JP2005284348A - 情報処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 yi=1で表されるポジティブサンプルと、yi=−1で表されるネガティブサンプルとをK個の弱判別器で学習する。各弱判別器の学習時において、弱判別器の判別結果と、重みの積和により、重み付き多数決の値F(x)が演算される。弱判別器の判別結果f(x)と、重みαtの積和により、重み付き多数決の値F(x)が演算され、学習閾値RLが演算される。ネガティブサンプルの数がポジティブサンプルの数の1/2以上である場合、学習閾値RLより小さい重み付き多数決の値F(x)の値が得られたとき、そのネガティブサンプルが削除される。本発明は、画像処理装置に適用できる。
【選択図】図18
Description
図5は、本実施の形態における対象物検出装置の処理機能を示す機能ブロック図である。図5に示されるように、対象物検出装置1は、入力画像として濃淡画像(輝度画像)を出力する画像出力部2、入力画像の拡大または縮小、すなわちスケーリングを行うスケーリング部3、スケーリングされた入力画像を、所定サイズのウィンドウで、例えば左上から右下に向けて順次スキャンして、ウィンドウ内の画像をウインドウ画像として出力する走査部4、並びに走査部4にて順次スキャンされた各ウィンドウ画像が対象物か非対象物かを判別する判別器5を有し、与えられる画像(入力画像)の中から対象物体の領域を示す対象物の位置および大きさを出力する。
ブースティングアルゴリズムを用いて集団学習する集団学習機6は、上述したように複数の弱判別器を複数個組み合わせ、結果的に強い判別結果が得られるよう学習する。弱判別器は、1つ1つは、極めて簡単な構成とされ、1つでは顔か顔でないかの判別能力も低いものであるが、これを例えば数百乃至数千個組み合わせることで、高い判別能力を持たせることができる。この集団学習機6は、例えば数千の学習サンプルといわれる予め正解付け(ラベリング)された対象物と非対象物、例えば顔画像と非顔画像とからならなるサンプル画像を使用し、多数の学習モデル(仮説の組み合わせ)から所定の学習アルゴリズムに従って1つの仮説を選択(学習)することで弱判別器を生成し、この弱判別器の組み合わせ方を決定していく。弱判別器はそれ自体では判別性能が低いものであるが、これらの選別、組み合わせ方により、結果的に判別能力が高い判別器を得ることができるため、集団学習機6では、弱判別器の組み合わせ方、即ち弱判別器の選別およびそれらの出力値を重み付き多数決する際の重みなどの学習をする。
本実施の形態における判別器5は、複数の弱判別器で構成される。この弱判別器は、入力される画像に含まれる全画素の中から選択された2つの画素の輝度値の差分(ピクセル間差分特徴)により顔か否かを判別する極めて簡単な構成とされる。これにより、判別工程において、弱判別器の判別結果の算出が高速化される。弱判別器に入力される画像は、学習工程では、学習サンプルであり、判別工程では、スケーリング画像から切り出されたウィンドウ画像である。
確定的な出力をする弱判別器は、ピクセル間差分特徴dの値に応じて、対象物か否かの2クラス判別を行う。対象画像領域中のある2つのピクセルの輝度値をI1、I2とし、ピクセル間差分特徴dにより対象物か否かを判別するための閾値をTh1とすると、下記式(3)を満たすか否かで、いずれのクラスに属するかを決定することができる。
確率的な出力をする弱判別器としては、上述した如く、例えばReal-AdaBoostまたはGentle Boostなどのように弱判別器が連続値を出力するものがある。この場合、弱判別器は、ある決められた一定値(閾値)により判別問題を解き、2値出力(f(x)=1または−1)する上述の場合と異なり、入力された画像が対象物である度合いを、例えば確率密度関数として出力する。
次に、打ち切り閾値について説明する。ブースティングを用いた集団学習機においては、通常は、上述したように判別器5を構成する全弱判別器の出力の重み付き多数決によりウィンドウ画像が対象物か否かを判別する。重み付き多数決は、弱判別器の判別結果(推定値)を逐次足し合わせていくことで算出される。例えば、弱判別器の個数をt(=1,・・・,K)、各弱判別器に対応する多数決の重み(信頼度)をαt、各弱判別器の出力をft(x)としたとき、AdaBoostにおける重み付き多数決の値F(x)は、下記式(7)により求めることができる。
次に、集団学習機6の学習方法について説明する。与えられたデータが、例えば顔か否かを判別する問題など、一般的な2クラス判別のパターン認識問題の前提として、予め人手によりラベリング(正解付け)された学習サンプルとなる画像(訓練データ)が用意される。学習サンプルは、検出したい対象物体の領域を切り出した画像群(ポジティブサンプル)と、全く関係のない、例えば風景画などを切り出したランダムな画像群(ネガティブサンプル)とからなる。
