JP2008112266A - Image processing program and image processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、画像処理対象の画像に適用する画像フィルタの最適な組合せパターンを遺伝的アルゴリズムに基づいて決定する画像処理プログラムおよび画像処理装置に関し、特に、最適なフィルタリングパターンを短時間に効率よく得ることができる画像処理プログラムおよび画像処理装置に関する。 The present invention relates to an image processing program and an image processing apparatus that determine an optimal combination pattern of image filters to be applied to an image to be processed based on a genetic algorithm, and particularly to obtain an optimal filtering pattern efficiently in a short time. The present invention relates to an image processing program and an image processing apparatus.
画像認識等の画像処理の精度を高めるには、画像処理技術そのもののアルゴリズムを工夫する以外に、画像処理の前処理である画像フィルタリング処理の質を向上させることが重要である。画像フィルタリング処理とは、処理対象の画像に対して画像フィルタの組合せパターンを適用し、画像処理に適した画像へ変換する処理である。 In order to improve the accuracy of image processing such as image recognition, it is important to improve the quality of image filtering processing, which is preprocessing of image processing, in addition to devising the algorithm of the image processing technology itself. The image filtering process is a process of applying an image filter combination pattern to an image to be processed and converting the image into an image suitable for image processing.
画像フィルタには多数の種類があり、それのいずれを、どの順序で、どの強さで適用するのが最適であるかは、対象画像の特徴や画像処理の内容によって異なる。従来は、画像フィルタの組合せパターン(以下、単に「フィルタリングパターン」という)を人が経験に基づいて決定していたため、最適なフィルタリングパターンを効率よく得ることは非常に困難であった。 There are many types of image filters, and which one is optimally applied in which order and with which strength depends on the characteristics of the target image and the content of the image processing. Conventionally, since a human determines a combination pattern of image filters (hereinafter simply referred to as “filtering pattern”) based on experience, it has been very difficult to efficiently obtain an optimal filtering pattern.
最適なフィルタリングパターンを効率よく得るため、非特許文献1には、遺伝的アルゴリズム(以下、「GA:Genetic Algorithm」という)をもちいる技術が開示されている。また、特許文献1には、適応初期には突然変異率を高くし、適応が進むに従って突然変異率を低くすることで、GAの演算を効率化させる技術が開示されている。 In order to efficiently obtain an optimal filtering pattern, Non-Patent Document 1 discloses a technique using a genetic algorithm (hereinafter referred to as “GA: Genetic Algorithm”). Patent Document 1 discloses a technique for increasing the efficiency of GA calculation by increasing the mutation rate in the initial stage of adaptation and lowering the mutation rate as adaptation proceeds.
ところで、画像処理においては、例えば、走行中の車両のナンバープレートを識別する処理のように、短時間のうちに処理結果を求める必要があることがある。非特許文献1にて開示されている技術のように、一般的なGAの手法をもちいる方法は、総当りで解を求める方法に比べれば短い時間で最適なフィルタリングパターンを得ることができるものの、それでも相当な処理時間を要するものであった。 By the way, in image processing, for example, it may be necessary to obtain a processing result within a short time, such as processing for identifying a license plate of a running vehicle. Like the technique disclosed in Non-Patent Document 1, a method using a general GA method can obtain an optimal filtering pattern in a shorter time than a method of finding a solution with brute force. Still, it took considerable processing time.
また、特許文献1にて開示されている技術のように、適応度に応じて突然変異率を変化させれば、GAの演算を高速化することができると想定されるが、具体的にどのような適応度のときに突然変異率をどのように設定すれば最も効率よく最適なフィルタリングパターンを得ることができるかは不明であった。 In addition, as in the technique disclosed in Patent Document 1, it is assumed that if the mutation rate is changed according to the fitness, the GA calculation can be speeded up. It was unclear how the mutation rate was set when the fitness was such that the optimal filtering pattern could be obtained most efficiently.
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、最適なフィルタリングパターンを短時間に効率よく得ることができる画像処理プログラムおよび画像処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and an object thereof is to provide an image processing program and an image processing apparatus capable of efficiently obtaining an optimum filtering pattern in a short time. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一つの態様では、画像処理対象の画像に適用する画像フィルタの最適な組合せパターンを遺伝的アルゴリズムに基づいて決定する画像処理プログラムであって、適応度が50%以下のときは、画像フィルタの組合せパターンを表す遺伝子の突然変異率を少なくとも90%以上とし、適応度が80%以上のときは、前記突然変異率を多くとも30%以下とすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, one aspect of the present invention is an image processing program that determines an optimal combination pattern of image filters to be applied to an image to be processed based on a genetic algorithm. When the fitness is 50% or less, the mutation rate of the gene representing the image filter combination pattern is at least 90% or more, and when the fitness is 80% or more, the mutation rate is at most 30%. It is characterized as follows.
