JP2010218022A - Signal search device, signal search method, and program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a signal search device for increasing processing speed of enlarging or reducing a search window, and for theoretically causing no search omission. <P>SOLUTION: A first search window and a second search window of certain sizes are arranged in a region on an input signal. Featured values of each search window are extracted. Similarity between the search windows is calculated by using the featured values. When the similarity is less than a predetermined threshold, the size of the search window and the position of the region are output. A scaling factor for enlarging or reducing the size of the search window is calculated so that the similarity can be prevented from becoming less than the threshold. The size of each search window is enlarged or reduced by the scaling factor. When the size of the enlarged/reduced search window becomes the predetermined size, the processing ends. When the enlarged/reduced size of the search window does not become the predetermined size, the processing is repeated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、入力信号の信号探索装置、信号探索方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to a signal search device, a signal search method, and a program for an input signal.

特許文献1では、テンプレート画像照合に関して、テンプレート画像を移動しても類似度が急激に変化しない性質を利用して、テンプレート画像周囲の類似度の上限を求め、類似度が予め与えられた閾値θを下回る領域の照合を省略することによって照合を高速化した。この手法はアクティブ探索法と呼ばれる.
また、特許文献2では、2つの窓間の類似度を用いた特徴抽出処理に関して、窓を移動しても類似度が急激に変化しない性質を利用して、その類似度を算出した窓の位置の周辺において、類似度が予め与えられた閾値θを明らかに下回らない位置での照合処理を省略することによって特徴抽出処理を高速化した。
In Patent Document 1, with respect to template image matching, an upper limit of similarity around a template image is obtained by using the property that the similarity does not change abruptly even if the template image is moved, and a threshold θ given in advance as the similarity is obtained. The collation was speeded up by omitting the collation of the area below. This method is called active search.
Further, in Patent Document 2, regarding the feature extraction processing using the similarity between two windows, the position of the window for which the similarity is calculated using the property that the similarity does not change abruptly even if the window is moved. The feature extraction process is speeded up by omitting the matching process at a position where the degree of similarity is not clearly less than a predetermined threshold value θ.

特許第3474131号公報Japanese Patent No. 3474131 特開2008−65265公報JP 2008-65265 A

2つの窓を伸縮させながらその間の類似度を算出する処理において、例えば1.25倍などの経験的な倍率で窓の大きさを変化させた。そのため、原理的に探索もれが生じるという問題点があった。   In the process of calculating the similarity between two windows while expanding and contracting, the window size was changed by an empirical magnification such as 1.25 times. For this reason, there is a problem that a search leak occurs in principle.

そして、データの性質に応じて倍率を変更する必要がある。例えば、画像エッジ検出で複数の角度の線を検出したり、顔検出で複数の角度の顔を検出したりする場合には、複数の識別器を並列動作させる必要があるため、処理の高速化が求められていた。   Then, it is necessary to change the magnification according to the nature of the data. For example, when detecting lines with multiple angles using image edge detection or detecting faces with multiple angles using face detection, it is necessary to operate multiple classifiers in parallel. Was demanded.

そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、探索窓の伸縮に関して処理を高速化でき、探索漏れを生じない信号探索装置、信号探索方法及びプログラムを提供する。   Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a signal search device, a signal search method, and a program that can speed up the processing for expansion and contraction of the search window and do not cause a search omission.

本発明は、入力信号上の領域に任意の大きさの第1の探索窓と第2の探索窓をそれぞれ配置する注目領域抽出部と、前記各探索窓の前記両特徴量が類似する程に値が大きくなる特徴量をそれぞれ抽出する特徴抽出部と、前記各特徴量を用いて、前記探索窓間の類似度を算出する類似度算出部と、前記類似度が予め定めた閾値より小さくなる場合には、前記探索窓の大きさと前記領域の位置を出力する結果出力部と、前記類似度が前記閾値を下回り得ないように、前記探索窓の大きさを伸縮する伸縮率を算出する伸縮率算出部と、前記伸縮率によって前記各探索窓の大きさを伸縮し、(1)前記伸縮した探索窓の大きさが予め定められた大きさになれば信号探索処理を終了し、(2)前記伸縮した探索窓の大きさが前記予め定められた大きさにならなければ、前記特徴抽出部へ前記伸縮した前記探索窓の大きさを出力し、前記特徴抽出部の前記抽出処理、前記類似度算出部の前記算出処理、前記結果出力部の前記出力処理、及び、前記伸縮率算出部の前記算出処理をそれぞれ繰り返すように制御する繰り返し制御部と、を有することを特徴とする信号探索装置である。   In the present invention, an attention area extraction unit that arranges a first search window and a second search window of arbitrary sizes in an area on an input signal, and the two feature quantities of the search windows are similar to each other. A feature extraction unit that extracts feature values that increase in value, a similarity calculation unit that calculates a similarity between the search windows using the feature amounts, and the similarity is smaller than a predetermined threshold value In this case, the result output unit that outputs the size of the search window and the position of the region, and the expansion / contraction that calculates the expansion / contraction rate for expanding / contracting the search window size so that the similarity cannot fall below the threshold value. The size of each search window is expanded / contracted by the rate calculation unit and the expansion / contraction rate. (1) When the expanded search window reaches a predetermined size, the signal search process is terminated, (2 ) The size of the expanded search window is the predetermined size. If not, output the size of the search window expanded and contracted to the feature extraction unit, the extraction process of the feature extraction unit, the calculation process of the similarity calculation unit, the output process of the result output unit, And a repetition control unit that performs control so that the calculation process of the expansion / contraction rate calculation unit is repeated.

本発明によれば、探索窓の伸縮に関して処理を高速化でき、探索漏れが生じない。   According to the present invention, the processing can be speeded up with respect to expansion and contraction of the search window, and no search omission occurs.

