JP2008271066A - Quantitative evaluation method on shade pattern of paper or sheet-shaped base material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quantitative evaluation method of a paper or a sheet-shaped base material applying a shade pattern which increases a correlation with an organoleptic evaluation more by selecting and using a feature quantity of an image expressibly in consonance with organoleptic evaluation results. <P>SOLUTION: An estimation value of an average preference is calculated to a plurality of papers or sheet-shaped base materials from the organoleptic evaluation results by a paired comparison, a difference value is calculated from the calculated estimation value, the feature quantity which has extracted an image feature by using a statistical image processing is converted into a new feature quantity, a linear regression equation is calculated from the difference value of the estimation value of the average preference and a relative value by an Euclidean distance from the feature quantity obtained the statistical image processing, a prediction value of the difference value of the estimation value of the average preference is calculated from the linear regression equation, a coefficient of correlation is calculated from the difference value of the estimation value of the average preference and the prediction value of the difference value of the estimation value of the average preference, an average coefficient of correlation is calculated from a cross examination, the linear regression equation is decided by the calculated average coefficient of correlation, and the shade pattern is evaluated. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、紙又はシート状基材に施された濃淡模様の定量的評価方法に関するものであり、特に、濃淡模様が施された紙又はシート状基材を、官能評価と相関がある統計的画像処理を用いた定量的評価方法に関する。   The present invention relates to a method for quantitative evaluation of a shading pattern applied to paper or a sheet-like substrate, and in particular, a statistically correlated paper or sheet-like substrate with a shading pattern correlated with sensory evaluation. The present invention relates to a quantitative evaluation method using image processing.

従来、紙又はシート状基材に施された濃淡模様を評価する場合は、一般的に人間の感覚によって評価される官能評価によって行われていた。つまり、人間の目視による官能評価によって濃淡模様の評価がなされていた。   Conventionally, when evaluating a shading pattern applied to a paper or sheet-like base material, it is generally performed by sensory evaluation evaluated by human senses. In other words, the shading pattern was evaluated by sensory evaluation by human eyes.

目視による官能評価を行う方法としては、評価者の主観によって評価する方法と、評価者が限度見本や評価見本となる基準濃淡模様とを比較して評価する方法があり、いずれの方法においても、異なる評価者によって評価に違いが生じ、同じ評価者でも再現よく評価することが難しいという問題があった。官能的に濃淡模様を評価する場合、人間の最も知的で鋭敏な感覚である視覚を用いて目視比較しているため、何を濃淡模様の中に見ているかは、評価者の主観によって結果が異なり、明確な数値による評価ではなく、官能評価に基づく定量的な評価結果に対する信頼性が低いという問題があった。   As a method of performing sensory evaluation by visual observation, there are a method of evaluating by the evaluator's subjectivity and a method of evaluating by comparing an evaluator with a reference shading pattern that becomes a limit sample or an evaluation sample, and in either method, There was a problem that evaluations differed by different evaluators, and it was difficult for the same evaluator to evaluate with good reproducibility. When evaluating a shading pattern sensuously, visual comparison is made using the human vision, which is the most intelligent and sensitive sensation, so what is seen in the shading pattern depends on the subjectivity of the evaluator. However, there is a problem that the reliability of the quantitative evaluation result based on the sensory evaluation is low rather than the evaluation based on clear numerical values.

このような官能評価を行う方法では、正しい評価結果を得るためには、評価者にある程度の熟練が必要となり、ある一定の評価熟練度に至るまでには、時間がかかるという問題があった。   In such a sensory evaluation method, in order to obtain a correct evaluation result, the evaluator needs a certain level of skill, and it takes time to reach a certain level of evaluation skill.

また、大量の紙又はシート状基材に施された濃淡模様を評価する場合には、評価者による官能評価では、時間がかかるという問題もあった。   In addition, when evaluating a shading pattern applied to a large amount of paper or sheet-like base material, the sensory evaluation by the evaluator has a problem that it takes time.

目視検査と同等な結果が得られる手法として、紙じわの外観について、画像解析により求めた角二次モーメントやコントラストなどのテクスチャ特徴量を入力し、学習アルゴリズムであるニューラルネットワークによる定量的評価を行う方法がある。   As a method to obtain results equivalent to visual inspection, the texture of the paper wrinkle appearance is input by inputting texture features such as angular second moment and contrast obtained by image analysis, and quantitative evaluation is performed using a neural network that is a learning algorithm. There is a way to do it.

また、画像データを二値又は多値の画像データに変換し、二値又は多値の画像データから、フラクタル次元を算出した後、学習アルゴリズムから視覚特性を考慮して求めたフラクタル特徴量による定量的評価を行う方法があり、このフラクタル特徴量の算出は、学習アルゴリズムであるニューラルネットワークを用いて行われる。   Also, after converting the image data into binary or multi-value image data, calculating the fractal dimension from the binary or multi-value image data, quantification based on the fractal feature amount obtained by considering the visual characteristics from the learning algorithm There is a method of performing a physical evaluation, and the calculation of the fractal feature amount is performed using a neural network which is a learning algorithm.

パターンマッチング技術を利用したアルゴリズムで評価する場合は、評価対象画像を取り込む際に、基材形状の変化や基材の回転等による変動要因により、評価結果に誤差が生じるという問題もあった。また、学習アルゴリズムを用いて評価した場合は、逐次的な学習や誤判定によるパラメータ調整の修正作業等が必要であるという問題があった。   When evaluating with an algorithm using a pattern matching technique, there is a problem that an error occurs in the evaluation result due to a variation factor due to a change in the shape of the base material, a rotation of the base material, or the like when the evaluation target image is captured. Further, when the evaluation is performed using the learning algorithm, there is a problem that it is necessary to perform correction work of parameter adjustment by sequential learning or erroneous determination.