また、本発明の他の態様では、画像処理対象の画像に適用する画像フィルタの最適な組合せパターンを遺伝的アルゴリズムに基づいて決定する画像処理装置であって、適応度が50%以下のときは、画像フィルタの組合せパターンを表す遺伝子の突然変異率を少なくとも90%以上とし、適応度が80%以上のときは、前記突然変異率を多くとも30%以下とすることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, the image processing apparatus determines an optimal combination pattern of image filters to be applied to an image to be processed based on a genetic algorithm, and when the fitness is 50% or less. The mutation rate of the gene representing the combination pattern of image filters is at least 90% or more, and when the fitness is 80% or more, the mutation rate is at most 30% or less.
また、本発明の他の態様では、画像処理対象の画像に適用する画像フィルタの最適な組合せパターンを遺伝的アルゴリズムに基づいて決定する画像処理方法であって、適応度が50%以下のときは、画像フィルタの組合せパターンを表す遺伝子の突然変異率を少なくとも90%以上とし、適応度が80%以上のときは、前記突然変異率を多くとも30%以下とすることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided an image processing method for determining an optimal combination pattern of image filters to be applied to an image to be processed based on a genetic algorithm, when the fitness is 50% or less. The mutation rate of the gene representing the combination pattern of image filters is at least 90% or more, and when the fitness is 80% or more, the mutation rate is at most 30% or less.
また、本発明の他の態様では、上記の発明の態様において、複数の画像フィルタの使用有無、適用順序および強度を表すビットパターンを有する遺伝子を遺伝的アルゴリズムに基づいて処理することにより、前記画像フィルタの最適な組合せパターンを決定することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, in the above aspect of the present invention, the image having a bit pattern representing presence / absence of use, application order, and intensity of a plurality of image filters is processed based on a genetic algorithm. It is characterized by determining an optimum combination pattern of filters.
本発明によれば、適応度が50%以下のときは、画像フィルタの組合せパターンを表す遺伝子の突然変異率を少なくとも90%以上とし、適応度が80%以上のときは、前記突然変異率を多くとも30%以下として、画像フィルタの最適な組合せパターンを遺伝的アルゴリズムに基づいて決定することとしたので、遺伝的アルゴリズムの弱点である局所解に陥ることなく、所望の結果を短時間に効率よく得ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, when the fitness is 50% or less, the mutation rate of the gene representing the image filter combination pattern is at least 90%, and when the fitness is 80% or more, the mutation rate is Since the optimal combination pattern of image filters is determined based on the genetic algorithm at most 30% or less, the desired result can be efficiently obtained in a short time without falling into a local solution that is a weak point of the genetic algorithm. There is an effect that it can be obtained well.
以下に添付図面を参照して、本発明に係る画像処理プログラムおよび画像処理装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of an image processing program and an image processing apparatus according to the present invention are explained in detail below with reference to the accompanying drawings.
まず、画像処理のおおまかな処理の流れについて説明する。図1は、画像処理のおおまかな処理の流れを示す図である。同図は、パターンマッチングにより、原画像11から目的画像21と一致する部分を探索するための処理の流れを示している。 First, a general processing flow of image processing will be described. FIG. 1 is a diagram showing a general processing flow of image processing. This figure shows a flow of processing for searching for a portion matching the target image 21 from the original image 11 by pattern matching.
原画像11と目的画像21は、比較に先立って、フィルタリング処理31を施され、それぞれ、処理済原画像12と処理済目的画像22へ変換される。そして、処理済原画像12と処理済目的画像22に対して画像処理32を実行することにより、原画像11から目的画像21と最も一致度合いが高い部分が選択される。 Prior to the comparison, the original image 11 and the target image 21 are subjected to a filtering process 31 and converted into a processed original image 12 and a processed target image 22, respectively. Then, by executing image processing 32 on the processed original image 12 and the processed target image 22, a portion having the highest degree of coincidence with the target image 21 is selected from the original image 11.
フィルタリング処理31は、原画像11と目的画像21を、二値化や平滑化等により画像処理32の実行に適した画像に変換する処理であり、各種の画像フィルタの組合せであるフィルタリングパターンを画像に適用することにより実現される。画像処理32で良好な結果を得るには、フィルタリング処理31において、原画像11と目的画像21の特徴に応じて、最適なフィルタリングパターンを適用する必要がある。 The filtering process 31 is a process of converting the original image 11 and the target image 21 into an image suitable for the execution of the image process 32 by binarization, smoothing, or the like. A filtering pattern that is a combination of various image filters is converted into an image It is realized by applying to. In order to obtain a good result in the image processing 32, it is necessary to apply an optimal filtering pattern in the filtering processing 31 according to the characteristics of the original image 11 and the target image 21.
次に、本実施例に係る画像処理装置100の構成について説明する。図2は、本実施例に係る画像処理装置100の構成を示す図である。同図に示すように、画像処理装置100は、制御部110と、記憶部120と、入力部130と、表示部140とを有する。入力部130は、利用者が指示等を入力する装置であり、キーボード等からなる。表示部140は、各種図形情報や文字情報を表示する装置であり、液晶表示装置等からなる。 Next, the configuration of the image processing apparatus 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the image processing apparatus 100 according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 1, the image processing apparatus 100 includes a control unit 110, a storage unit 120, an input unit 130, and a display unit 140. The input unit 130 is a device for a user to input instructions and the like, and includes a keyboard and the like. The display unit 140 is a device that displays various graphic information and character information, and includes a liquid crystal display device or the like.
