JP2000082075A - 直線による画像の検索装置,検索方法およびそのプログラム記録媒体 - Google Patents
直線による画像の検索装置,検索方法およびそのプログラム記録媒体Info
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Abstract
像検索システムを実現する。 【解決手段】検索対象となる画像を登録するとき,その
各画像を入力し,画像内直線の特徴ベクトル情報抽出部
12により,画像内の直線を検出してその特徴ベクトル情
報を抽出する。特徴ベクトル格納管理部13は,直線の特
徴ベクトルを画像へのインデックスとしてデータベース
に格納する。画像検索時には,検索キーとなる直線の特
徴ベクトル情報入力部14により,利用者から直線情報を
入力し,類似特徴ベクトル検索部15により,利用者が入
力した直線の特徴ベクトルに類似する特徴ベクトルを持
つ画像を検索する。検索結果画像出力部16は,検索結果
の画像を類似度の高い順に出力する。
Description
情報システムにおいて,類似する画像を検索する場合に
用いられる画像の検索技術に係わり,特に画像内の直線
を用いて画像を検索する直線による画像の検索装置,検
索方法およびそのプログラム記録媒体に関するものであ
る。
キーとして画像そのものの入力,またはスケッチ入力を
前提としている。スケッチ入力の場合,例えばIBM社
のQBICシステムやカリフォルニア大学のVisua
lSEEkシステムでは,画像内にいくつかの矩形領域
とその領域色を指定することで,指定した色の矩形を含
むような画像を類似度の高い順に検索することが可能に
なっている。
IRでは,スケッチ画を構成し,その全体色や色構成に
類似度の高い画像を検索することが可能になっている。
位置指定,領域の形の指定,領域の色の指定は,利用者
にとって必ずしも容易に指定できる画像の特徴量ではな
く,空(画面上部に青い四角の領域がある)のような風
景画や,一輪の花の画像(周辺が赤く,中央が黄色)等
の検索に用いる程度であった。これは,利用者自体が検
索キーとなる絵を描くことに抵抗があるという問題点
と,色の指定が非常に微妙で難しい(例えば,人の肌色
とその光具合をスケッチで再現するのは非常に難しい)
という問題点があるためである。
より利用者の指定し易い画像特徴量での類似画像検索シ
ステムを実現することを目的とする。
説明する図である。直線による画像の検索装置1におい
て,画像入力部11は,検索対象となる格納画像群から
各画像を入力する。画像内直線の特徴ベクトル情報抽出
部12は,各画像内の直線を検出し,その特徴ベクトル
情報を抽出する。特徴ベクトル格納管理部13は,抽出
した直線の特徴ベクトルを検索時に検索キーとして参照
するためにデータベースに格納する。
徴ベクトル情報入力部14は,利用者が入力する直線情
報をもとに特徴ベクトル情報を生成し,類似特徴ベクト
ル検索部15に渡す。類似特徴ベクトル検索部15は,
検索キーとして入力された直線の特徴ベクトルに類似す
る特徴ベクトル群を,特徴ベクトル格納管理部13が管
理するデータベース内から検索し,その検索結果に対応
する画像を求める。検索結果画像出力部16は,利用者
が与えた直線の情報に類似する直線を含む画像を,利用
者からの指示により類似度の高い順に出力する。
の検索を実現することができる。
は,画像内の直線に対し複数の解釈がある場合,それら
の直線をすべて直線の候補として,すなわち,直線の情
報として可能性のあるものすべてを候補として,それら
の各々の特徴ベクトルを特徴ベクトル格納管理部13に
渡す。特徴ベクトル格納管理部13は,それらすべての
直線に対する特徴ベクトル情報をデータベース内に格納
し,管理する。
る直線情報の入力の際に厳密性の要求が緩和され,入力
の許容範囲が拡がる。
線の特徴ベクトルだけではなく,従来の類似画像検索で
検索キーとして用いていた画像内の各領域の位置(絶対
位置または相対位置),色,形またはテクスチャ(模
様)などの特徴ベクトルを格納し管理しておき,類似特
徴ベクトル検索部15では,直線の特徴ベクトルと画像
内の各領域の位置,色または形などの特徴ベクトルとを
組み合わせて検索できるようにする。こうすることによ
り,さらに高精度の類似画像検索が可能になり,また利
用者が検索キーとして指定することができる検索キーの
種類が増え,検索対象となる画像の特性に応じた適切な
検索キーの選択が可能になる。
として取得して格納し管理しておき,検索キーとして,
この直線の隣接領域色の情報と直線の特徴ベクトル,さ