これらの問題点を解決するため、本発明者は紙又はシート状基材の濃淡画像に対する画素濃度から濃度ヒストグラムを作成し、作成された濃度ヒストグラムを図形と認識し、図形と認識した濃度ヒストグラムの図形の重心座標を求め、この求めた重心座標をあらかじめ官能評価した紙又はシート状基材の濃淡画像の重心座標と比較することによって、官能評価と相関がある紙又はシート状基材の濃淡画像の定量的評価方法を提案した(例えば、特許文献1参照。)。   In order to solve these problems, the present inventor creates a density histogram from the pixel density of a gray image on a paper or sheet-like substrate, recognizes the created density histogram as a figure, and determines the density histogram recognized as a figure. By calculating the barycentric coordinates of the figure and comparing the barycentric coordinates of the figure with the barycentric coordinates of the paper or sheet-like base material that has been subjected to sensory evaluation in advance, the gray-scale image of the paper or sheet-like base material having a correlation with the sensory evaluation Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、定量的評価に対して官能評価との相関を高めるため、紙又はシート状基材に施された濃淡画像に対して比較的厳密な官能評価を実施して、官能評価結果の数値化を行い、紙又はシート状基材に施された濃淡画像を透過光画像として取り込み、取り込んだ画像の局所エリアの画像処理結果とを用いて統計的手法で数値化した評価による、紙又はシート状基材の濃淡画像の定量的評価方法を提案した(例えば、特許文献2参照。)。   In addition, in order to enhance the correlation between the quantitative evaluation and the sensory evaluation, a relatively strict sensory evaluation is performed on the grayscale image applied to the paper or sheet-like substrate, and the sensory evaluation result is digitized. A paper or sheet-like substrate obtained by evaluating a grayscale image applied to a paper or sheet-like base material as a transmitted light image, and quantifying with a statistical method using the image processing result of a local area of the captured image. A method for quantitative evaluation of a gray image of a material has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開2006−17591号公報JP 2006-17591 A 特開2006−254330号公報JP 2006-254330 A

一般的な学習アルゴリズムの場合、学習には繰り返し計算が必要であるとともに、多次元の特徴量が多数必要となるため膨大な計算時間を要し、また、精度上の問題として、任意画像である学習していないカテゴリに属する特徴量を有する画像を認識させると、学習したカテゴリのどれかであると誤判定出力する場合がしばしば存在し、任意画像の特徴量の追加による学習及びパラメータの調整が必要となる。   In the case of a general learning algorithm, learning requires repetitive calculation and requires a large amount of calculation time because many multidimensional feature values are required, and as an accuracy problem, it is an arbitrary image. When an image having a feature amount belonging to a category that has not been learned is recognized, there is often a case in which it is mistakenly output that it is one of the learned categories. Necessary.

特許文献1は、紙又はシート状基材に施された濃淡画像に対して重心法を用いた評価法であり、特許文献2は局所エリアの画像処理結果を用いた統計的手法による評価法であり、それぞれの評価法で官能評価との一定の相関を見出している。   Patent Document 1 is an evaluation method using a centroid method for a grayscale image applied to paper or a sheet-like substrate, and Patent Document 2 is an evaluation method using a statistical method using the image processing result of a local area. There is a certain correlation with sensory evaluation in each evaluation method.

本発明は、前述した問題を解決するため、統計的画像処理を用いたアルゴリズムを構築することで、紙又はシート状基材に施された濃淡模様の評価方法を提案するものであり、官能評価結果に沿う表現可能な画像の特徴量を選択して用いることで、より官能評価との相関を高めることが可能な紙又はシート状基材の濃淡模様の定量的評価方法を提供することを目的とする。   The present invention proposes a method for evaluating a shading pattern applied to a paper or sheet-like substrate by constructing an algorithm using statistical image processing in order to solve the above-mentioned problems, and sensory evaluation An object is to provide a quantitative evaluation method for the shading pattern of a paper or sheet-like substrate that can further enhance the correlation with the sensory evaluation by selecting and using the feature amount of the image that can be expressed along the result. And

本発明の紙又はシート状基材の定量的評価方法は、濃淡模様が施された紙又はシート状基材の定量的評価方法であって、複数の紙又はシート状基材に施された濃淡模様に対し一対比較法による結果から、平均嗜好度における推定値を算出し、平均嗜好度における推定値から、平均嗜好度における推定値の差分値を算出し、複数の紙又はシート状基材に施された濃淡模様に対し統計的画像処理から特徴量を抽出し、平均嗜好度における推定値の差分値と、統計的画像処理から得られた特徴量を用いてユークリッド距離による相対値とから線形回帰式を算出し、線形回帰式から平均嗜好度における推定値の差分値の予測値を算出し、平均嗜好度における推定値の差分値と平均嗜好度における推定値の差分値の予測値から相関係数を算出し、複数の関係数から平均相関係数を算出することにより、濃淡模様を評価することを特徴としている。   The quantitative evaluation method for paper or sheet-like substrate of the present invention is a quantitative evaluation method for paper or sheet-like substrate on which a light and shade pattern is applied, and the light and shade applied to a plurality of paper or sheet-like substrates. From the result of the paired comparison method for the pattern, the estimated value in the average preference is calculated, the difference value of the estimated value in the average preference is calculated from the estimated value in the average preference, and a plurality of paper or sheet-like substrates The feature value is extracted from the statistical image processing for the applied shading pattern, and it is linear from the difference value of the estimated value in the average preference degree and the relative value by the Euclidean distance using the feature value obtained from the statistical image processing. A regression equation is calculated, a predicted value of a difference value of the estimated value in the average preference degree is calculated from the linear regression equation, and a difference value between the estimated value of the average preference value and a predicted value of the difference value of the estimated value in the average preference degree is calculated. Calculate the number of relationships, By calculating the average correlation coefficient from the coefficient it is characterized by evaluating the shading pattern.

また、本発明の紙又はシート状基材の定量的評価方法における特徴抽出は、ガボール関数を用いる濃淡模様のエッジ抽出であることを特徴としている。   In addition, the feature extraction in the quantitative evaluation method of the paper or sheet-like substrate of the present invention is characterized by gray pattern edge extraction using a Gabor function.

また、本発明の紙又はシート状基材の定量的評価方法における統計的画像処理は、濃淡模様のエッジ成分を特徴抽出し、特徴抽出から得られた特徴量を用いて主成分分析を行い、累積寄与率に従って求める主成分までの固有ベクトルを用いて直交射影行列を算出し、算出した直交射影行列と特徴量を用いて部分空間に射影して得られる特徴選択された特徴量を算出することを特徴とする。   Further, the statistical image processing in the quantitative evaluation method of the paper or sheet-like substrate of the present invention is to extract the edge component of the shade pattern, perform the principal component analysis using the feature amount obtained from the feature extraction, Calculating an orthogonal projection matrix using eigenvectors up to the principal component obtained according to the cumulative contribution rate, and calculating a feature-selected feature obtained by projecting to the subspace using the calculated orthogonal projection matrix and the feature Features.