制御部110は、画像処理装置100を全体制御する制御部であり、画像入力部111と、初期集団生成部112と、選択部113と、交叉部114と、フィルタ部115と、画像処理部116と、適応度評価部117と、突然変異部118とを有する。 The control unit 110 is a control unit that controls the entire image processing apparatus 100, and includes an image input unit 111, an initial group generation unit 112, a selection unit 113, a crossover unit 114, a filter unit 115, and an image processing unit 116. A fitness evaluation unit 117 and a mutation unit 118.
画像入力部111は、原画像11や目的画像21の入力を受け付け、記憶部120の画像記憶部121に記憶させる処理部である。初期集団生成部112は、それぞれが異なるフィルタリングパターンを表す遺伝子を所定の個数だけ生成し、記憶部120の遺伝子記憶部122に記憶させる処理部である。 The image input unit 111 is a processing unit that receives input of the original image 11 and the target image 21 and stores them in the image storage unit 121 of the storage unit 120. The initial population generation unit 112 is a processing unit that generates a predetermined number of genes each representing a different filtering pattern and stores the gene in the gene storage unit 122 of the storage unit 120.
選択部113は、遺伝子記憶部122から遺伝子のペアを選択する処理部であり、交叉部114は、選択部113によって選択された遺伝子のペアに対して交叉を実行する処理部である。フィルタ部115は、交叉部114によって新たに生成された遺伝子のペアのそれぞれに対応するフィルタリングパターンを原画像11と目的画像21に適用し、処理済原画像12と処理済目的画像22のペアを2つ生成する処理部である。 The selection unit 113 is a processing unit that selects a gene pair from the gene storage unit 122, and the crossover unit 114 is a processing unit that performs crossover on the gene pair selected by the selection unit 113. The filter unit 115 applies a filtering pattern corresponding to each gene pair newly generated by the crossover unit 114 to the original image 11 and the target image 21, and sets the pair of the processed original image 12 and the processed target image 22. Two processing units are generated.
画像処理部116は、フィルタ部115によって生成された処理済原画像12と処理済目的画像22のペアごとに所定の画像処理を実行する処理部であり、適応度評価部117は、画像処理部116の処理結果に基づいて、処理済原画像12と処理済目的画像22のペアごとに適応度を評価する処理部である。 The image processing unit 116 is a processing unit that executes predetermined image processing for each pair of the processed original image 12 and the processed target image 22 generated by the filter unit 115. The fitness evaluation unit 117 is an image processing unit. The processing unit evaluates the fitness for each pair of the processed original image 12 and the processed target image 22 based on the processing result of 116.
ここでいう適応度とは、画像処理部116の処理目的がどれだけ達成されているかを表す数値であり、例えば、パターンマッチング処理の場合、処理済原画像12と処理済目的画像22が最もマッチするように重ね合わせた場合の両画像の差の大きさ(例えば、ユークリッド距離)に基づいて求められる。パターンマッチング処理の場合、概ね90%以上の適応度であれば目的がほぼ達成されたとみなすことができる。 The fitness here is a numerical value indicating how much the processing purpose of the image processing unit 116 is achieved. For example, in the case of pattern matching processing, the processed original image 12 and the processed target image 22 are the best match. Thus, it is obtained based on the magnitude of the difference between the two images (for example, the Euclidean distance) when superimposed. In the case of the pattern matching process, if the fitness is approximately 90% or more, it can be considered that the object is almost achieved.
突然変異部118は、遺伝子記憶部122に記憶されている遺伝子に対して突然変異の操作を実行し、遺伝子の内容を変化させる処理部である。突然変異部118は、最適なフィルタリングパターンを効率よく得るために、適応度評価部117において得られた高い方の適応度の値に応じて、突然変異率を動的に変動させる。 The mutation unit 118 is a processing unit that performs a mutation operation on the gene stored in the gene storage unit 122 and changes the content of the gene. The mutation unit 118 dynamically varies the mutation rate according to the higher fitness value obtained by the fitness evaluation unit 117 in order to efficiently obtain the optimum filtering pattern.
記憶部120は、各種情報を記憶する記憶部であり、画像記憶部121と、遺伝子記憶部122と、設定情報記憶部123とを有する。画像記憶部121は、画像処理対象である原画像11や目的画像21を記憶する処理部であり、遺伝子記憶部122は、フィルタリングパターンを表す遺伝子群を記憶する記憶部である。設定情報記憶部123は、画像処理装置100が動作するための各種設定情報が予め記憶される記憶部である。 The storage unit 120 is a storage unit that stores various types of information, and includes an image storage unit 121, a gene storage unit 122, and a setting information storage unit 123. The image storage unit 121 is a processing unit that stores the original image 11 and the target image 21 that are image processing targets, and the gene storage unit 122 is a storage unit that stores a gene group representing a filtering pattern. The setting information storage unit 123 is a storage unit in which various setting information for operating the image processing apparatus 100 is stored in advance.