本発明の実施例1による画像エッジ検出で用いる探索窓の説明図である。It is explanatory drawing of the search window used by the image edge detection by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1による画像エッジ検出で行う動作の説明図である。It is explanatory drawing of the operation | movement performed by the image edge detection by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係わる信号探索装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal search apparatus concerning Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of Example 1 of this invention. 探索窓を拡大しても右側が暗いエッジを検出しないことが明らかな例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example that it is clear that the edge on the right side is not detected even if the search window is enlarged. 探索窓縮小時の伸縮率下限の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the expansion-contraction rate minimum at the time of search window reduction. 探索窓拡大時の伸縮率上限の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the expansion-contraction rate upper limit at the time of search window expansion. 従来方法によって伸縮率を変化させながら照合する様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mode that it collates, changing an expansion / contraction rate by the conventional method. 本発明の実施例1によって伸縮率を変化させながら照合する様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a mode that it collates, changing the expansion / contraction rate by Example 1 of this invention. 実施例1と同様に類似度を算出できる探索窓の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the search window which can calculate a similarity degree similarly to Example 1. FIG. 面積比率の異なる探索窓の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the search window from which an area ratio differs. 複雑な形状の探索窓の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the search window of a complicated shape. ショット境界検出での探索窓縮小時の伸縮率上限の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the expansion-contraction rate upper limit at the time of search window reduction | decrease in shot boundary detection. ショット境界検出での探索窓拡大時の伸縮率上限の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the expansion-contraction rate upper limit at the time of the search window expansion in shot boundary detection. Viola−Jonesらの顔検出方法で用いるHaar−based特徴を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the Haar-based feature used with the face detection method of Viola-Jones et al. Viola−Jonesらの顔検出方法の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the face detection method of Viola-Jones et al. 探索枠と探索窓の位置関係の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the positional relationship of a search frame and a search window. 探索枠内での探索窓の位置の違いを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference in the position of the search window within a search frame. 探索枠内での探索窓の位置の違いによって入力画像上の探索範囲領域を変化させることを説明するための図である。It is a figure for demonstrating changing the search range area | region on an input image with the difference in the position of the search window within a search frame. 本発明の実施例に係る信号探索装置のハードウエアの構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware constitutions of the signal search apparatus which concerns on the Example of this invention.

以下、本発明の実施例の信号探索装置について図面に基づいて説明する。本発明の実施例の信号探索装置は、音声信号の話者交代検出、動画の映像信号のショット境界検出、文字列信号のテキスト話題分割、画像信号の画像エッジ検出、画像信号の顔検出、時空間画像信号の部分画像境界検出、3次元ボリュームデータの3次元境界検出、などに適用できる。   Hereinafter, a signal search device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The signal search apparatus according to the embodiment of the present invention includes a voice change detection of a voice signal, a shot boundary detection of a video signal of a video, a text topic division of a character string signal, an image edge detection of an image signal, a face detection of an image signal, It can be applied to partial image boundary detection of spatial image signals, three-dimensional boundary detection of three-dimensional volume data, and the like.

また、実施例1、実施例1の変更例1,2,4、実施例2及び実施例3において用いる類似度は、比較する対象が近いほど値が小さくなる距離で表し、一方、実施例1の変更例3及び変更例5にヒストグラム重なり率の説明で用いた類似度は、比較する対象が近いほど値が大きくなる値で表している。そのため、実施例1、実施例1の変更例1,2,4、実施例2及び実施例3において用いる類似度は、最小になったときに比較対象が最も類似している状態となる。また、実施例1の変更例3及び変更例5にヒストグラム重なり率の説明において用いる類似度は、最大になったときに比較対象が最も類似している状態となる。   Further, the similarity used in the first embodiment, the first and second modified examples of the first embodiment, the second and fourth embodiments, the second embodiment, and the third embodiment is expressed as a distance that decreases as the comparison target is closer. The similarities used in the description of the histogram overlap ratio in the modified examples 3 and 5 are expressed as values that increase as the comparison target is closer. Therefore, the similarity used in the first embodiment, the first modification example, the second modification example, the fourth modification example, and the second embodiment and the third embodiment is the state in which the comparison target is most similar when the similarity is minimized. In addition, the similarity used in the description of the histogram overlap ratio in the modified example 3 and modified example 5 of the first embodiment is the state in which the comparison target is most similar when it reaches the maximum.

本発明の実施例1に係る信号探索装置を図1〜図12に基づいて説明する。   A signal search apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施例では、信号探索装置が入力画像に含まれる縦方向のエッジ検出を信号探索処理するものであるが、図5に示すように、入力画像全体について左側がだんだん暗くなるグラデーションであるにも関わらず、左側の探索窓よりも右側の探索窓の方が暗いエッジを探索する場合を想定して説明する。   In this embodiment, the signal search device performs signal search processing for edge detection in the vertical direction included in the input image. However, as shown in FIG. 5, the entire left side of the input image has a gradation that gradually becomes darker. Regardless, the description will be made on the assumption that the right search window searches for a darker edge than the left search window.

(1)信号探索装置の構成
本実施例の信号探索装置について図3に基づいて説明する。図3は本実施例に係る信号探索装置の構成図である。
(1) Configuration of Signal Search Device The signal search device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram of the signal search apparatus according to the present embodiment.

信号探索装置は、信号入力部101、検出器102、伸縮率算出部103、類似度選択部104を有する。   The signal search apparatus includes a signal input unit 101, a detector 102, an expansion / contraction rate calculation unit 103, and a similarity selection unit 104.

信号入力部101は、画像信号を入力して記憶する。   The signal input unit 101 inputs and stores an image signal.

検出器102は、画像上の全ての位置について探索窓を走査して、類似度が予め与えられた閾値θ(0≦θ≦1)を下回る場合に探索窓の位置、大きさ及び類似度を出力する。   The detector 102 scans the search window for all positions on the image, and determines the position, size, and similarity of the search window when the similarity is below a predetermined threshold θ (0 ≦ θ ≦ 1). Output.