本発明の濃淡模様が施された紙又はシート状基材の定量的評価方法は、官能評価からの平均嗜好度における推定値の差分値である従属変数と、統計的画像処理からの特徴量を用いたユークリッド距離による相対値である独立変数からなる学習用データを用いて線形回帰式を算出し、テスト用データである相対値を、線形回帰式に代入して平均嗜好度における推定値の差分値の予測値を算出し、平均嗜好度における推定値の差分値と、平均嗜好度における推定値の差分値の予測値との相関係数を算出し、交差検定から平均相関係数を算出し、線形回帰式を決定することにより濃淡模様を評価することを特徴とする。   The quantitative evaluation method for a paper or sheet-like substrate with a shading pattern according to the present invention includes a dependent variable that is a difference value of an estimated value in an average preference degree from sensory evaluation, and a feature amount from statistical image processing. Calculate the linear regression equation using learning data consisting of independent variables that are relative values based on the Euclidean distance used, and substitute the relative value, which is the test data, into the linear regression equation, and the difference in the estimated value in average preference Calculate the predicted value of the value, calculate the correlation coefficient between the difference value of the estimated value in the average preference degree and the predicted value of the difference value of the estimated value in the average preference degree, and calculate the average correlation coefficient from the cross-validation The method is characterized in that the shading pattern is evaluated by determining a linear regression equation.

本発明における紙又はシート状基材に施された濃淡模様の定量的評価方法によれば、統計的画像処理を用いたアルゴリズムを構築することができ、官能評価結果に沿う表現可能な画像の特徴量を選択して用いることで、より官能評価との相関を高めることが可能となる。   According to the method for quantitative evaluation of shading patterns applied to a paper or sheet-like substrate in the present invention, an algorithm using statistical image processing can be constructed, and the features of an image that can be expressed along the sensory evaluation results By selecting and using the amount, it is possible to further increase the correlation with the sensory evaluation.

以下に、本発明の実施の形態による紙又はシート状基材に施された濃淡模様の定量的評価方法について、図面を用いて説明する。本発明は以下に述べる実施のための最良の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲記載における技術的思想の範囲内であれば、他の種々の形態が実施可能である。
本実施の形態において、紙又はシート状基材に施される濃淡模様とは、紙の繊維により構成される、客観的評価が難しい対象物をいう。
Below, the quantitative evaluation method of the shading pattern given to the paper or sheet-like base material by embodiment of this invention is demonstrated using drawing. The present invention is not limited to the best mode for carrying out the invention described below, and various other modes can be implemented within the scope of the technical idea described in the claims.
In the present embodiment, the shading pattern applied to paper or a sheet-like substrate refers to an object that is made of paper fibers and is difficult to objectively evaluate.

本実施の形態の紙又はシート状基材に施された濃淡模様の定量的評価方法においては、試料に対して、人による官能評価と統計的画像処理による評価とを行う。人による官能評価においては、一対比較法による官能評価結果を数値化する。また、統計的画像処理による評価においては、官能評価と相関を有するアルゴリズムの構築を行うことで、濃淡模様を画像として取り込み、官能評価結果に沿うように選択された画像の特徴量による数値結果とを用いて、線形回帰式を算出するものである。
未知試料の評価においては、あらかじめ決定された線形回帰式により予測値を算出し、その予測値を官能評価値とするもので、実際に官能評価を行う必要がない。
In the quantitative evaluation method of the light and shade pattern applied to the paper or sheet-like substrate of the present embodiment, the sample is subjected to sensory evaluation by a human and evaluation by statistical image processing. In the sensory evaluation by a person, the sensory evaluation result by the paired comparison method is digitized. In addition, in the evaluation by statistical image processing, by constructing an algorithm having a correlation with sensory evaluation, a shade pattern is captured as an image, and a numerical result based on the feature amount of the image selected so as to follow the sensory evaluation result and Is used to calculate a linear regression equation.
In the evaluation of an unknown sample, a predicted value is calculated by a linear regression equation determined in advance, and the predicted value is used as a sensory evaluation value, and it is not necessary to actually perform a sensory evaluation.

本実施の形態の統計的画像処理による濃淡模様の特徴抽出手法としては、濃淡模様を透過光画像として取り込み、ガボール関数による濃淡画像のエッジ抽出手法を適用するものである。
脳の第一視野覚には、対象物のエッジを検出する神経細胞があることが知られており、ガボール関数は、視覚刺激に対する応答特性を近似的に表現した関数である。ガボール変換画像は、原画像とガボール関数による畳み込み演算から得られる。ガボール関数は2次元ガウス曲面と2次元平面上を一方的に伝わる平面波とを掛け合わせたものである。
As the feature extraction method of the shade pattern by the statistical image processing according to the present embodiment, the shade pattern is taken as a transmitted light image, and the edge extraction method of the shade image by the Gabor function is applied.
It is known that the first visual field sense of the brain has a nerve cell that detects the edge of the object, and the Gabor function is a function that approximately represents a response characteristic to a visual stimulus. A Gabor transform image is obtained from a convolution operation using an original image and a Gabor function. The Gabor function is a product of a two-dimensional Gaussian curved surface and a plane wave unilaterally transmitted on a two-dimensional plane.

透過光画像を対象にガボール関数を用いて、濃淡画像のエッジ成分を特徴抽出し、その特徴量を用いて統計的手法から官能評価結果に沿う表現可能な画像特徴を選択して、新たな特徴量を構成する。   Using the Gabor function for the transmitted light image, feature extraction is performed on the edge component of the grayscale image, and the feature value is used to select an image feature that can be expressed according to the sensory evaluation results from a statistical method. Make up quantity.

ガボール関数ψは、ガウス関数と正弦関数及び余弦関数からなる関数であり、数1で表される。図1は、数1で定義されるガボール関数の概形であり、実空間でのガボールフィルタである。   The Gabor function ψ is a function composed of a Gaussian function, a sine function, and a cosine function, and is expressed by Equation 1. FIG. 1 shows an outline of the Gabor function defined by Equation 1, which is a Gabor filter in real space.