らには必要に応じて画像内の各領域の位置,色,形,テ
クスチャ等の特徴量を組み合わせて検索できるようにす
る。こうすることで,より意味のある有意な画像の検索
が可能になる。
表示の際に,直線を複数色(例えば2色)の色領域から
構成し,直線の隣接領域色の情報を利用してその直線を
色分け表示する。これにより,少ない領域で直線の特徴
量とその隣接領域色を表現することが可能になり,1枚
の画像の中に多数の直線が存在しても,その情報を無理
なく利用者に提示することが可能になる。
るためのプログラムは,計算機が読み取り可能な可搬媒
体メモリ,半導体メモリ,ハードディスクなどの適当な
記録媒体に格納することができる。
て詳しく説明する。まず,画像データベースに登録する
画像は,画像入力部11によって入力され,画像内直線
の特徴ベクトル情報抽出部12において,一般に複数の
直線とその特徴ベクトルが抽出される。画像内の直線の
検出法としては,例えば「R.Klette and P.Zamperoni,
^Handbook of Image Processing Operators", John Wil
ey & Sons Ltd., 1996, pp.350-355」に記載されている
ハフ(Hough) 変換等による既存技術を用いることができ
る。また,方向付きエッジ情報等を利用してハフ変換を
使わずに検出しても構わない。
は,図2に示すように,始点位置(Xs ,Ys ),終点
位置(Xe ,Ye ),重心位置(Xg ,Yg ),傾き
(θ),長さ(L)を利用する。なお,それぞれの量
は,絶対量でも相対量でも構わず,単位も問わない。基
本的に,検索キーとして与えられた特徴ベクトル値とデ
ータベース内の特徴ベクトル値が同一の基準で比較でき
れば問題ない。重心は,ちょうど始点と終点の中間地点
となる。これらの特徴ベクトル値は個別に利用しても,
組み合わせて利用しても構わない。
トル格納管理部13に渡され,データベースに格納さ
れ,管理される。
接数値やスケッチ入力のインタフェース等を用いて入力
すると,検索キーとなる直線の特徴ベクトル情報入力部
14がこれを受け取り,類似特徴ベクトル検索部15に
おいて,最も類似するものから順にk件の類似特徴ベク
トルを検索する。ここで,kは利用者が指定しても構わ
ないし,システムが自動生成しても構わない。
は,上記の特徴ベクトル情報に対し,各種の方法が考え
られる。例えば,最も直感的な基準としては,図3に示
すように,「w1×重心間のユークリッド距離+w2×
直線の長さの差+w3×角度」というものがある。ここ
でw1,w2,w3は,各々の特徴ベクトル情報の重み
である。この値は,一般にはデフォルト値を適用する
が,利用者が与えることもある。
るかを各特徴量に対する重みw1,w2,w3等で与え
てもよいが,例えば,角度は5度以内に限定し,その中
で,「w1×重心間のユークリッド距離+w2×直線の
長さの差」を使って類似度を算出するというように,検
索における特徴量の利用順序を与えても構わない。特徴
の類似度の計算方法としては,始点位置と終点位置のそ
れぞれの距離を利用するという方法もある。本発明は,
そのいずれかを問わない。
NDやOR)を指定した場合にも,類似特徴ベクトル検
索部15において,複数の検索結果の集合演算を行うこ
とで容易に実現できる。
特徴ベクトル群から,それを含む画像を求め,その画像
を結果として出力する。
な画像を対象とした場合には,まだ,不完全さの残る技
術である。特に,オクルージョン等によって直線の一部
が他の物体の陰に隠れた場合,必ずしも直線が意図した
通りに抽出されるとは限らない。例えば,図4の例1の
画像の水平線は,人の頭によって区切られているので,
最も確実な直線のみを直線と認識することにすれば,直
線A1と直線A2に分かれてしまう。しかし,この場合
の解釈として直線Bとしての可能性もあるため,利用者
がいずれの直線を想定した検索キーを入力しても対応で
きるように,ここでは,このように連続する可能性のあ
る直線は,すべて(直線A1,A2,B)の特徴ベクト
ル情報をデータベース内に持つこととする。
みの存在する場合にも,直線の情報としては可能性のあ
るものすべて(C1,C2,C3,D)の特徴ベクトル
情報をデータベース内に持つこととする。このとき,2
つ以上のレベル(階層)の候補情報であっても構わな
い。図4の例3は,3階層の場合を示している。一般に
は,ある定数値の長さ以下の直線は無視するため,その
量が爆発することはない。
のうち,いずれかに強く類似した直線は類似する直線と
みなす。