類似度選択部103は、同じ大きさの探索窓について検出器102から出力される類似度を入力し、その中の最小の類似度を出力する。   The similarity selection unit 103 inputs the similarity output from the detector 102 for the search window of the same size, and outputs the minimum similarity among them.

伸縮率算出部104は、類似度選択部103で求めた最小の類似度に基づいて、探索窓を縮小する伸縮率を算出する。また、この伸縮率算出部104は、以上の処理をまず最大の探索窓の大きさβmaxで行い、求めた伸縮率で探索窓を縮小しながら処理を繰り返し、最大の探索窓の大きさβmin以下になるまで行うように制御する繰り返し制御部の機能も兼ねている。   The expansion / contraction rate calculation unit 104 calculates an expansion / contraction rate for reducing the search window based on the minimum similarity obtained by the similarity selection unit 103. Further, the expansion / contraction rate calculation unit 104 first performs the above processing with the maximum search window size βmax, and repeats the processing while reducing the search window with the obtained expansion / contraction rate, and the maximum search window size βmin or less. It also functions as a repetitive control unit that performs control so that it is performed until.

検出器102は、注目領域抽出部105、特徴抽出部106、類似度算出部107、部分結果出力部108を有する。   The detector 102 includes an attention area extraction unit 105, a feature extraction unit 106, a similarity calculation unit 107, and a partial result output unit 108.

注目領域抽出部105は、信号入力部101に記憶された画像上のある位置に、2種類の探索窓、すなわち、第1の探索窓内と第2の探索窓内を設定して、それらの中に含まれる画素を出力する。探索窓は伸縮率算出部103で指定された大きさとする。   The attention area extraction unit 105 sets two types of search windows at a certain position on the image stored in the signal input unit 101, that is, the first search window and the second search window, Output the pixels contained in it. The search window has a size specified by the expansion / contraction rate calculation unit 103.

特徴抽出部106は、第1の探索窓内と第2の探索窓内のそれぞれの画像の平均輝度を算出して特徴量をそれぞれ抽出する。   The feature extraction unit 106 calculates the average luminance of the images in the first search window and the second search window and extracts the feature amounts.

類似度算出部107は、第1の探索窓と第2の探索窓の間の類似度を算出する。   The similarity calculation unit 107 calculates the similarity between the first search window and the second search window.

結果出力部108は、類似度算出部107で求めた類似度が予め与えられた閾値θ(0≦θ≦1)を下回る場合に探索窓の位置、大きさ及び類似度を出力する。   The result output unit 108 outputs the position, size, and similarity of the search window when the similarity calculated by the similarity calculation unit 107 is below a predetermined threshold value θ (0 ≦ θ ≦ 1).

信号探索装置は、図20に示すように装置全体を制御するCPU(Central Processing Unit)等の制御部11と、各種データや各種プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)14やRAM15(Random Access Memory)等の記憶部と、各種データや各種プログラムを記憶するHDD(Hard Disk Drive)やCD(Compact Disk)ドライブ装置等の外部記憶部16と、これらを接続するバス17とを備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。また、信号探索装置には、情報を表示する表示部13と、ユーザの指示入力を受け付けるキーボードやマウス等の操作部12と、外部装置の通信を制御する通信I/F(interface)18とが有線又は無線により各々接続される。   As shown in FIG. 20, the signal search apparatus includes a control unit 11 such as a CPU (Central Processing Unit) that controls the entire apparatus, a ROM (Read Only Memory) 14 and a RAM 15 (Random Access Memory) that store various data and various programs. ), An external storage unit 16 such as an HDD (Hard Disk Drive) or a CD (Compact Disk) drive device for storing various data and various programs, and a bus 17 for connecting them. It has a hardware configuration using a computer. In addition, the signal search device includes a display unit 13 for displaying information, an operation unit 12 such as a keyboard and a mouse for receiving user instruction inputs, and a communication I / F (interface) 18 for controlling communication with an external device. Each is connected by wire or wireless.

なお、この信号探索装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、信号入力部101、検出器102、類似度選択部103、伸縮率算出部104、注目領域抽出部105、特徴抽出部106、類似度算出部107、結果出力部108は、上記のコンピュータに搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、信号探索装置は、上記のプログラムをコンピュータに予めインストールすることで実現してもよいし、CD−ROMなどの記憶媒体に記憶して、又はネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータに適宜インストールすることで実現してもよい。また、信号探索装置に設けた記憶部は、上記のコンピュータに内蔵又は外付けされたメモリ、ハードディスクもしくはCD−R、CD−RW、DVD−RAM、DVD−Rなどの記憶媒体などを適宜利用して実現することができる。   Note that this signal search device can also be realized, for example, by using a general-purpose computer device as basic hardware. That is, the signal input unit 101, the detector 102, the similarity selection unit 103, the expansion / contraction rate calculation unit 104, the attention area extraction unit 105, the feature extraction unit 106, the similarity calculation unit 107, and the result output unit 108 are connected to the above computer. This can be realized by causing the installed processor to execute the program. At this time, the signal search apparatus may be realized by installing the above program in a computer in advance, or may be stored in a storage medium such as a CD-ROM or distributed through the network. This program may be realized by appropriately installing it on a computer. The storage unit provided in the signal search apparatus appropriately uses a memory, a hard disk or a storage medium such as a CD-R, a CD-RW, a DVD-RAM, a DVD-R, or the like incorporated in or externally attached to the computer. Can be realized.

(2)探索窓の説明
図1a〜hは、本実施例に係る信号探索装置において、画像のエッジ検出で用いる第1の探索窓と第2の探索窓である。
(2) Description of Search Window FIGS. 1A to 1H are a first search window and a second search window used for image edge detection in the signal search apparatus according to the present embodiment.