Figure 2008271066
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ここで、(x,y)はガウス分布の中心位置、σはガウス分布の標準偏差、ωは正弦平面波の周波数、θは正弦平面波の方向角度及びρは平面波の位相変換である。 Here, (x 0 , y 0 ) is the center position of the Gaussian distribution, σ is the standard deviation of the Gaussian distribution, ω is the frequency of the sine plane wave, θ is the direction angle of the sine plane wave, and ρ is the phase conversion of the plane wave.

原画像の特徴量に対して、ガボール関数(ガボールフィルタ)を畳み込む。即ち特徴量に対してガボールウェーブレット変換(Gabor・Wavelet・Transform)を実施する。この変換は、画像の特徴を際立たせるような変換処理である。ガボールウェーブレット変換画像οは、入力画像Iとガボール関数ψとの畳み込み演算で求まる。   A Gabor function (Gabor filter) is convoluted with the feature quantity of the original image. That is, the Gabor wavelet transform (Gabor / Wavelet / Transform) is performed on the feature amount. This conversion is a conversion process that makes the features of the image stand out. The Gabor wavelet transform image ο is obtained by a convolution operation between the input image I and the Gabor function ψ.

Figure 2008271066
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統計的画像処理方法としては、紙又はシート状基材に施された濃淡模様を、複数の方向成分を有する形状と適合する成分について複数の方向ごとに抽出する。また、複数の周波数成分を有する形状と適合する成分を複数の周波数ごとに抽出する。特徴抽出した複数の特徴量を用いて主成分分析を施し、固有値、固有ベクトル及び寄与率を得る。主成分分析の結果に基づき、有意な特徴を選択することにより、特徴の次元圧縮が図られる。元空間から部分空間に射影するために、主成分分析結果である累積寄与率に従って、第m主成分までの固有ベクトルPiを用いて直交射影行列Eを導出する。 As a statistical image processing method, a shading pattern applied to a paper or sheet-like substrate is extracted for each of a plurality of directions for a component that matches a shape having a plurality of direction components. In addition, a component that matches a shape having a plurality of frequency components is extracted for each of a plurality of frequencies. Principal component analysis is performed using a plurality of feature quantities extracted, and eigenvalues, eigenvectors, and contribution rates are obtained. By selecting a significant feature based on the result of the principal component analysis, dimensional compression of the feature is achieved. In order to project from the original space to the subspace, an orthogonal projection matrix E is derived using the eigenvectors P i up to the m-th principal component in accordance with the cumulative contribution rate that is the principal component analysis result.

Figure 2008271066
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また、特徴空間で濃淡画像の固有な特徴を抽出し、他の濃淡画像との違いを評価するために、特徴抽出による特徴ベクトルを部分空間に正射影し、特徴ベクトルに対する射影ベクトルの差分から残差ベクトルを求める。ここで、試料番号i={1,2,,k}、特徴ベクトルXi、直交射影行列E及び残差ベクトルRiである。 In addition, in order to extract the unique features of the grayscale image in the feature space and evaluate the difference from other grayscale images, the feature vector obtained by feature extraction is orthographically projected to the subspace, and the residual from the difference of the projection vector with respect to the feature vector is stored. Find the difference vector. Here, sample number i = {1, 2, ... , K}, feature vector X i , orthogonal projection matrix E, and residual vector R i .

Figure 2008271066
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特徴空間に生成される複数の残差ベクトルに対して、二つの特徴の非類似度を求めるために相対評価する。そこで、二つの特徴の差異を尺度で評価するため、ユークリッド距離を用いた相対値によって非類似度を定義する。ここで、二つの特徴は、ベクトルa、b及びユークリッド距離dである。なお、hはベクトルの次元数である。   Relative evaluation is performed on the plurality of residual vectors generated in the feature space in order to obtain the dissimilarity between the two features. Therefore, in order to evaluate the difference between the two features on a scale, the dissimilarity is defined by a relative value using the Euclidean distance. Here, the two features are the vectors a and b and the Euclidean distance d. Note that h is the number of dimensions of the vector.

Figure 2008271066
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例えば、一つの試料集団に対して学習とテストを実施する際、試料数が少ない場合の精度は、誤差の影響を受けることが想定されるため、交差検定を行う。交差検定はデータ集合に対してpブロックに分割し、(p‐1)ブロックを学習用データ、1ブロックをテスト用データとし、精度を求める。ブロックの入れ替えを繰り返し、p個の精度を求める。精度の総和に対する平均をモデルの推定精度とする。精度Aiとし、推定精度EAは次のようになる。 For example, when learning and testing are performed on one sample group, the accuracy when the number of samples is small is assumed to be affected by errors, so cross-validation is performed. In the cross-validation, the data set is divided into p blocks, and (p-1) blocks are used as learning data and 1 block is used as test data to obtain accuracy. Block replacement is repeated to obtain p precisions. The average of the accuracy sum is used as the estimated accuracy of the model. The accuracy A i is assumed as follows, and the estimation accuracy EA is as follows.

Figure 2008271066
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さらに、精度を算出する方法としては、学習用データから最小二乗法を用いて線形回帰式を求める。導出した線形回帰式の独立変数に、テスト用データである相対値を代入して、従属変数である平均嗜好度における推定値の差分値の予測値を求める。テスト用データである平均嗜好度における推定値の差分値と平均嗜好度における推定値の差分値の予測値との相関係数が精度となる。   Furthermore, as a method of calculating the accuracy, a linear regression equation is obtained from learning data using a least square method. By substituting the relative value that is the test data into the independent variable of the derived linear regression equation, the predicted value of the difference value of the estimated value in the average preference degree that is the dependent variable is obtained. The correlation coefficient between the difference value of the estimated value in the average preference degree, which is test data, and the predicted value of the difference value of the estimated value in the average preference degree is accuracy.

図2は、本実施の形態による紙又はシート状基材に施された濃淡模様の定量的評価方法について、平均嗜好度における推定値の差分値の予測値を求める、線形回帰式の算出手段を示すフロー図である。   FIG. 2 shows a linear regression equation calculating means for obtaining a predicted value of a difference value of an estimated value in average preference for a quantitative evaluation method of a shading pattern applied to a paper or sheet-like substrate according to the present embodiment. FIG.