線を地平線の指定ととらえることで,地平線が写る写真
を検索する手段となる。しかし,実際の検索では,直線
のその片側または両側の色を,ある程度指定できる場合
が存在する。例えば,水平線の場合には,水平な直線の
上部が青空の青色で下部が海の青色である画像,草原と
地平線の場合には,水平な直線の上部が青色で下部が緑
色である画像,建物の場合には,垂直な直線の右側が灰
色で左側が不明な画像などというように指定することが
容易に可能である。
に,画像内直線の特徴ベクトル情報抽出部12におい
て,直線の両側の領域色情報を特徴量として取得し,そ
れを直線の特徴量としてデータベースに蓄積しておく。
また,検索時には,直線の特徴量と同時に与えられる直
線の側面の色情報によって,該当する直線の類似度を決
定することができる。
領域の位置,色,形またはテクスチャ(模様)の情報等
に基づく特徴量とを組み合わせて,それらを検索キーと
して用いることができるようにすれば,さらに高精度な
検索を実現することができる。画像内の各領域の位置,
色または形の情報等を利用した画像の検索方法自体は,
従来から知られているので,その詳しい説明は省略す
る。
である。ステップS1では,検索対象となる画像を入力
する。次に,ステップS2では,入力した画像からハフ
変換等により直線を検出する。複数候補がある場合には
冗長性を許して,それらのすべてを直線とみなして抽出
する。ステップS3により,直線の候補があるかどうか
を判定し,直線の候補がある間,以下のステップS4,
S5を各直線の候補について繰り返す。ステップS4で
は,検出した直線を図2で説明したような特徴量に従っ
て特徴ベクトルに変換する。ここで,さらに検出した直
線の隣接領域色の情報を取得しておくようにすると望ま
しい。ステップS5では,得られた特徴ベクトルを画像
へのインデックスとしてデータベースに格納する。
である。まず,ステップS11では,利用者が直線によ
る画像の検索を指定したかどうかを判定する。直線によ
る画像の検索を指定した場合,ステップS12へ進み,
指定しなかった場合,ステップS14へ進む。ステップ
S12では,利用者のスケッチにより検索キーとなる直
線を入力する。ステップS13では,入力した直線の特
徴ベクトルを抽出する。
る検索の指定があるかどうかを判定し,ある場合には,
次のステップS15,S16を実行する。ステップS1
5では,利用者が入力したスケッチや既存写真の一部選
択等により,オブジェクト(または領域)を入力する。
複数指定された場合には,それらをすべて入力する。ス
テップS16では,入力された各オブジェクトの色,オ
ブジェクトの形状,オブジェクトのサイズ,オブジェク
トの配置等の特徴ベクトルを抽出する。
出した直線の特徴ベクトルもしくはステップS16で抽
出したオブジェクトに関する特徴ベクトル,またはそれ
らの双方の特徴量をキーとして,データベースにあらか
じめ格納された特徴ベクトルとの照合により,特徴量の
類似検索を行う。ここで,検索キーの一つとして直線の
隣接領域色の情報が指定されていた場合には,それも利
用して類似検索を行う。ステップS18では,類似度の
高い画像を順に検索結果として出力する。
像の検索装置の構成例を示す。
は,直線検出部21,直線配置正規化部22,蓄積部2
3,画像および正規化された直線情報を格納する記憶装
置24,直線入力部25および直線情報比較部26から
構成され,直線検出部21には,スキャナ等の画像入力
装置3が接続され,直線入力部25には,ポインティン
グデバイス等により検索条件を設定する検索条件設定装
置4が接続され,直線情報比較部26には,検索結果を
表示する表示装置5が接続される。
えられた画像から,例えばハフ変換等によって,直線の
傾きと配置を検出する。直線配置正規化部22は,与え
られた画像の縦横比,および直線検出部21で計算され
た直線の傾きから,直線の配置を正規化する。蓄積部2
3は,直線の傾きと正規化された配置等の直線情報(特
徴ベクトル)から,画像のインデックスを作成し,画像
データベースの記憶装置24に作成したインデックスを
格納する。
検索条件を設定する検索条件設定装置4から与えられた
直線を入力する。直線情報比較部26は,蓄積部23で
作成されたインデックスを利用して,入力された直線の
傾きおよび配置が類似した直線を選択し,その直線を含
む画像を表示装置5に出力する。
す。例えば,検索キーとして,図8(a)に示すような
スケッチ入力があったとする。この入力は,マウス等の
ポインティングデバイスによる入力,タブレットによる