図1aは、注目領域抽出部105が有する第1の探索窓w1と第2の探索窓w2を、画像上に左右に隣接して配置して横方向のエッジを検出する。図1bから図1hは、図1aを時計回り方向に少しずつ回転させたエッジを検出するための各探索窓を表す。   In FIG. 1a, the first search window w1 and the second search window w2 included in the attention area extraction unit 105 are arranged adjacent to each other on the left and right on the image to detect a lateral edge. FIGS. 1b to 1h represent search windows for detecting edges obtained by slightly rotating FIG. 1a in the clockwise direction.

入力画像をグレースケール画像とし、探索窓w1、w2の平均輝度値をL1、L2、探索窓w1、w2の平均輝度値の差分値である輝度差分値をDをとすると、D=L1−L2となる。但し、0≦L1≦1、0≦L2≦1、0≦D≦1である。輝度は0〜1の値をとり、0が最も明るく、1が最も暗いとする。D>θの場合にその位置をエッジとして検出する。但し、0≦θ≦1とする。   Assuming that the input image is a gray scale image, the average luminance values of the search windows w1 and w2 are L1 and L2, and the luminance difference value that is the difference value of the average luminance values of the search windows w1 and w2 is D, D = L1-L2 It becomes. However, 0 ≦ L1 ≦ 1, 0 ≦ L2 ≦ 1, and 0 ≦ D ≦ 1. The luminance takes a value from 0 to 1, with 0 being the brightest and 1 being the darkest. When D> θ, the position is detected as an edge. However, 0 ≦ θ ≦ 1.

検出器102は、入力画像内を走査して、図1aの探索窓の組を用いて、縦方向のエッジを検出する。なお、輝度差分値Dは、輝度差分値Dとは距離を意味している。すなわち、距離差分値Dは類似度の逆数であり、輝度差分値が大きくなると、類似度は小さくなる。   The detector 102 scans the input image and detects vertical edges using the set of search windows of FIG. 1a. Note that the luminance difference value D means the distance. That is, the distance difference value D is the reciprocal of the similarity, and the similarity decreases as the luminance difference value increases.

図2に示すように、信号探索装置は、上記処理を最初に最大の大きさを有する探索窓βmaxで行い、探索窓を縮小しながら処理を繰り返し、最小の大きさの探索窓βmin以下になるまで行う。   As shown in FIG. 2, the signal search apparatus first performs the above processing with the search window βmax having the maximum size, and repeats the processing while reducing the search window, so that the search window βmin becomes smaller than the minimum size. Do until.

(3)画像中に明らかにエッジがない場合に照合を省略して高速化する例
図5は、探索窓を多少縮小してもエッジを検出しないことが明らかな例を説明するための図である。
(3) Example of speeding up by omitting collation when there is clearly no edge in the image FIG. 5 is a diagram for explaining an example in which it is clear that no edge is detected even if the search window is somewhat reduced. is there.

左側の第1の探索窓w1の方が右側の第2の探索窓w2より明るいエッジを検出するためのものとする。入力画像はこれとは逆に、左側より右側が明るいグラデーション画像である。このような場合では、各探索窓を多少縮小しても輝度差分値は大きく変化せず、エッジを検出しないという問題点がある。   It is assumed that the left first search window w1 is for detecting a brighter edge than the right second search window w2. On the contrary, the input image is a gradation image that is brighter on the right side than on the left side. In such a case, there is a problem that the luminance difference value does not change greatly even if each search window is somewhat reduced, and an edge is not detected.

(4)探索窓の縮小率を算出する方法
図6は、本実施例において、探索窓の縮小率の算出方法を説明する図である。
(4) Method for Calculating Search Window Reduction Ratio FIG. 6 is a diagram for explaining a method for calculating a search window reduction ratio in this embodiment.

検出器102は、上記したように第1の探索窓w1の方が第2の探索窓w2より明るいエッジを検出するためのものである。縮小前の左右の探索窓の輝度値をL1、L2とすると、輝度差分値はD=L1−L2となる。但し、D>0とする。   As described above, the detector 102 is for detecting edges that are brighter in the first search window w1 than in the second search window w2. If the luminance values of the left and right search windows before reduction are L1 and L2, the luminance difference value is D = L1−L2. However, D> 0.

各探索窓w1、w2を縮小した各探索窓w1’、w2’として、それらの輝度値をL1’、L2’とすると、輝度差分値はD’=L1’−L2’となる。   Assuming that the search windows w1 'and w2' are obtained by reducing the search windows w1 and w2, and the brightness values thereof are L1 'and L2', the brightness difference value is D '= L1'-L2'.

縮小によって輝度差分値D’が最も減少する場合を考える。第1の探索窓w1’に関して縮小によって第1の探索窓の範囲外となった全ての領域の輝度が1で、第2の探索窓w2’に関して縮小によって第2の探索窓の範囲外となった全ての領域の輝度が0の場合に、輝度差分値D’が最も減少する。この場合の縮小率をαとすると、L1’、L2’、D’は以下の式で表せる。   Consider a case where the luminance difference value D ′ is reduced most by the reduction. The luminance of all the areas outside the range of the first search window due to the reduction in the first search window w1 ′ is 1, and the brightness of the second search window w2 ′ is out of the range of the second search window due to the reduction. When the brightness of all the regions is 0, the brightness difference value D ′ is the smallest. If the reduction ratio in this case is α, L1 ′, L2 ′, and D ′ can be expressed by the following equations.


L1’=(L1/2−(1−α)/2)/(α/2)
=(L1−1+α)/α
L2’=L2/α
D’=L1’−L2’
=(L1−L2−1+α)/α
=(D−1+α)/α

D’>θを解くと以下の関係を導ける。

L1 '= (L1 / 2- ( 1-α 2) / 2) / (α 2/2)
= (L1-1 + α 2 ) / α 2
L2 ′ = L2 / α 2
D ′ = L1′−L2 ′
= (L1-L2-1 + α 2 ) / α 2
= (D-1 + α 2 ) / α 2

Solving D ′> θ leads to the following relationship.