まず、目視による官能評価を行う手順について説明する。複数の試料に対して複数の被験者が、各々一対比較を行う(ステップ1)。この一対比較は、紙の官能評価において実績があり、比較結果が数値で得られるシェッフェの方法(「中屋の変法ともいう」以降省略)により行う。   First, a procedure for visual sensory evaluation will be described. A plurality of subjects perform paired comparisons on a plurality of samples, respectively (step 1). This pair comparison is performed by Scheffe's method (hereinafter also referred to as “Nakaya's modified method”) in which sensory evaluation of paper has a track record and the comparison result is obtained as a numerical value.

次に、ステップ1の一対比較結果について、被験者一人を選んで、試料に対して一意に定まるか否か、即ち正しい判断がなされているか否かを検定するため、一意性の検定を実施する(ステップ2)。該検定は、被験者全員を対象とする。   Next, with respect to the paired comparison result of Step 1, one subject is selected, and a uniqueness test is performed in order to test whether or not the sample is uniquely determined, that is, whether or not a correct judgment is made ( Step 2). The test involves all subjects.

さらに、被験者全員の判断結果が、どの程度一致しているかを検定するため、一致性の検定を実施する(ステップ3)。この検定では、一意性の検定で問題となった被験者の評価は含まない。   Further, in order to test how much the judgment results of all the subjects are in agreement, a test for coincidence is performed (step 3). This test does not include the evaluation of subjects who had problems with the uniqueness test.

次に、一致性の検定に問題がなければ、被験者の判断については、有意性が明らかであるため、一対比較結果から平均嗜好度における推定値を求め、試料に対する官能評価結果の数値化を行う(ステップ4)。一致性の検定に問題があった場合は、被験者全員としての官能評価結果が有意でないことを示す。   Next, if there is no problem in the consistency test, since the significance of the subject's judgment is clear, an estimated value for the average preference is obtained from the paired comparison result, and the sensory evaluation result for the sample is digitized (Step 4). If there is a problem in the coincidence test, it indicates that the sensory evaluation results for all the subjects are not significant.

官能評価結果で数値が一番高い試料を基準となる試料と定め、他の試料との差分値を算出する(ステップ5)。   A sample having the highest numerical value in the sensory evaluation result is determined as a reference sample, and a difference value from other samples is calculated (step 5).

次に、統計的画像処理による評価を行う手順について説明する。前述の試料について透過光画像を取り込み(ステップ6)、この取り込んだ透過光画像に対して、ガボール関数を用いた濃淡画像におけるエッジ成分の特徴抽出を行う(ステップ7)。   Next, a procedure for performing evaluation by statistical image processing will be described. A transmitted light image is captured for the sample (step 6), and feature extraction of edge components in the grayscale image using a Gabor function is performed on the captured transmitted light image (step 7).

次に、特徴抽出から得られた特徴量を用いて主成分分析を行う。累積寄与率に従って、求める主成分までの固有ベクトルを用いて、直交射影行列を求める(ステップ8)。
主成分分析は、高次元な特徴量を低次元に圧縮するものであり、損失する情報量を最小化する条件の下で、線形に座標変換する手法である。
低次元化された情報量が、元の情報量をどの程度吸収しているかを示す指標として寄与率があり、累積寄与率をもって情報の損失を判断できる。
Next, principal component analysis is performed using the feature amount obtained from the feature extraction. According to the cumulative contribution rate, an orthogonal projection matrix is obtained using eigenvectors up to the principal component to be obtained (step 8).
Principal component analysis is a technique in which high-dimensional feature values are compressed to low dimensions, and is a linear coordinate transformation under conditions that minimize the amount of information lost.
There is a contribution rate as an index indicating how much the reduced information amount absorbs the original information amount, and the loss of information can be determined by the cumulative contribution rate.

次に、直交射影行列を用いて、特徴抽出から得られた特徴量を部分空間に正射影し、特徴ベクトルに対する射影ベクトルの差分から、残差ベクトルによる特徴量を求める(ステップ9)。   Next, the feature quantity obtained from the feature extraction is orthogonally projected onto the subspace using the orthogonal projection matrix, and the feature quantity based on the residual vector is obtained from the difference of the projection vector with respect to the feature vector (step 9).

次に、特徴空間に生成される残差ベクトルに対して、二つの特徴の非類似度を求めるために、距離測度であるユークリッド距離を用いた相対値を求める (ステップ10)。   Next, in order to obtain the dissimilarity between the two features with respect to the residual vector generated in the feature space, a relative value using the Euclidean distance which is a distance measure is obtained (step 10).

次に、官能評価による平均嗜好度における推定値の差分値と、統計的画像処理によるユークリッド距離による相対値とからなるデータ集合に対して、学習及びテストを実施する。学習用データを用いて線形回帰式を算出する。
テスト用データの相対値を線形回帰式に代入して、平均嗜好度における推定値の差分値の予測値を求める。テスト用データの平均嗜好度における推定値の差分値と平均嗜好度における推定値の差分値の予測値との相関係数を求める(ステップ11)。
Next, learning and testing are performed on a data set composed of a difference value of estimated values in the average preference degree by sensory evaluation and a relative value by Euclidean distance by statistical image processing. A linear regression equation is calculated using the learning data.
By substituting the relative value of the test data into the linear regression equation, the predicted value of the difference value of the estimated value in the average preference is obtained. A correlation coefficient between the difference value of the estimated value in the average preference degree of the test data and the predicted value of the difference value of the estimated value in the average preference degree is obtained (step 11).

次に、ステップ11を繰り返す交差検定を行い(ステップ12)、平均相関係数を求める。   Next, cross-validation in which step 11 is repeated is performed (step 12), and an average correlation coefficient is obtained.

前述のステップで、一定以上の相関に至れば、学習用データから算出した線形回帰式による定量的評価方法は、官能評価と相関があるものと言え、良好な結果が得られる線形回帰式を選択して決定する(ステップ13)。   If the correlation reaches a certain level in the previous step, the quantitative evaluation method based on the linear regression equation calculated from the training data can be said to have a correlation with the sensory evaluation, and a linear regression equation that gives good results is selected. (Step 13).