次に、画像処理装置100の処理手順について説明する。図3は、画像処理装置100の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、画像処理装置100が動作するに当たって、まず、画像入力部111が、目的画像21の入力を受け付けて画像記憶部121に記憶させ(ステップS101)、原画像11の入力を受け付けて画像記憶部121に記憶させる(ステップS102)。 Next, the processing procedure of the image processing apparatus 100 will be described. FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the image processing apparatus 100. As shown in the figure, when the image processing apparatus 100 operates, first, the image input unit 111 receives an input of the target image 21 and stores it in the image storage unit 121 (step S101), and inputs the input of the original image 11. The image is received and stored in the image storage unit 121 (step S102).
例えば、画像処理の内容が、原画像11の中から目的画像21をみつけだすパターンマッチング処理の場合、図4に示す回路図の画像が原画像11となり、図5に示すような電子部品の画像が目的画像21となる。 For example, when the content of the image processing is pattern matching processing for finding the target image 21 from the original image 11, the image of the circuit diagram shown in FIG. 4 becomes the original image 11, and the image of the electronic component as shown in FIG. The target image 21 is obtained.
なお、これらの画像は、画像処理装置100が備える媒体読取装置(図示せず)を介して入力されるものとしてもよいし、画像処理装置100が接続されたネットワークを通じて他の装置から転送されるものとしてもよい。また、これらの画像を画像記憶部121に記憶させる段階で、後続の処理を高速化させるため、グレースケール化や平滑化といった画像処理のための必須のフィルタ処理を予め画像に施しておくこととしてもよい。 These images may be input via a medium reading device (not shown) included in the image processing apparatus 100, or transferred from another apparatus through a network to which the image processing apparatus 100 is connected. It may be a thing. In addition, in order to increase the speed of subsequent processing at the stage of storing these images in the image storage unit 121, it is assumed that indispensable filter processing for image processing such as gray scale and smoothing is performed on the image in advance. Also good.
続いて、初期集団生成部112が、遺伝子を生成し、遺伝子記憶部122に記憶させる(ステップS103)。初期集団生成部112は、設定情報記憶部123に記憶された情報にしたがって、所定の長さをもったビット列を遺伝子として所定の数だけ生成する。 Subsequently, the initial population generation unit 112 generates genes and stores them in the gene storage unit 122 (step S103). The initial population generation unit 112 generates a predetermined number of bit strings having a predetermined length as genes according to the information stored in the setting information storage unit 123.
図6は、遺伝子の各ビットの意味付けの一例を示す図である。同図に示す例では、遺伝子の1〜4ビットは、遺伝子を識別するための識別子を表し、5〜12ビットは、2ビットごとにフィルタA〜Dの適用順序を表している。そして、13〜20ビットは、2ビットごとにフィルタA〜Dを適用する強度を表し、21〜24ビットは、1ビットごとにフィルタA〜Dを使用するかを表している。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the meaning of each bit of a gene. In the example shown in the figure, 1 to 4 bits of the gene represent an identifier for identifying the gene, and 5 to 12 bits represent the application order of the filters A to D every 2 bits. The 13 to 20 bits represent the strength at which the filters A to D are applied every 2 bits, and the 21 to 24 bits represent whether the filters A to D are used for each 1 bit.
この例のように、遺伝子が24ビットの長さをもつ場合、フィルタA〜Dの4種類の画像フィルタの使用有無、強度および適用順序を各遺伝子に格納することができる。そして、遺伝子のビット数を増やすことにより、さらに多数の画像フィルタの組合せに関する情報を各遺伝子に設定することができ、また、原画像11において目的画像21を探索する領域を限定する情報のように、多様な情報を各遺伝子に設定することも可能になる。 As in this example, when a gene has a length of 24 bits, the presence / absence, strength, and application order of the four types of image filters of filters A to D can be stored in each gene. Further, by increasing the number of bits of a gene, information related to a larger number of image filter combinations can be set for each gene, and as in the information for limiting the search area of the target image 21 in the original image 11 Various information can be set for each gene.
なお、初期集団生成部112は、乱数を発生させて、ランダムに遺伝子を生成することとしてもよいし、与えられた設定にしたがって内容の偏りを調整しながら遺伝子を生成することとしてもよい。 The initial population generation unit 112 may generate a random number by generating a random number, or may generate a gene while adjusting the content bias according to a given setting.
続いて、選択部113が、遺伝子記憶部122から遺伝子を2つ選択し(ステップS104)、交叉部114が、選択された2つの遺伝子を交叉させる(ステップS105)。交叉とは、2つの遺伝子の一部を入れ替える処理である。交叉部114は、2つの遺伝子の一部を入れ替えるため、設定情報記憶部123に記憶された情報にしたがって、1点交叉や2点交叉等を実行する。 Subsequently, the selection unit 113 selects two genes from the gene storage unit 122 (step S104), and the crossover unit 114 crosses the two selected genes (step S105). Crossover is a process of exchanging part of two genes. The crossover unit 114 performs one-point crossover, two-point crossover, or the like according to the information stored in the setting information storage unit 123 in order to replace a part of two genes.