入力,スキャナを用いたイメージ入力など,どのような
手段を用いた入力でもよい。これによって,図8(a)
に示す横の直線に類似する直線を含む画像の検索が行わ
れる。図8(b)および図8(c)は,その検索結果の
画像の例を示している。なお,これらの画像の例におい
て,検索キーと類似すると判定された直線は,点線で示
している。
た画像の例を示している。図9(b)および図10
(a)〜(d)は,複数の直線のAND条件による検索
の例を示しており,特に図9(b)は横の直線,図10
(a)および図10(b)は縦の直線,図10(c)お
よび図10(d)は斜めの直線により検索された画像の
例を示している。
た検索も可能であり,以下にその例を示す。図8(b)
の画像は,直線の上部が水色で下部が濃青色の横の直線
を含む画像,図8(c)の画像は,横の直線の上部が水
色で下部が薄青色の横の直線を含むを画像,図9(a)
の画像は,直線の右部が白色の縦の直線を含む画像,図
9(b)の画像は,直線の上部が黄色で下部が緑色(ま
たは直線によってはその逆)の横の直線を含む画像の例
である。
黄色で下が緑色の直線と,上が緑色で下が黄色の2本の
平行線が存在する画像といった検索や,複数の直線の間
の色が同一な(または,特徴量として似ている)直線を
含む画像というように,直線の隣接色間の相対色関係を
使った検索も可能になる。
ては,図11(a)のように,直線に接する矩形領域の
場合,および,図11(b)のように,直線から若干離
れた矩形領域の場合が,最も単純な場合である。また,
その領域は矩形以外でも構わず,例えば,直線の中央部
の色を重視する場合には,図11(c)または図11
(d)のような領域であっても構わない。その領域の色
特徴量の取得方法は,各種の手法が考えられるが,最も
単純な場合,HSI色空間における画素色の分布が用い
られる(参考:串間,「画像の内容検索技術の動向」,
ADBS97,情報処理学会DBS研究会,pp173-180
) 。
(a)のような形で表現されるが,図13(a)のよう
に領域が1画像中に複数存在する場合には,領域の重な
りが大きく,利用者にとって理解しづらい。そこで,図
12(b)のように直線自体を2つの色領域によって表
現することで,直線が交差するときでも,図13(b)
のように領域の重なり部分を最小にすることができ,直
線が画像内に多数存在する場合にも,その特徴量の把握
を容易にする。
でも構わない。いずれかの領域色を指定しない場合,ま
たは,双方の領域色を指定しない場合には,デフォルト
色かデフォルトテクスチャ(模様)を用いることにより
識別可能になる。なお,図12および図13に示す異な
るテクスチャ(模様)は異なる色を意味している。ここ
で,直線と色とを用いて説明したが,色の部分は,必ず
しも単色に限られるわけではなく,テクスチャ(模様)
等を含むと考えてよい。
画像内の直線情報を自動抽出し,データベースに格納し
ておき,利用者が与えた検索キーの直線に類似する直線
情報を持つ画像を検索できるようにしたことで,従来の
手法に比べ,利用者の指定し易い簡便な特徴量による類
似画像の検索システムの実現が可能になる。また,従来
の色領域等の特徴量と組み合わせることで,より高精度
の類似画像検索が可能になる。
たは両側の隣接領域色による検索が可能になることで,
より意味として有意な画像の検索が容易に実現できる。
線の隣接領域色を用いて直線を表示することにより,直
線の色の指定や画像の中の直線の表示の際に,より少な
い領域で直線の特徴量とその隣接領域色を表現すること
が可能になり,1枚の画像の中に多数の直線が存在して
も,その情報を無理なく利用者に提示することが可能に
なる。
る。
る。
置の構成例を示す図である。
る。
る。
る。
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 類似画像検索システムにおいて,画像内
の直線を検出する手段と,検出した直線の特徴ベクトル
を抽出する手段と,その特徴ベクトルをデータベースに
格納する手段と,ユーザから検索キーとなる直線の特徴
ベクトル情報を入力する手段と,検索キーとして入力さ
れた特徴ベクトルに類似する特徴ベクトル群をデータベ
ース内から検索する手段と,その検索結果に対応する画
像を求める手段とを持ち,利用者が与えた直線の情報に
類似する直線を含む画像を類似度の高い順に検索するよ
うにしたことを特徴とする直線による画像の検索装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の直線による画像の検索装