図3は、定量的評価方法による未知試料の平均嗜好度における推定値の差分値の予測値を算出するフロー図である。
未知試料の透過光画像を取り込み(ステップ14)、この取り込んだ透過光画像に対してガボール関数により濃淡画像の特徴抽出を行う(ステップ15)。特徴抽出から得られた特徴量と、あらかじめ導出した直交射影行列を用いて、部分空間に射影して残差ベクトルを求め(ステップ16)、基準となる試料の残差ベクトルと、未知試料における残差ベクトルから非類似度を表す相対値の算出を行い(ステップ17)、相対値をあらかじめ決定した線形回帰式の独立変数に代入して(ステップ18)、予測値を算出(ステップ19)すれば、予測値は、官能評価結果と相関があるものと言える。
このことから、評価者による官能評価を行わずに、官能評価と相関が得られる定量的評価が可能となる。
FIG. 3 is a flowchart for calculating a predicted value of the difference value of the estimated values in the average preference degree of the unknown sample by the quantitative evaluation method.
A transmitted light image of an unknown sample is captured (step 14), and feature extraction of the grayscale image is performed on the captured transmitted light image using a Gabor function (step 15). Using the feature quantity obtained from the feature extraction and the orthogonal projection matrix derived in advance, a residual vector is obtained by projecting to the partial space (step 16), and the residual vector of the reference sample and the residual in the unknown sample are obtained. By calculating a relative value representing dissimilarity from the difference vector (step 17), substituting the relative value into an independent variable of a predetermined linear regression equation (step 18), and calculating a predicted value (step 19). It can be said that the predicted value has a correlation with the sensory evaluation result.
Thus, quantitative evaluation that can be correlated with sensory evaluation is possible without performing sensory evaluation by an evaluator.

(実施例) 図4〜図7及び表1に、上記実施の形態における実施例を、紙又はシート状基材に施された濃淡模様の一例として、用紙に施された顔画像の濃淡模様を評価する方法を示す。なお、これらは本発明を何ら限定するものではない。   (Example) In FIGS. 4 to 7 and Table 1, as an example of the shade pattern applied to the paper or sheet-like substrate, the shade pattern of the face image applied to the paper is shown as an example in the above embodiment. Shows how to evaluate. In addition, these do not limit this invention at all.

試料としては、顔画像の濃淡模様が施された用紙を27枚で1セットとしたものを2セット用意する。
前述の試料を用いて、目視による官能評価である、一対比較を実施した。
2セットの試料のうち、一方のセットのVを除いたAからX、A1及びB1とした試料を標本1、他方のセットのvを除いたaからx、a1及びb1とした試料を標本2とした。
一対比較法は、シェッフェの方法を用いた。
判定は、模様の鮮明度について、良い(+1)、同じ(0点)、悪い(−1点)の3段階評価である。
被験者は、評価する際の専門の知識や能力を持った10名の専門パネルである。
As a sample, two sets of 27 sheets of paper with a shading pattern of a face image are prepared as one set.
Using the above-mentioned sample, a paired comparison, which is a visual sensory evaluation, was performed.
Among the two sets of samples, the sample from A to X, A1, and B1 excluding V in one set is specimen 1, and the sample from a to x, a1, and b1 from the other set v is specimen 2 It was.
For the paired comparison method, Scheffe's method was used.
The determination is a three-step evaluation of good (+1), same (0 point), and bad (−1 point) for the definition of the pattern.
The test subjects are 10 expert panels with specialized knowledge and abilities to evaluate.

官能評価した際に、被験者の判断のばらつきから、被験者の官能評価結果が有意であるかを検定するため、全被験者について一意性の検定を行った。この検定で不合格になった被験者の官能評価結果は、採用しないものとした。   When the sensory evaluation was performed, the test of uniqueness was performed for all subjects in order to test whether the sensory evaluation results of the subjects were significant based on variations in the judgment of the subjects. The sensory evaluation results of subjects who failed this test were not adopted.

一意性の検定で問題とならなかった被験者の判断を対象として、被験者全員の判断がどの程度一致しているかを調べる一致性の検定を行った。この検定で、有意性が認められたため、被験者全員の一対比較結果の有意性が明らかになった。この検定で有意性が認められない場合は、被験者全員としての評価は有意でなく、次のステップで実施する平均嗜好度における推定値を算出しても意味がない。   Consistency tests were conducted to determine how well the judgments of all the subjects were in agreement, with the subject's judgment that was not a problem in the uniqueness test. Since this test showed significance, the significance of the paired comparison results of all the subjects became clear. If no significance is recognized by this test, the evaluation as all the subjects is not significant, and it does not make sense to calculate an estimated value for the average preference degree to be executed in the next step.

各試料の一対比較結果と、被験者数及び試料数から各試料の平均嗜好度における推定値を算出した。
図4に全被験者による試料の一対比較結果を示す。例えば、非評価側試料B1と評価側試料Cとで評価した場合、被験者全員は、試料Cが良いと答えている。合計点から試料Cは、一番評価が高い試料であることが分かる。
The estimated value in the average preference degree of each sample was calculated from the paired comparison result of each sample, the number of subjects, and the number of samples.
FIG. 4 shows the results of paired comparison of samples by all subjects. For example, when the evaluation is made with the non-evaluation side sample B1 and the evaluation side sample C, all the subjects replied that the sample C is good. From the total points, it can be seen that the sample C is the sample with the highest evaluation.

各試料の平均嗜好度における推定値の算出方法は、各試料における全被験者の一対比較の合計点を、被験者数と試料数とで掛算した値で割算する。例えば、試料Aの一対比較の合計203点を、被験者10名と試料27枚とで掛算した値270で、割算すると0.75であり、この0.75が試料Aの平均嗜好度における推定値となる。このようにして全試料の平均嗜好度における推定値を算出した。   The calculation method of the estimated value in the average preference degree of each sample divides the total score of the pair comparison of all subjects in each sample by the value obtained by multiplying by the number of subjects and the number of samples. For example, a total of 203 points of the pair comparison of sample A is divided by a value 270 obtained by multiplying 10 subjects and 27 samples, and divided by 0.75, and this 0.75 is an estimate of the average preference degree of sample A. Value. Thus, the estimated value in the average preference degree of all the samples was calculated.

図5は、各試料の平均嗜好度における推定値を数直線上に表したものである。
横軸の−1から1の範囲に、前述の平均嗜好度における推定値を用いて試料の官能評価結果を表すことができる。なお、標本1及び標本2を一つの標本として評価する。これは、あらかじめ54枚の試料から基準となる試料1枚を限定して定め、基準となる試料と他の試料との差分値を、平均嗜好度における推定値の差分値とするためである。
FIG. 5 shows the estimated value of the average preference of each sample on a number line.
The sensory evaluation result of the sample can be expressed in the range of −1 to 1 on the horizontal axis by using the estimated value in the average degree of preference described above. Sample 1 and sample 2 are evaluated as one sample. This is because one reference sample is limited from 54 samples in advance, and a difference value between the reference sample and another sample is used as a difference value of an estimated value in average preference.