1点交叉とは、図7に示すように、遺伝子41aと遺伝子42aが交叉する点をランダムに1つ選び、その点より後を入れ換えて遺伝子41bと遺伝子42bを生成する手法である。2点交叉とは、図8に示すように、遺伝子43aと遺伝子44aが交叉する点をランダムに2つ選び、それらの点に挟まれている部分を入れ換えて遺伝子43bと遺伝子44bを生成する手法である。 As shown in FIG. 7, the one-point crossing is a method of randomly selecting one point where the gene 41a and the gene 42a cross each other and exchanging the points after that to generate the gene 41b and the gene 42b. As shown in FIG. 8, the two-point crossing is a method of generating two genes 43b and 44b by randomly selecting two points where the genes 43a and 44a cross each other, and exchanging the portion sandwiched between these points. It is.
続いて、フィルタ部115が、交叉により生成された2つの遺伝子に対応するフィルタリングパターンを生成し(ステップS106)、それぞれのフィルタリングパターンを原画像11と目的画像21に適用し、処理済原画像12と処理済目的画像22を2つずつ生成する(ステップS107)。 Subsequently, the filter unit 115 generates filtering patterns corresponding to the two genes generated by the crossover (step S106), applies the respective filtering patterns to the original image 11 and the target image 21, and the processed original image 12 And two processed target images 22 are generated (step S107).
続いて、画像処理部116が、一方のフィルタリングパターンの適用で生成された処理済原画像12と処理済目的画像22をもちいて画像処理を実行し、さらに、他方のフィルタリングパターンの適用で生成された処理済原画像12と処理済目的画像22をもちいて画像処理を実行する(ステップS108)。 Subsequently, the image processing unit 116 performs image processing using the processed original image 12 and the processed target image 22 generated by applying one filtering pattern, and further generated by applying the other filtering pattern. Image processing is executed using the processed original image 12 and the processed target image 22 (step S108).
そして、適応度評価部117が、それぞれの画像処理の処理結果の適応度を評価する(ステップS109)。そして、高い方の適応度が、設定情報記憶部123に記憶された閾値よりも大きい場合、もしくは、選択から突然変異の一連の処理を実行した世代数が設定情報記憶部123に記憶された最大世代数を超えた場合(ステップS110肯定)、適応度が高い方の処理結果を最終的な処理結果とし、その処理結果に対応するフィルタリングパターンを最適なフィルタリングパターンとして処理を終了させる。 Then, the fitness evaluation unit 117 evaluates the fitness of each image processing result (step S109). When the higher fitness is greater than the threshold value stored in the setting information storage unit 123, or the maximum number of generations that have performed a series of mutation processes from selection is stored in the setting information storage unit 123. When the number of generations is exceeded (Yes at step S110), the processing result with the higher fitness is set as the final processing result, and the processing is terminated with the filtering pattern corresponding to the processing result as the optimal filtering pattern.
ここで、世代数が予め設定された最大世代数を超えた場合にも処理を終了させているのは、選択〜突然変異の一連の処理を繰り返しても適応度が閾値を超えずに、処理が完了しなくなることを避けるためである。 Here, even when the number of generations exceeds the preset maximum number of generations, the process is terminated because the fitness does not exceed the threshold even if a series of processes of selection to mutation is repeated. This is to avoid that the process is not completed.
一方、いずれの終了条件も満たされない場合は(ステップS110否定)、突然変異部118が、適応度評価部117において求められた高い方の適応度に基づいて突然変異率を決定し(ステップS111)、遺伝子記憶部122に記憶されている遺伝子から突然変異率の分だけの遺伝子を選択し、部分的にビットを反転させる等の処理をおこなって内容を変化させる(ステップS112)。 On the other hand, when none of the termination conditions is satisfied (No at Step S110), the mutation unit 118 determines the mutation rate based on the higher fitness obtained by the fitness evaluation unit 117 (Step S111). Then, the gene corresponding to the mutation rate is selected from the genes stored in the gene storage unit 122, and the contents are changed by performing processing such as partially inverting the bits (step S112).
こうして、1世代分の処理を完了した後、画像処理装置100は、ステップS104に戻って次の世代の処理を実行する。 After completing the process for one generation in this way, the image processing apparatus 100 returns to step S104 and executes the process for the next generation.
上記の処理手順において、突然変異部118は、具体的には、適応度が50%以下のときは、突然変異率を少なくとも90%以上とし、適応度が80%以上のときは、突然変異率を多くとも30%以下とする。 In the above processing procedure, the mutation unit 118 specifically sets the mutation rate to at least 90% when the fitness is 50% or less, and sets the mutation rate to 80% or more when the fitness is 80% or more. Is at most 30%.
