den Maßen Sf(A)B und Sf(B)A, gebildet wird (170).Method (100) according to claim 2 , where an overall assessment (2) of how relevant the first subset A of the pixels of the input image x, or of the intermediate product x', is compared to the second subset B of the pixels of this input image x, or of this intermediate product x' , is, from a comparison of the dimensions S f (A) B and S f (B) A , and/or as a difference between the dimensions S f (A) B and S f (B) A , is formed (170). Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erzeugen (110, 140) mindestens einer Abwandlung x*, x** beinhaltet, zu allen Pixeln des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', die nicht zu einer Menge M nicht zu ändernder Pixel gehören, jeweils einen hierzu korrespondierenden Pixelwert eines Stör-Bildes P zu addieren (111, 141).Method (100) according to any one of Claims 1 until 3 , wherein the generating (110, 140) includes at least one modification x*, x**, one for each pixel of the input image x, or of the intermediate product x', which do not belong to a set M pixels not to be modified to add the corresponding pixel value of an interference image P (111, 141). Verfahren (100) nach Anspruch 4, wobei ein Stör-Bild P zum Erzeugen von Abwandlungen x*, x** aus dem Eingabe-Bild x so gewählt wird, dass die Entropie der Abwandlung x*, x**, und/oder eines hierfür erhaltenen Klassifikations-Scores fc, maximiert wird, und/oder wobei ein vollständig mit einheitlicher Intensität belegtes Stör-Bild P zum Erzeugen von Abwandlungen x*, x** aus dem Zwischenprodukt x' gewählt wird.Method (100) according to claim 4 , where an interference image P for generating modifications x*, x** from the input image x is chosen such that the entropy of the modification x*, x**, and/or a classification score f c , is maximized, and/or wherein a spurious image P completely covered with uniform intensity is selected for generating modifications x*, x** from the intermediate product x'. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei • das Erzeugen (110) mindestens einer Abwandlung x* beinhaltet, die Menge M der gegenüber dem Eingabe-Bild x, bzw. gegenüber dem Zwischenprodukt x', nicht zu ändernden Pixel als Vereinigungsmenge aus der ersten Teilmenge A und einer zur zweiten Teilmenge B disjunkten Konfiguration Z weiterer Pixel zu bilden (112) und alle nicht zu M gehörenden Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', zu ändern (113); und/oder • das Erzeugen (140) mindestens einer Abwandlung x** beinhaltet, die Menge M der gegenüber dem Eingabe-Bild x, bzw. gegenüber dem Zwischenprodukt x', nicht zu ändernden Pixel als Vereinigungsmenge aus der zweiten Teilmenge B und einer zur ersten Teilmenge A disjunkten Konfiguration Z weiterer Pixel zu bilden (142) und alle nicht zu M gehörenden Pixel des Eingabe-Bildes x, bzw. des Zwischenprodukts x', zu ändern (143).Method (100) according to any one of Claims 1 until 5 , where • the generation (110) includes at least one modification x*, the set M of pixels not to be changed compared to the input image x or compared to the intermediate product x' as a union of the first subset A and one of the second subset B to form (112) a disjoint configuration Z of further pixels and to change (113) all pixels of the input image x, or of the intermediate product x', that do not belong to M; and/or • the generation (140) of at least one modification x** includes the set M of pixels that are not to be changed compared to the input image x, or compared to the intermediate product x', as a union of the second subset B and a to to form the first subset A disjoint configuration Z of further pixels (142) and to change (143) all pixels of the input image x, or of the intermediate product x', that do not belong to M. Verfahren (100) nach Anspruch 6, wobei eine Vielzahl von Konfigurationen Z aus einer Zufallsverteilung gesampelt werden (114, 144) und wobei Klassifikations-Scores fc, auf die die hieraus erzeugten Abwandlungen x*, x** vom Bildklassifikator (1) abgebildet werden, gemittelt werden (131, 161).Method (100) according to claim 6 , where a large number of configurations Z are sampled from a random distribution (114, 144) and where classification scores f c , onto which the variations x*, x** generated from this are mapped by the image classifier (1), are averaged (131, 161). Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei aus mehreren Kandidaten-Konfigurationen Z mit einem genetischen Algorithmus neue Kandidaten-Konfigurationen Z erzeugt werden (115, 145) nach Maßgabe mindestens eines Optimalitätskriteriums hinsichtlich Sf(A)B, Sf(B)A und/oder Sf(A)B-Sf(B)A.Method (100) according to any one of Claims 6 until 7 , wherein new candidate configurations Z are generated from a plurality of candidate configurations Z using a genetic algorithm (115, 145) in accordance with at least one optimality criterion with regard to S f (A) B , S f (B) A and/or S f (A ) B -S f (B) A . Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Bild eines in Serie gefertigten Produkts (11) als Eingabe-Bild x gewählt wird (105) und wobei die Klassen (3a-3c) der Klassifikation (3) eine Qualitätsbewertung des Produkts (11) repräsentieren (121, 151).Method (100) according to any one of Claims 1 until 8th , wherein an image of a mass-produced product (11) is chosen as the input image x (105) and wherein the classes (3a-3c) of the classification (3) represent (121, 151) a quality assessment of the product (11). Verfahren (100) nach Anspruch 9, wobei die erste Teilmenge A der in den Abwandlungen x*, x** nicht zu ändernden Pixel anhand der Beobachtung des gleichen Produkts (11) mit einer anderen Abbildungsmodalität ausgewählt wird (105a), und/oder wobei diese erste Teilmenge A anhand eines Bildbereichs mit einem Merkmal (12), das für die Qualitätsbewertung des Produkts (11) relevant ist, ermittelt wird (105b).Method (100) according to claim 9 , the first subset A of pixels not to be modified in the variants x*, x** being selected (105a) based on the observation of the same product (11) with a different imaging modality, and/or this first subset A based on an image area is determined (105b) with a feature (12) that is relevant for the quality assessment of the product (11). Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein von einem Fahrzeug aus aufgenommenes Bild einer Verkehrssituation als Eingabe-Bild x gewählt wird (106) und wobei die Klassen (3a-3c) der Klassifikation (3) Bewertungen der Verkehrssituation repräsentieren (122, 152), auf deren Basis das künftige Verhalten des Fahrzeugs geplant wird.Method (100) according to any one of Claims 1 until 8th , wherein an image of a traffic situation taken from a vehicle is selected as the input image x (106) and the classes (3a-3c) of the classification (3) represent assessments of the traffic situation (122, 152), on the basis of which the future behavior of the vehicle is planned. Verfahren (100) nach Anspruch 11, wobei die Teilmenge A der in den Abwandlungen x* nicht zu ändernden Pixel anhand mindestens eines Bildbereichs, der für die Beurteilung der Verkehrssituation relevant ist, ermittelt wird (106a).Method (100) according to claim 11 , the subset A of the pixels not to be changed in the modifications x* being determined (106a) on the basis of at least one image region which is relevant for the assessment of the traffic situation. Computerprogramm, enthaltend maschinenlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem oder mehreren Computern ausgeführt werden, den oder die Computer dazu veranlassen, das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.Computer program containing machine-readable instructions which, when executed on one or more computers, cause the computer or computers to perform the method (100) according to any one of Claims 1 until 12 to execute. Maschinenlesbarer Datenträger mit dem Computerprogramm nach Anspruch 13.Machine-readable data carrier with the computer program Claim 13 . Computer, ausgerüstet mit dem Computerprogramm nach Anspruch 13, und/oder mit dem maschinenlesbaren Datenträger nach Anspruch 14.Computer equipped with the computer program according to Claim 13 , and/or with the machine-readable data medium Claim 14 .
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