α>(1−D)/(1−θ) ・・・(1)

縮小率αが、式1の範囲内であれば、エッジを検出し得ない。

α 2 > (1-D) / (1-θ) (1)

If the reduction ratio α is within the range of Expression 1, an edge cannot be detected.

縮小率αが1に近い場合には、探索窓の大きさがほとんど変化しないから、これを避けるために縮小率の下限Afixを定め、α<Afixの場合にはα=Afixとする。但し、Afixは固定値とし、0≦Afix≦1とする。   When the reduction rate α is close to 1, the size of the search window hardly changes. Therefore, in order to avoid this, a lower limit Afix of the reduction rate is determined, and α = Afix is set when α <Afix. However, Afix is a fixed value, and 0 ≦ Afix ≦ 1.

現在の探索窓の大きさをβ(i)とする。但し、iは繰り返し処理の回数を表し、i≧1である。   Let β (i) be the size of the current search window. However, i represents the number of repetition processes, and i ≧ 1.

β(1)はβmaxに初期化しておく。画像上の全ての位置において輝度差分値Dを求めて、D≧θとなる全ての位置(x、y)について、位置(x,y)、輝度差分値D、探索窓の大きさβ(i)を出力する。但し、画像の大きさはx×yとする。それらの中でも最小の輝度差分値Dminを求める。   β (1) is initialized to βmax. The luminance difference value D is obtained at all positions on the image, and the position (x, y), the luminance difference value D, and the search window size β (i) are obtained for all positions (x, y) where D ≧ θ. ) Is output. However, the size of the image is x × y. Among them, the minimum luminance difference value Dmin is obtained.

次の探索窓の大きさをβ(i+1)とすると、β(i+1)は以下の式2で表せる。   If the size of the next search window is β (i + 1), β (i + 1) can be expressed by Equation 2 below.


β(i+1)=β(i)×α
=β(i)×√((1−Dmin)/(1−θ))・・・(2)

以上の処理を繰り返して探索窓の大きさがβ(i)≦βminになるまで繰り返す。

β (i + 1) = β (i) × α
= Β (i) × √ ((1-Dmin) / (1-θ)) (2)

The above process is repeated until the size of the search window becomes β (i) ≦ βmin.

(5)従来方法
図8は、探索窓の伸縮率を固定幅ずつ変化させながら探索する従来方法を示す。
(5) Conventional Method FIG. 8 shows a conventional method for searching while changing the expansion / contraction ratio of the search window by a fixed width.

従来方法では、図5に示す探索窓の大きさを多少変化させても明らかに輝度値が閾値を下回らない場合でも探索する必要があり、無駄が多かった。また、信号の種類や性質によって変化幅を経験的に変更する必要もあった。   In the conventional method, even if the size of the search window shown in FIG. 5 is slightly changed, it is necessary to perform a search even when the luminance value does not clearly fall below the threshold value, which is wasteful. In addition, it is necessary to empirically change the change width depending on the type and nature of the signal.

(6)本実施例の方法
図9に本実施例によって伸縮率を可変に変化させながら探索する様子を示す。
(6) Method of the present embodiment FIG. 9 shows a state in which searching is performed by variably changing the expansion / contraction ratio according to the present embodiment.

本実施例では、式2より求めた明らかに輝度差分値が予め与えられた閾値θを下回らない大きさの探索窓での照合を省略して、探索窓の大きさをスキップしながら探索を進める。   In the present embodiment, the search is advanced while skipping the size of the search window by omitting collation in the search window whose magnitude is clearly less than the threshold value θ given in advance, which is clearly obtained from Expression 2. .

図4に以上の処理手順を説明するフローチャートを示す。   FIG. 4 shows a flowchart for explaining the above processing procedure.

まず、ステップ400において、伸縮率算出部104は、iを1に、探索窓の大きさβ(i)をβmaxに、伸縮率αを1に、最小差分値Dminを0に初期化する。   First, in step 400, the expansion / contraction rate calculation unit 104 initializes i to 1, the search window size β (i) to βmax, the expansion / contraction rate α to 1, and the minimum difference value Dmin to 0.

ステップ401において、伸縮率算出部104は、探索窓をα倍に縮小する。   In step 401, the expansion / contraction rate calculation unit 104 reduces the search window to α times.

ステップ402において、注目領域抽出部105は、入力画像上の位置(x,y)が第1の探索窓w1と第2の探索窓w1の重心になる位置に各探索窓w1、w2を配置する。特徴抽出部106は各探索窓w1、w2の平均輝度値L1、L2をそれぞれ算出する。類似度算出部107は両探索窓w1、w2の輝度差分値Dを、D=L1−L2から算出する。但し、0≦L1≦1、0≦L2≦1、0≦D≦1である。   In step 402, the attention area extraction unit 105 arranges the search windows w1 and w2 at positions where the position (x, y) on the input image becomes the center of gravity of the first search window w1 and the second search window w1. . The feature extraction unit 106 calculates average luminance values L1 and L2 of the search windows w1 and w2, respectively. The similarity calculation unit 107 calculates the luminance difference value D between the search windows w1 and w2 from D = L1−L2. However, 0 ≦ L1 ≦ 1, 0 ≦ L2 ≦ 1, and 0 ≦ D ≦ 1.

ステップ403において、結果出力部108は、D>θの場合はその入力画像上の位置(x,y)をエッジとして検出し、両探索窓w1、w2の重心の位置(x,y)、輝度差分値D、探索窓の大きさβ(i)を出力する。但し、0≦θ≦1である。   In step 403, if D> θ, the result output unit 108 detects the position (x, y) on the input image as an edge, the position (x, y) of the center of gravity of both search windows w1, w2, and the luminance. The difference value D and the search window size β (i) are output. However, 0 ≦ θ ≦ 1.