(A)2つのピクセル位置の組(K個)
(B)弱判別器の閾値(K個)
(C)重み付き多数決の重み(弱判別器の信頼度)(K個)
(D)打ち切り閾値(K個)
以下に、上述したような多数の学習サンプルから、上記(A)乃至(D)に示す4種類の学習データを学習するアルゴリズムを説明する。
xi∈X,yi∈{−1,1}
X:学習サンプルのデータ
Y:学習サンプルのラベル(正解)
N:学習サンプル数
次に、上述したステップS2における弱判別器の選択処理(生成方法)について説明する。弱判別器の生成は、弱判別器が2値出力の場合と、上記式(6)に示す関数f(x)として連続値を出力する場合とで異なる。また、2値出力の場合においても、上記式(3)に示されるように1つの閾値Th1で判別する場合と、式(4)または式(5)に示されるように、2つの閾値Th11,Th12,Th21,Th22で判別する場合とで処理が若干異なる。ここでは、1つの閾値Th1で2値出力する弱判別器の学習方法(生成方法)を説明する。
次に、図5に示す対象物検出装置1の対象物検出方法について説明する。
値sは下記式(17)のようになる。
Claims (8)
- データ重みを利用して弱判別器を選択する選択手段と、
選択された前記弱判別器による学習サンプルの判別結果を、信頼度により重み付けした値の累積和に基づいて基準値を演算する基準値演算手段と、
演算された前記基準値に基づいて前記学習サンプルの一部を削除する削除手段と、
削除されなかった前記学習サンプルに基づいて前記データ重みを演算する重み演算手段と、
前記重み演算手段により演算された前記データ重みを、前記選択手段による次の前記弱判別器の選択に反映する反映手段と
を備えることを特徴とする情報処理装置。 - 前記基準値演算手段は、前記弱判別器の正の判別結果を前記信頼度により重み付けして累積する
ことを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記基準値演算手段は、前記累積和の演算を並列的に行う
ことを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記基準値演算手段は、学習した前記弱判別器を利用して識別処理を行う場合に使用される識別基準値を演算するとともに、前記識別基準値より小さい学習基準値を演算し、
前記削除手段は、前記学習基準値を基準値として前記学習サンプルを削除する
ことを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記弱判別器は、前記学習サンプルの画像データの2画素の値の差と閾値との差に基づいて前記判別結果を演算する
ことを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - データ重みを利用して弱判別器を選択する選択ステップと、
選択された前記弱判別器による学習サンプルの判別結果を、信頼度により重み付けした値の累積和に基づいて基準値を演算する基準値演算ステップと、
演算された前記基準値に基づいて前記学習サンプルの一部を削除する削除ステップと、
削除されなかった前記学習サンプルに基づいて前記データ重みを演算する重み演算ステップと、
前記重み演算ステップの処理により演算された前記データ重みを、前記選択ステップの処理による次の前記弱判別器の選択に反映する反映ステップと
を含むことを特徴とする情報処理方法。 - データ重みを利用して弱判別器を選択する選択ステップと、
選択された前記弱判別器による学習サンプルの判別結果を、信頼度により重み付けした値の累積和に基づいて基準値を演算する基準値演算ステップと、
演算された前記基準値に基づいて前記学習サンプルの一部を削除する削除ステップと、
削除されなかった前記学習サンプルに基づいて前記データ重みを演算する重み演算ステップと、
前記重み演算ステップの処理により演算された前記データ重みを、前記選択ステップの処理による次の前記弱判別器の選択に反映する反映ステップと
を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。 - データ重みを利用して弱判別器を選択する選択ステップと、
選択された前記弱判別器による学習サンプルの判別結果を、信頼度により重み付けした値の累積和に基づいて基準値を演算する基準値演算ステップと、
演算された前記基準値に基づいて前記学習サンプルの一部を削除する削除ステップと、
削除されなかった前記学習サンプルに基づいて前記データ重みを演算する重み演算ステップと、
前記重み演算ステップの処理により演算された前記データ重みを、前記選択ステップの処理による次の前記弱判別器の選択に反映する反映ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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