置において,前記画像内の直線を検出する手段および特
徴ベクトルを抽出する手段は,ある画像内の直線に対
し,複数の解釈がある場合,それらの直線をすべて直線
の候補として,それらの直線の特徴ベクトルを抽出し,
前記特徴ベクトルをデータベースに格納する手段は,そ
れらすべての直線に対する特徴ベクトル情報をデータベ
ース内に格納することを特徴とする直線による画像の検
索装置。 - 【請求項3】 請求項1記載または請求項2記載の直線
による画像の検索装置において,前記検索に用いる特徴
量として,画像内の各領域の絶対位置もしくは相対位
置,色,形,またはテクスチャの情報と,前記直線の特
徴ベクトルの情報とを取得し,双方の特徴量を組み合わ
せて検索する手段を持つことを特徴とする直線による画
像の検索装置。 - 【請求項4】 請求項1,請求項2または請求項3記載
の直線による画像の検索装置において,前記特徴ベクト
ルを抽出する手段は,直線の特徴ベクトルに加えて,画
像内の各直線の隣接領域色の情報を特徴量として取得
し,前記検索キーとなる直線の特徴ベクトル情報入力手
段は,各直線の隣接領域色を検索キーとして入力し,直
線の隣接領域色の情報も他の特徴量と組み合わせて検索
に用いることを特徴とする直線による画像の検索装置。 - 【請求項5】 請求項1,請求項2,請求項3または請
求項4記載の直線による画像の検索装置において,検索
キーの入力または検索結果画像を出力する際に,直線を
複数の色領域から構成し表示する手段を持ち,画像内の
直線の特徴量情報と直線の隣接領域色の情報とを同時に
提示することを特徴とする直線による画像の検索装置。 - 【請求項6】 類似画像検索システムにおける画像の検
索方法において,画像内の直線を検出する過程と,検出
した直線の特徴ベクトルを抽出する過程と,その特徴ベ
クトルをデータベースに格納する過程と,ユーザから検
索キーとなる直線の特徴ベクトル情報を入力する過程
と,検索キーとして入力された特徴ベクトルに類似する
特徴ベクトル群をデータベース内から検索する過程と,
その検索結果に対応する画像を求める過程とを有し,利
用者が与えた直線の情報に類似する直線を含む画像を類
似度の高い順に検索することを特徴とする直線による画
像の検索方法。 - 【請求項7】 類似画像検索システムにおける画像の検
索方法において,画像内の直線を検出する過程と,検出
した直線の特徴ベクトルを抽出するとともに,その各直
線の隣接領域色の情報を特徴量として取得する過程と,
抽出した各直線の特徴ベクトルと直線の隣接領域色の情
報とをデータベースに格納する過程と,ユーザから検索
キーとなる直線の特徴ベクトル情報と直線の隣接領域色
の情報とを入力する過程と,少なくとも検索キーとして
入力された直線の特徴ベクトルと直線の隣接領域色に類
似する特徴ベクトル群をデータベース内から検索する過
程と,その検索結果に対応する画像を求める過程とを有
し,利用者が与えた直線の情報に類似する直線を含む画
像を類似度の高い順に検索することを特徴とする直線に
よる画像の検索方法。 - 【請求項8】 類似画像検索システムを実現する画像の
検索プログラムを記録した記録媒体であって,画像内の
直線を検出する処理と,検出した直線の特徴ベクトルを
抽出する処理と,その特徴ベクトルをデータベースに格
納する処理と,ユーザから検索キーとなる直線の特徴ベ
クトル情報を入力する処理と,検索キーとして入力され
た特徴ベクトルに類似する特徴ベクトル群をデータベー
ス内から検索する処理と,その検索結果に対応する画像
を求める処理とを,計算機に実行させるプログラムを記
録したことを特徴とする直線による画像の検索プログラ
ム記録媒体。 - 【請求項9】 類似画像検索システムを実現する画像の
検索プログラムを記録した記録媒体であって,画像内の
直線を検出する処理と,検出した直線の特徴ベクトルを
抽出するとともに,その各直線の隣接領域色の情報を特
徴量として取得する処理と,抽出した各直線の特徴ベク
トルと直線の隣接領域色の情報とをデータベースに格納
する処理と,ユーザから検索キーとなる直線の特徴ベク
トル情報と直線の隣接領域色の情報とを入力する処理
と,少なくとも検索キーとして入力された直線の特徴ベ
クトルと直線の隣接領域色に類似する特徴ベクトル群を
データベース内から検索する処理と,その検索結果に対
応する画像を求める処理とを,計算機に実行させるプロ
グラムを記録したことを特徴とする直線による画像の検
索プログラム記録媒体。
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