ステップ404において、類似度選択部103は、D<Dminの場合は最小輝度差分値Dmin=Dとして更新する。   In step 404, the similarity selection unit 103 updates the minimum luminance difference value Dmin = D when D <Dmin.

ステップ405において、注目領域抽出部105、特徴抽出部106、類似度算出部107、結果出力部108、類似度選択部103は、以上の処理を入力画像上の全ての位置についてステップ402に戻って繰り返し行い、全て処理した場合はステップ406に進む。   In step 405, the attention area extraction unit 105, feature extraction unit 106, similarity calculation unit 107, result output unit 108, and similarity selection unit 103 return to step 402 for all positions on the input image. If all the processes are repeated, the process proceeds to step 406.

ステップ406において、伸縮率算出部104は、閾値θと最小輝度差分値Dminに基づいて式1によって伸縮率αを算出する。但し、αの下限値をAfixとすると、α<Afixの場合はα=Afixとする。   In Step 406, the expansion / contraction rate calculation unit 104 calculates the expansion / contraction rate α using Equation 1 based on the threshold θ and the minimum luminance difference value Dmin. However, if the lower limit value of α is Afix, then α = Afix when α <Afix.

ステップ407において、伸縮率算出部104が兼ねている繰り返し制御部は、各探索窓w1、w2の大きさをβ(i+1)=β(i)×αとして求めて更新し、i=i+1とインクリメントする。   In step 407, the iterative control unit that is also used by the expansion / contraction rate calculation unit 104 obtains and updates the size of each search window w1, w2 as β (i + 1) = β (i) × α, and increments i = i + 1. To do.

ステップ408において、伸縮率算出部104が兼ねている繰り返し制御部は、各探索窓の大きさβ(i)<βminの場合は処理を終了し、そうでない場合はステップ201に戻って検出処理を繰り返すように制御する。   In step 408, the repetitive control unit also serving as the expansion / contraction rate calculation unit 104 ends the process if the size of each search window β (i) <βmin, otherwise returns to step 201 to perform the detection process. Control to repeat.

(7)変更例1
また、本発明は上記実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
(7) Modification 1
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiments. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

変更例1について説明する。   Modification 1 will be described.

実施例1では両探索窓w1、w2を縮小したが、両探索窓w1、w2を拡大しても拡大幅の伸縮率を導ける。拡大前の左右の探索窓をw1、w2、輝度値をL1、L2とし、輝度差分値をDとする。拡大後の左右の探索窓をw1”、w2”、輝度値をL1”、L2”とし、輝度差分値をD”=L1”−L2”とする。   In the first embodiment, the search windows w1 and w2 are reduced. However, even if the search windows w1 and w2 are enlarged, the expansion / contraction ratio of the enlarged width can be derived. The left and right search windows before enlargement are w1, w2, the luminance values are L1, L2, and the luminance difference value is D. The left and right search windows after enlargement are w1 ″, w2 ″, the luminance values are L1 ″ and L2 ″, and the luminance difference value is D ″ = L1 ″ −L2 ″.

拡大によって輝度差分値D”が最も減少する場合を考える。第1の探索窓w1”に関して拡大によってはみ出した全ての領域の輝度が0で、第2の探索窓w2”に関して拡大によってはみ出した全ての領域の輝度が1の場合に、輝度差分値D”が最も減少する。拡大率をαとすると、L1”、L2”、D”は以下の式で表せる。   Consider a case in which the luminance difference value D ″ is reduced most by the enlargement. All the regions that are protruded by the enlargement with respect to the first search window w1 ″ are 0 and all of the regions that are protruded by the enlargement with respect to the second search window w2 ″. When the brightness of the area is 1, the brightness difference value D ″ is the smallest. Assuming that the enlargement ratio is α, L1 ″, L2 ″, and D ″ can be expressed by the following equations.


L1”=L1/α
L2”=(L2/2+(α−1)/2)/(α/2)
=(L2+α−1)/α
D”=L1”−L2”
=(L1−L2−α+1)/α
=(D−α+1)/α

D”>θを解くと以下の関係を導ける。

L1 "= L1 / α 2
L2 "= (L2 / 2 + (α 2 -1) / 2) / (α 2/2)
= (L2 + α 2 -1) / α 2
D ″ = L1 ″ −L2 ″
= (L1-L2-α 2 +1) / α 2
= (D-α 2 +1) / α 2

Solving D ″> θ leads to the following relationship.


α<(1+D)/(1+θ) ・・・(3)

拡大率αが、式3の範囲内であれば、エッジを検出し得ない。

α 2 <(1 + D) / (1 + θ) (3)

If the enlargement ratio α is within the range of Expression 3, an edge cannot be detected.

式1と式3をまとめると以下の式を導ける。   Summarizing Formula 1 and Formula 3, the following formula can be derived.


(1−D)/(1−θ)<α<(1+D)/(1+θ) ・・・(4)

縮小及び拡大を含めて、伸縮率αがこの範囲内であれば、エッジを検出し得ない。

(1-D) / (1-θ) <α 2 <(1 + D) / (1 + θ) (4)

If the expansion / contraction rate α is within this range including reduction and enlargement, an edge cannot be detected.

なお、本明細書では、「伸縮」とは、拡大、又は、縮小を意味する。   In the present specification, “extension / contraction” means enlargement or reduction.

(8)変更例2
変更例2について説明する。
(8) Modification 2
Modification 2 will be described.

実施例1では、最小輝度差分値Dminを画像全体から求めたが、画像を複数に分割して、それぞれの領域毎に独立して探索してもよい。また、全ての位置を一つの領域とみなしてもよい。   In the first embodiment, the minimum luminance difference value Dmin is obtained from the entire image, but the image may be divided into a plurality of parts and searched independently for each region. All positions may be regarded as one area.