GAをもちいたフィルタリングパターンの探索の初期において、適応度が低い段階では、突然変異率を高く設定することにより、早期に最適解に近付き易くなるとともに、局所解に陥ることがあるというGAの弱点を解消することができる。また、最適解に近付き、適応度が高くなった段階では、突然変異率を低く設定することにより、急激に適応度が低化することを避けることができる。 In the initial stage of searching filtering patterns using GA, at a low fitness level, by setting a high mutation rate, it becomes easier to get close to the optimal solution at an early stage, and GA's weak point that it may fall into a local solution Can be eliminated. In addition, when the fitness level approaches the optimal solution and the fitness level becomes high, it is possible to avoid a rapid decrease in fitness level by setting the mutation rate low.
図9は、突然変異率の最適値を求めるための実験結果を示す図である。同図は、入力された課題に対し5%の固定突然変異率でGAによる交配を行い、このときの適応度を初期適応度とし、その後は、適応度に応じて突然変異率を変動させて遺伝子を操作し、200世代目という比較的早い世代での適応度を示したものである。 FIG. 9 is a diagram showing experimental results for obtaining the optimum value of the mutation rate. The figure shows that the input task is crossed by GA with a fixed mutation rate of 5%, and the fitness at this time is set as the initial fitness, and then the mutation rate is changed according to the fitness. The gene is manipulated to show the fitness in a relatively early generation of the 200th generation.
(a)の部分は、適応度が50%以下のときは突然変異率が少なくとも90%以上となるように処理を実行した場合の適応度であり、非常に高い適応度(80%以上)となっていることがわかる。また、(b)の部分は、適応度80が%以上のときは突然変異率が多くとも30%以下となるように処理した場合の適応度であり、(a)よりもさらに高い適応度(90%以上)になっていることがわかる。 The part (a) is the fitness when the process is executed so that the mutation rate is at least 90% or more when the fitness is 50% or less, and the fitness is very high (80% or more). You can see that The portion (b) is the fitness when processing so that the mutation rate is at most 30% when the fitness 80 is greater than or equal to 80%. 90% or more).
このように、適応度が50%以下のときは、突然変異率を少なくとも90%以上とし、適応度が80%以上のときは、突然変異率を多くとも30%以下とすることにより、画像処理において、十分高い適応度をもったフィルタリングパターンを、早期に取得することができる。 Thus, when the fitness level is 50% or less, the mutation rate is at least 90% or more, and when the fitness level is 80% or more, the mutation rate is at most 30% or less. The filtering pattern having a sufficiently high fitness can be acquired at an early stage.
図10は、突然変異率を固定にした場合の適応度の推移を示す図であり、世代を1500以上重ねても適応度がマッチング領域に達していない。一方、図11は、突然変異率を上記のように可変にした場合の適応度の推移を示す図であり、600世代程度の比較的早い世代で適応度がマッチング領域に達している。 FIG. 10 is a diagram showing the transition of the fitness when the mutation rate is fixed, and the fitness does not reach the matching region even if the generations are over 1,500. On the other hand, FIG. 11 is a diagram showing the transition of the fitness when the mutation rate is made variable as described above. The fitness reaches the matching region in a relatively early generation of about 600 generations.
なお、図2に示した本実施例に係る画像処理装置100の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができる。例えば、画像処理装置100の制御部110の機能をソフトウェアとして実装し、これをコンピュータで実行することにより、画像処理装置100と同等の機能を実現することもできる。以下に、制御部110の機能をソフトウェアとして実装した画像処理プログラム1071を実行するコンピュータの一例を示す。 The configuration of the image processing apparatus 100 according to the present embodiment shown in FIG. 2 can be variously changed without departing from the gist of the present invention. For example, the functions of the control unit 110 of the image processing apparatus 100 are implemented as software, and the functions equivalent to those of the image processing apparatus 100 can be realized by executing the functions with a computer. An example of a computer that executes an image processing program 1071 in which the function of the control unit 110 is implemented as software is shown below.
図12は、画像処理プログラム1071を実行するコンピュータ1000を示す機能ブロック図である。このコンピュータ1000は、各種演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)1010と、ユーザからのデータの入力を受け付ける入力装置1020と、各種情報を表示するモニタ1030と、記録媒体からプログラム等を読み取る媒体読取り装置1040と、ネットワークを介して他のコンピュータとの間でデータの授受をおこなうネットワークインターフェース装置1050と、各種情報を一時記憶するRAM(Random Access Memory)1060と、ハードディスク装置1070とをバス1080で接続して構成される。 FIG. 12 is a functional block diagram illustrating a computer 1000 that executes the image processing program 1071. The computer 1000 includes a CPU (Central Processing Unit) 1010 that executes various arithmetic processes, an input device 1020 that receives input of data from a user, a monitor 1030 that displays various information, and a medium that reads a program from a recording medium. A bus 1080 includes a reading device 1040, a network interface device 1050 that exchanges data with other computers via a network, a RAM (Random Access Memory) 1060 that temporarily stores various information, and a hard disk device 1070. Connected and configured.