次に、統計的画像処理による評価を行う。
被験者が濃淡模様を評価するとき、濃淡模様における細部の再現性を重視していることから、濃淡模様のエッジ成分を特徴抽出するために、ガボール関数を適用して、濃淡模様が有する方向成分及び周波数成分を特徴抽出する。
Next, evaluation by statistical image processing is performed.
When the subject evaluates the shading pattern, since the emphasis is on the reproducibility of details in the shading pattern, in order to extract the edge component of the shading pattern, the Gabor function is applied, and the direction component of the shading pattern and Feature extraction of frequency components.

次に、試料を透過光画像として取り込んだ、256×256画素の透過光画像に対し、ガボール関数を用いて、画像上の画素ごとに特徴抽出する。ガボール関数のパラメータはそれぞれ、マスクサイズを11×11画素、標準偏差σを2、正弦平面波の周波数ωを{0.5、1.0、1.5}、正弦平面波の角度方向θを{0、1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8}及び、平面波の位相変換ρを{0、1/2}とした。一つの画像から24次元の特徴を抽出した。特徴の次元数を増やすには、正弦平面波の周波数及び正弦平面波の角度方向のパラメータを増やすことで可能となる。   Next, feature extraction is performed for each pixel on the image using a Gabor function with respect to the transmitted light image of 256 × 256 pixels obtained by capturing the sample as a transmitted light image. The parameters of the Gabor function are mask size 11 × 11 pixels, standard deviation σ 2, sine plane wave frequency ω {0.5, 1.0, 1.5}, and sine plane wave angle direction θ {0. , 1/8, 2/8, 3/8, 4/8, 5/8, 6/8, 7/8} and plane wave phase conversion ρ is {0, 1/2}. A 24-dimensional feature was extracted from one image. Increasing the dimensionality of the feature can be achieved by increasing the frequency of the sine plane wave and the angular parameters of the sine plane wave.

24次元の特徴を持つ試料54枚を用いて主成分分析を行った。表1に第10主成分までの寄与率及び累積寄与率の結果を示す。   Principal component analysis was performed using 54 samples having 24-dimensional characteristics. Table 1 shows the results of the contribution ratio and the cumulative contribution ratio up to the tenth main component.

Figure 2008271066
Figure 2008271066

前述の実験により、良好な結果が得られた累積寄与率95%である、第7主成分までの固有ベクトルを用いて、部分空間に射影するための直交射影行列を求めた後、各画像の特徴ベクトルを用いて残差ベクトルを求める。256×256画素の画像サイズから一つの有効な特徴の抽出は困難であるため、画像を32×32画素の画像サイズに分割し、64個のブロックごとに残差ベクトルの平均値を算出した。
なお、一つのブロックは24次元の特徴を持つ。
官能評価が一番高い試料を基準となる試料と定め、他の試料との非類似度を評価するため、基準となる試料との相対値を求めた。これは、ブロックごとに算出した平均値を用いて、対応するブロックごとにユークリッド距離を求めて、その平均値を相対値とした。
According to the above-described experiment, after obtaining an orthogonal projection matrix for projecting to the partial space using the eigenvectors up to the seventh principal component, which has a cumulative contribution rate of 95% with good results, the characteristics of each image Use the vector to find the residual vector. Since it is difficult to extract one effective feature from an image size of 256 × 256 pixels, the image was divided into image sizes of 32 × 32 pixels, and an average value of residual vectors was calculated for each of 64 blocks.
One block has 24-dimensional features.
The sample with the highest sensory evaluation was determined as the reference sample, and in order to evaluate the degree of dissimilarity with other samples, the relative value with the reference sample was determined. In this case, the average value calculated for each block is used to obtain the Euclidean distance for each corresponding block, and the average value is used as a relative value.

学習においては、平均嗜好度における推定値の差分値を従属変数、相対値を独立変数とし、最小二乗法から線形回帰式を導出した。テストでは、ガボール関数による24次元の特徴量を算出し、導出した直交射影行列を用いて部分空間に射影した。射影して得られる残差ベクトルの特徴量を用いて相対値を算出し、導出した線形回帰式の独立変数に相対値を代入し、平均嗜好度における推定値の差分値の予測値を算出した。図6に一例として、学習用データにおける相対値と平均嗜好度における推定値の差分値との散布図を示す。   In learning, the difference value of the estimated value in the average preference degree was set as a dependent variable, and the relative value was set as an independent variable, and a linear regression equation was derived from the least square method. In the test, a 24-dimensional feature value based on the Gabor function was calculated and projected onto the subspace using the derived orthogonal projection matrix. Relative values were calculated using the residual vector feature values obtained by projection, and the relative values were substituted into the independent variables of the derived linear regression equation, and the predicted value of the difference value of the estimated value in average preference was calculated. . FIG. 6 shows, as an example, a scatter diagram of a relative value in learning data and a difference value between estimated values in average preference.

学習用データから算出した線形回帰式の一例を示す。   An example of a linear regression equation calculated from learning data is shown.

Figure 2008271066
Figure 2008271066

データ集合を6ブロックに分割し、5ブロックを学習、1ブロックをテストとする6分割交差検定を行った。学習用データから線形回帰式を算出し、算出した線形回帰式にテスト用データの相対値を代入して平均嗜好度における推定値の差分値の予測値を算出した。ブロックの入れ替えを合計6回繰り返し、ブロックごとの相関係数を算出した。六つの相関係数の平均値である平均相関係数は0.82であることから、相関が高い結果を得られた。   The data set was divided into 6 blocks, 5 blocks were learned, and 1 block was used as a test. A linear regression equation was calculated from the learning data, and the relative value of the test data was substituted into the calculated linear regression equation to calculate a predicted value of the difference value of the estimated values in the average preference. Block replacement was repeated 6 times in total, and the correlation coefficient for each block was calculated. Since the average correlation coefficient, which is the average value of the six correlation coefficients, is 0.82, a result with a high correlation was obtained.