すなわち、実施例1では、一点でも輝度差分値Dが閾値θを下回るとスキップすることができない。画像全体について最小輝度差分値Dminを求めると、その可能性が高くなり、スキップできない場合が増える。画像は微小な領域では均一な変化をすることが多く、その場合は輝度差分値Dも似た値をとることが多い。そこで、画像を微小な領域に分割して、その最小輝度差分値Dminを求めると、スキップできる可能性が高くなる。   That is, in the first embodiment, even if one point, the luminance difference value D is less than the threshold value θ, it is not possible to skip. When the minimum luminance difference value Dmin is obtained for the entire image, the possibility increases, and the number of cases in which skipping is not possible increases. The image often changes uniformly in a minute region, and in that case, the luminance difference value D often takes a similar value. Therefore, if the image is divided into minute regions and the minimum luminance difference value Dmin is obtained, the possibility of skipping increases.

また、前記分割した領域が、一つの点(例えば、一画素)でもよい。この場合には、実施例1のように、領域の中の最小輝度差分値Dminを求めるのでなく、その位置における輝度差分値自身を用いて式2から伸縮率を算出する。   The divided area may be one point (for example, one pixel). In this case, instead of obtaining the minimum luminance difference value Dmin in the area as in the first embodiment, the expansion / contraction rate is calculated from Equation 2 using the luminance difference value itself at that position.

(9)変更例3
変更例3について説明する。
(9) Modification 3
A third modification will be described.

実施例1では、各探索窓w1、w2内の輝度の平均値を特徴量とし、探索窓間の輝度差分値を求めた。しかし、探索窓の大きさの伸縮量から類似度の変化の上限を算出できるものであれば、特徴量の算出方法と、類似度の算出方法は何でもよい。   In Example 1, the luminance difference value between the search windows was obtained using the average value of the luminance in each of the search windows w1 and w2 as a feature amount. However, as long as the upper limit of the change in similarity can be calculated from the expansion / contraction amount of the size of the search window, any method for calculating the feature amount and the method for calculating the similarity may be used.

例えば、各探索窓内の輝度値のヒストグラムを特徴量とし、各探索窓間のヒストグラム重なり率を類似度として求めても良い。   For example, a histogram of luminance values in each search window may be used as a feature amount, and a histogram overlap rate between the search windows may be obtained as a similarity.

各探索窓w1、w2に含まれる画素の輝度値に関するヒストグラムをそれぞれH=(h11,h12,・・・,h1n)、H2=(h21,h22,・・・,h2n)とする。但し、nは探索窓に含まれる画素数、すなわちヒストグラムの総度数を表す。縮小前後の左右の探索窓間の類似度をS、S’とする。類似度は以下の式で表されるヒストグラム重なり率で求める。

Figure 2010218022
H 1 = (h 11 , h 12 ,..., H 1n ), H 2 = (h 21 , h 22 ,..., H 2n , respectively, regarding the luminance values of the pixels included in the search windows w 1 and w 2. ). Here, n represents the number of pixels included in the search window, that is, the total frequency of the histogram. Assume that the similarity between the left and right search windows before and after reduction is S and S ′. The degree of similarity is obtained by a histogram overlap rate represented by the following equation.
Figure 2010218022

縮小によってSが最も減少した場合を考える。縮小された各探索窓w1’、w2’から探索窓の範囲外となった全ての領域が類似度増加に寄与する場合にSが最も減少する。縮小率をαとすると、類似度S’は以下の式で表せる。   Consider the case where S decreases most due to reduction. S decreases most when all regions outside the search window range from the reduced search windows w1 'and w2' contribute to the increase in similarity. If the reduction ratio is α, the similarity S ′ can be expressed by the following equation.


S’=(S−(1−α)/2)/α
=(S−1+α)/α

S’<θを解くと以下の式5を導ける。

S ′ = (S− (1−α 2 ) / 2) / α 2
= (S-1 + α 2 ) / α 2

When S ′ <θ is solved, the following formula 5 can be derived.


α>(1−2S)/(1−2θ) ・・・(5)

一方、各探索窓w1、w2を拡大する場合は、拡大した各探索窓w1”、w2”によってはみ出した全ての領域が類似度増加に寄与しない場合にSが最も減少する。拡大率をαとすると、拡大後の類似度S”は以下の式で表せる。

α 2 > (1-2S) / (1-2θ) (5)

On the other hand, when the search windows w1 and w2 are enlarged, S decreases most when all the regions protruding from the enlarged search windows w1 ″ and w2 ″ do not contribute to the increase in similarity. If the enlargement ratio is α, the similarity S ″ after enlargement can be expressed by the following equation.


S”=(S−(α−1)/2)/α

S”<θを解くと以下の式6を導ける。

S ″ = (S− (α 2 −1) / 2) / α 2

Solving S ″ <θ leads to the following equation (6).


α<(1+2S)/(1+2θ) ・・・(6)

式5と式6をまとめると以下の式7のようになる。

α 2 <(1 + 2S) / (1 + 2θ) (6)

Summarizing Formula 5 and Formula 6 gives Formula 7 below.


(1−2S)/(1−2θ)<α<(1+2S)/(1+2θ)

・・・(7)

両探索窓の伸縮率αが式7を満たす範囲内であればエッジを検出し得ない。

(1-2S) / (1-2θ) <α 2 <(1 + 2S) / (1 + 2θ)

... (7)

If the expansion / contraction rate α of both search windows is within a range satisfying Equation 7, an edge cannot be detected.

また、類似度の変更例としては、上記輝度差分値と上記ヒストグラム重なり率を用いるに代えて、探索窓の大きさの伸縮量から類似度の変化の上限を算出できる式そのものを用いてもよい。具体的には、aの式を用いても良い。 Further, as an example of changing the similarity, instead of using the luminance difference value and the histogram overlap rate, an expression itself that can calculate the upper limit of the similarity change from the expansion / contraction amount of the search window size may be used. . Specifically, the formula a * may be used.