そして、ハードディスク装置1070には、図2に示した制御部110と同様の機能を有する画像処理プログラム1071が記憶される。また、ハードディスク装置1070には、図2に示した画像記憶部121に記憶される画像に対応する画像データ1072と、遺伝子記憶部122に記憶される遺伝子に対応する遺伝子データ1073と、設定情報記憶部123に記憶される設定情報に対応する設定データ1074とが記憶される。なお、画像データ1072、遺伝子データ1073および設定データ1074を、適宜分散させ、ネットワークを介して接続された他のコンピュータに記憶させておくこともできる。 The hard disk device 1070 stores an image processing program 1071 having the same function as that of the control unit 110 shown in FIG. The hard disk device 1070 also includes image data 1072 corresponding to the image stored in the image storage unit 121 shown in FIG. 2, gene data 1073 corresponding to the gene stored in the gene storage unit 122, and setting information storage. Setting data 1074 corresponding to the setting information stored in the unit 123 is stored. Note that the image data 1072, the gene data 1073, and the setting data 1074 may be appropriately distributed and stored in another computer connected via a network.
そして、CPU1010が画像処理プログラム1071をハードディスク装置1070から読み出してRAM1060に展開することにより、画像処理プログラム1071は、画像処理プロセス1061として機能するようになる。そして、画像処理プロセス1061は、画像データ1072等から読み出した情報を適宜RAM1060上の自身に割り当てられた領域に展開し、この展開したデータ等に基づいて各種データ処理を実行する。 Then, the CPU 1010 reads the image processing program 1071 from the hard disk device 1070 and develops it in the RAM 1060, whereby the image processing program 1071 functions as the image processing process 1061. The image processing process 1061 expands information read from the image data 1072 and the like in an area allocated to itself on the RAM 1060 as appropriate, and executes various data processing based on the expanded data and the like.
なお、上記の画像処理プログラム1071は、必ずしもハードディスク装置1070に格納されている必要はなく、CD−ROM等の記憶媒体に記憶されたこのプログラムを、コンピュータ1000が読み出して実行するようにしてもよい。また、公衆回線、インターネット、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)等を介してコンピュータ1000に接続される他のコンピュータ(またはサーバ)等にこのプログラムを記憶させておき、コンピュータ1000がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。 The image processing program 1071 is not necessarily stored in the hard disk device 1070. The computer 1000 may read and execute the program stored in a storage medium such as a CD-ROM. . The computer 1000 stores the program in another computer (or server) connected to the computer 1000 via a public line, the Internet, a LAN (Local Area Network), a WAN (Wide Area Network), or the like. You may make it read and run a program from these.
上述してきたように、本実施例では、適応度評価部117が評価した適応度が、50%以下のときは、画像フィルタの組合せパターンを表す遺伝子の突然変異率を少なくとも90%以上とし、前記の適応度が80%以上のときは、前記突然変異率を多くとも30%以下として、突然変異部118が突然変異の操作をおこなうように構成したので、遺伝的アルゴリズムの弱点である局所解に陥ることなく、所望の結果を短時間に効率よく得ることができる。 As described above, in this embodiment, when the fitness evaluated by the fitness evaluation unit 117 is 50% or less, the mutation rate of the gene representing the combination pattern of the image filter is set to at least 90%, When the fitness level of the algorithm is 80% or more, the mutation rate is set to 30% or less, and the mutation unit 118 is configured to perform the mutation operation. The desired result can be obtained efficiently in a short time without falling.
なお、上記の実施例では、処理対象の画像に実際に画像処理を実行して適応度を算出しているが、適応度の算出は評価関数等をもちいておこない、画像処理は、最適なフィルタリングパターンが得られた後に、その最適なフィルタリングパターンを適用した後の画像に対してのみ実行することとしてもよい。 In the above embodiment, the fitness is calculated by actually executing the image processing on the image to be processed. However, the fitness is calculated by using an evaluation function or the like, and the image processing is performed by optimal filtering. After the pattern is obtained, it may be executed only on the image after applying the optimum filtering pattern.
(付記1)画像処理対象の画像に適用する画像フィルタの最適な組合せパターンを遺伝的アルゴリズムに基づいて決定する画像処理プログラムであって、
適応度が50%以下のときは、画像フィルタの組合せパターンを表す遺伝子の突然変異率を少なくとも90%以上とし、
適応度が80%以上のときは、前記突然変異率を多くとも30%以下とすることを特徴とする画像処理プログラム。
(Appendix 1) An image processing program for determining an optimal combination pattern of image filters to be applied to an image to be processed based on a genetic algorithm,
When the fitness is 50% or less, the mutation rate of the gene representing the combination pattern of the image filter is at least 90%,
An image processing program characterized in that when the fitness is 80% or more, the mutation rate is at most 30%.