図7に、官能評価から得られた平均嗜好度における推定値の差分値と統計的画像処理から得られた平均嗜好度における推定値の差分値の予測値との散布図を示す。   FIG. 7 shows a scatter diagram of the difference value of the estimated value in the average preference degree obtained from the sensory evaluation and the predicted value of the difference value of the estimated value in the average preference degree obtained from the statistical image processing.

前述の平均相関係数により、相関が高い結果であることから、線形回帰式による評価方法は、官能評価と相関が高い定量的評価方法であることが確認できた。   It was confirmed that the evaluation method based on the linear regression equation was a quantitative evaluation method having a high correlation with the sensory evaluation because the above-mentioned average correlation coefficient resulted in a high correlation.

ガボールフィルタの一例を表した図Diagram showing an example of Gabor filter 本実施の形態による定量的評価方法における線形回帰式を算出するフロー図Flow chart for calculating a linear regression equation in the quantitative evaluation method according to the present embodiment 未知試料の平均嗜好度における推定値の差分値の予測値を算出するフロー図Flow chart for calculating the predicted value of the difference between the estimated values for the average preference of unknown samples 試料による一対比較の評価結果を示す図The figure which shows the evaluation result of the pair comparison with the sample 試料の平均嗜好度における推定値を表した図Figure showing the estimated value of the average preference of the sample 実施例の学習用データにおける相対値と平均嗜好度における推定値の差分値との散布図を示す図The figure which shows the scatter diagram of the difference value of the estimated value in the relative value in the data for learning of an Example, and an average preference degree 官能評価から得られた平均嗜好度における推定値の差分値と統計的画像処理から得られた平均嗜好度における推定値の差分値の予測値との散布図を示す図The figure which shows the scatter diagram of the difference value of the estimated value in the average preference degree obtained from sensory evaluation, and the predicted value of the difference value of the estimated value in the average preference degree obtained from statistical image processing

Claims (4)

濃淡模様が施された紙又はシート状基材の定量的評価方法であって、
複数の前記紙又はシート状基材に施された濃淡模様に対し一対比較法による結果から平均嗜好度の推定値を算出し、
前記算出した推定値から差分値を算出し、
複数の前記紙又はシート状基材に施された濃淡模様に対し統計的画像処理から特徴量を抽出し、
前記抽出した特徴量を用いてユークリッド距離による相対値を算出し、
前記平均嗜好度の推定値の差分値と、前記ユークリッド距離による相対値とから線形回帰式を算出し、
前記線形回帰式から平均嗜好度の推定値の差分値の予測値を算出し、
前記平均嗜好度の推定値の差分値と前記平均嗜好度の推定値の差分値の予測値から相関係数を算出し
複数の前記相関係数から平均相関係数を算出することにより、濃淡模様を評価することを特徴とする紙又はシート状基材の定量的評価方法。
A method for quantitative evaluation of a paper or sheet-like substrate having a light and shade pattern,
Calculate the average preference value from the results of the paired comparison method for the shade pattern applied to the plurality of paper or sheet-like base materials,
A difference value is calculated from the calculated estimated value,
Extracting feature quantities from statistical image processing for shading patterns applied to a plurality of paper or sheet-like substrates,
Using the extracted feature amount to calculate a relative value by the Euclidean distance,
Calculate a linear regression equation from the difference value of the estimated value of the average preference degree and the relative value by the Euclidean distance,
Calculate a predicted value of the difference value of the estimated value of average preference from the linear regression equation,
By calculating a correlation coefficient from a difference value of the estimated value of the average preference degree and a predicted value of a difference value of the estimated value of the average preference degree, and calculating an average correlation coefficient from the plurality of correlation coefficients, A method for quantitatively evaluating a paper or sheet-like substrate, characterized in that
前記統計的画像処理による特徴抽出は、ガボール関数を用いる濃淡模様のエッジ抽出であることを特徴とする請求項1に記載の紙又はシート状基材の定量的評価方法。 The method for quantitative evaluation of a paper or sheet-like substrate according to claim 1, wherein the feature extraction by the statistical image processing is edge extraction of a light and shade pattern using a Gabor function. 前記統計的画像処理は、
前記濃淡模様のエッジ成分を特徴抽出し、
前記特徴抽出から得られた特徴量を用いて主成分分析を行い、累積寄与率に従って求める主成分までの固有ベクトルを用いて直交射影行列を算出し、
前記算出した直交射影行列と前記特徴量とを用いて部分空間に射影して得られる特徴選択された特徴量を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の紙又はシート状基材の定量的評価方法。
The statistical image processing is:
Feature extraction of the edge component of the shading pattern,
Perform a principal component analysis using the feature amount obtained from the feature extraction, calculate an orthogonal projection matrix using an eigenvector up to the principal component obtained according to the cumulative contribution rate,
The paper or sheet-like base material according to claim 1 or 2, wherein a feature-selected feature amount obtained by projecting onto a partial space is calculated using the calculated orthogonal projection matrix and the feature amount. Quantitative evaluation method.
濃淡模様が施された紙又はシート状基材の定量的評価方法であって、
官能評価からの平均嗜好度の推定値の差分値である従属変数と、
統計的画像処理からの特徴量を用いたユークリッド距離による相対値である独立変数と、
からなる学習用データを用いて線形回帰式を算出し、
テスト用データである相対値を前記線形回帰式に代入して平均嗜好度の推定値の差分値の予測値を算出し、
前記平均嗜好度の推定値の差分値と前記平均嗜好度の推定値の差分値の予測値との相関係数を算出し、交差検定から平均相関係数を算出し、
前記線形回帰式を決定することにより濃淡模様を評価することを特徴とする紙又はシート状基材の定量的評価方法。
A method for quantitative evaluation of a paper or sheet-like substrate having a light and shade pattern,
A dependent variable that is a difference value of the estimated average preference from the sensory evaluation;
An independent variable that is a relative value by the Euclidean distance using the feature amount from the statistical image processing;
Calculate a linear regression equation using learning data consisting of
Substituting a relative value that is test data into the linear regression equation to calculate a predicted value of a difference value of an estimated value of average preference,
Calculating a correlation coefficient between a difference value of the estimated value of the average preference degree and a predicted value of a difference value of the estimated value of the average preference degree, calculating an average correlation coefficient from a cross-validation,
A quantitative evaluation method for a paper or sheet-like substrate characterized by evaluating a shading pattern by determining the linear regression equation.
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