(付記2)複数の画像フィルタの使用有無、適用順序および強度を表すビットパターンを有する遺伝子を遺伝的アルゴリズムに基づいて処理することにより、前記画像フィルタの最適な組合せパターンを決定することを特徴とする付記1に記載の画像処理プログラム。 (Additional remark 2) The optimal combination pattern of the said image filter is determined by processing the gene which has a bit pattern showing the presence or absence of a some image filter, an application order, and intensity | strength based on a genetic algorithm, The image processing program according to appendix 1.
(付記3)画像処理対象の画像に適用する画像フィルタの最適な組合せパターンを遺伝的アルゴリズムに基づいて決定する画像処理装置であって、
適応度が50%以下のときは、画像フィルタの組合せパターンを表す遺伝子の突然変異率を少なくとも90%以上とし、
適応度が80%以上のときは、前記突然変異率を多くとも30%以下とすることを特徴とする画像処理装置。
(Appendix 3) An image processing apparatus that determines an optimal combination pattern of image filters to be applied to an image to be processed based on a genetic algorithm,
When the fitness is 50% or less, the mutation rate of the gene representing the combination pattern of the image filter is at least 90%,
An image processing apparatus characterized in that when the fitness is 80% or more, the mutation rate is at most 30%.
(付記4)画像処理対象の画像に適用する画像フィルタの最適な組合せパターンを遺伝的アルゴリズムに基づいて決定する画像処理方法であって、
適応度が50%以下のときは、画像フィルタの組合せパターンを表す遺伝子の突然変異率を少なくとも90%以上とし、
適応度が80%以上のときは、前記突然変異率を多くとも30%以下とすることを特徴とする画像処理方法。
(Appendix 4) An image processing method for determining an optimal combination pattern of image filters to be applied to an image to be processed based on a genetic algorithm,
When the fitness is 50% or less, the mutation rate of the gene representing the combination pattern of the image filter is at least 90%,
An image processing method characterized in that when the fitness is 80% or more, the mutation rate is at most 30%.
以上のように、本発明に係る画像処理プログラムおよび画像処理装置は、画像処理対象の画像に適用する画像フィルタの最適な組合せパターンを決定する場合に有用であり、特に、最適なフィルタリングパターンを短時間に効率よく得ることが必要な場合に適している。 As described above, the image processing program and the image processing apparatus according to the present invention are useful for determining an optimum combination pattern of image filters to be applied to an image to be image processed, and in particular, shortening an optimum filtering pattern. It is suitable when it is necessary to obtain efficiently in time.
11 原画像
12 処理済原画像
21 目的画像
22 処理済目的画像
31 フィルタリング処理
32 画像処理
41a〜44a、41b〜44b 遺伝子
100 画像処理装置
110 制御部
111 画像入力部
112 初期集団生成部
113 選択部
114 交叉部
115 フィルタ部
116 画像処理部
117 適応度評価部
118 突然変異部
120 記憶部
121 画像記憶部
122 遺伝子記憶部
123 設定情報記憶部
130 入力部
140 表示部
1000 コンピュータ
1010 CPU
1020 入力装置
1030 モニタ
1040 媒体読取り装置
1050 ネットワークインターフェース装置
1060 RAM
1061 画像処理プロセス
1070 ハードディスク装置
1071 画像処理プログラム
1072 画像データ
1073 遺伝子データ
1074 設定データ
1080 バス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Original image 12 Processed original image 21 Target image 22 Processed target image 31 Filtering process 32 Image processing 41a-44a, 41b-44b Gene 100 Image processing apparatus 110 Control part 111 Image input part 112 Initial population generation part 113 Selection part 114 Crossing section 115 Filter section 116 Image processing section 117 Fitness evaluation section 118 Mutation section 120 Storage section 121 Image storage section 122 Gene storage section 123 Setting information storage section 130 Input section 140 Display section 1000 Computer 1010 CPU
1020 Input device 1030 Monitor 1040 Medium reader 1050 Network interface device 1060 RAM
1061 Image processing process 1070 Hard disk device 1071 Image processing program 1072 Image data 1073 Gene data 1074 Setting data 1080 Bus
Claims (3)
適応度が50%以下のときは、画像フィルタの組合せパターンを表す遺伝子の突然変異率を少なくとも90%以上とし、
適応度が80%以上のときは、前記突然変異率を多くとも30%以下とすることを特徴とする画像処理プログラム。 An image processing program for determining an optimal combination pattern of image filters to be applied to an image to be processed based on a genetic algorithm,
When the fitness is 50% or less, the mutation rate of the gene representing the combination pattern of the image filter is at least 90%,
An image processing program characterized in that when the fitness is 80% or more, the mutation rate is at most 30%.
適応度が50%以下のときは、画像フィルタの組合せパターンを表す遺伝子の突然変異率を少なくとも90%以上とし、
適応度が80%以上のときは、前記突然変異率を多くとも30%以下とすることを特徴とする画像処理装置。 An image processing apparatus for determining an optimal combination pattern of image filters to be applied to an image to be processed based on a genetic algorithm,
When the fitness is 50% or less, the mutation rate of the gene representing the combination pattern of the image filter is at least 90%,
An image processing apparatus characterized in that when the fitness is 80% or more, the mutation rate is at most 30%.
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