(10)変更例4
実施例1では、縮小時には伸縮率の下限、拡大時には伸縮率の上限のみを用いて信号探索処理を高速化した。この変更例4では、その両方を用いて信号探索処理を高速化する。実施例1と同様に、探索窓W(i)をα倍して探索窓W(i+1)に縮小する場合を説明する。但し、探索窓W(i)は探索窓w1と探索窓w2の組を表し、α<1とする。
(10) Modification 4
In Example 1, the signal search process was speeded up using only the lower limit of the expansion / contraction rate at the time of reduction and only the upper limit of the expansion / contraction rate at the time of enlargement. In the fourth modification, the signal search process is speeded up using both of them. Similar to the first embodiment, a case where the search window W (i) is multiplied by α to be reduced to the search window W (i + 1) will be described. However, the search window W (i) represents a set of the search window w1 and the search window w2, and α <1.

探索窓W(i)の大きさがβ(i)、輝度差分値がDのときに、探索窓W(i)より小さい探索窓W(i+1)’を設定した場合に、探索窓W(i)’における伸縮率αpの上限をどのように表せるかを考える。   When the size of the search window W (i) is β (i) and the luminance difference value is D, when the search window W (i + 1) ′ smaller than the search window W (i) is set, the search window W (i Let us consider how the upper limit of the expansion / contraction rate αp can be expressed.

探索窓W(i)での輝度差分値はDであるので、式1より以下の式7−1で表せる。   Since the luminance difference value in the search window W (i) is D, it can be expressed by Expression 7-1 below from Expression 1.


α>(1−D)/(1−θ) ・・・(7−1)

一方、探索窓W(i+1)’の輝度差分値を仮に予測輝度差分値D’とすると、探索窓W(i+1)’から見た伸縮率の上限は式3より以下の式7−2のように表せる。

α 2 > (1-D) / (1-θ) (7-1)

On the other hand, assuming that the luminance difference value of the search window W (i + 1) ′ is the predicted luminance difference value D ′, the upper limit of the expansion / contraction rate viewed from the search window W (i + 1) ′ is as shown in the following equation 7-2 from the equation 3. It can be expressed as


αp<(1+D’)/(1+θ) ・・・(7−2)

探索窓W(i)から見た探索窓の最小の大きさをβ(i)’とすると、β(i)’=β(i)×αと表せる。探索窓W(i+1)から見た探索窓の最大の大きさをβ”(i)とすると、β(i)”=β(i+1)/αpと表せる。β(i)<β(i)”ならば探索を省略できる伸縮の区間が連続する。この式を解くと以下の式7−3を導ける。

αp 2 <(1 + D ′) / (1 + θ) (7-2)

When the minimum size of the search window viewed from the search window W (i) is β (i) ′, it can be expressed as β (i) ′ = β (i) × α. If the maximum size of the search window viewed from the search window W (i + 1) is β ″ (i), it can be expressed as β (i) ″ = β (i + 1) / αp. If β (i) <β (i) ”, the expansion and contraction intervals that can be omitted are continuous. Solving this equation leads to the following equation 7-3.


β(i+1)’<β(i)×α/αp
=β(i)×√((1−D)(1+θ)/(1+D’)(1−θ))
・・・(7−3)

式7−1は伸縮率の下限を利用した範囲であり、式7−2は伸縮率の上限を利用した範囲である。式7−3はこれらの両方を利用できるため、実施例1のように伸縮率の下限のみ利用したり、実施例1の変更例1のように伸縮率の上限のみ利用したりするのと比較すると、スキップできる伸縮率の範囲が広い。但し、探索窓W(i+1)’の大きさβ(i+1)’は式7−3を満たすものを選ぶ必要がある。

β (i + 1) ′ <β (i) × α / αp
= Β (i) × √ ((1-D) (1 + θ) / (1 + D ′) (1-θ))
... (7-3)

Equation 7-1 is a range using the lower limit of the expansion / contraction rate, and Equation 7-2 is a range using the upper limit of the expansion / contraction rate. Since both of these can be used in Expression 7-3, only the lower limit of the expansion / contraction rate is used as in Example 1, or only the upper limit of the expansion / contraction rate is used as in Modification 1 of Example 1. Then, the range of expansion ratios that can be skipped is wide. However, the size β (i + 1) ′ of the search window W (i + 1) ′ needs to be selected to satisfy Expression 7-3.

そこで、まず、予測輝度差分値D’を予測して、式7−3を満たす範囲内の値に探索窓W(i+1)の大きさβ(i+1)を設定する。なお、できるだけスキップ可能な伸縮幅を広げるために、β(i+1)は式7−3を満たす最小値付近に設定する。   Therefore, first, the predicted luminance difference value D ′ is predicted, and the size β (i + 1) of the search window W (i + 1) is set to a value within the range satisfying Equation 7-3. Note that β (i + 1) is set near the minimum value that satisfies Equation 7-3 in order to increase the skippable expansion / contraction width as much as possible.

例えば、伸縮率算出部104は、探索窓W(i)から探索窓W(i+1)まで輝度差分値がDのまま変わらないと仮定すると、β(i+1)は以下のように設定する。但し、Cpは例えば1.1などの1に近い定数とする。   For example, assuming that the luminance difference value remains unchanged from D to the search window W (i + 1), the expansion / contraction rate calculation unit 104 sets β (i + 1) as follows. However, Cp is a constant close to 1, such as 1.1.


β(i+1)=Cp×β(i+1)’
=Cp×β(i)×√((1−D)(1+θ)/(1+D’)(1−θ)) ・・・(7−4)

次に、検出器102が、探索窓W(i)を実際にβ(i+1)に縮小した探索窓W(i+1)を用いてエッジを探索し、類似度選択部103に実際の最小輝度差分値Daを記憶する。この際に結果出力部108が出力する結果には未決定のマークを付けておく。

β (i + 1) = Cp × β (i + 1) ′
= Cp × β (i) × √ ((1-D) (1 + θ) / (1 + D ′) (1-θ)) (7-4)

Next, the detector 102 searches for an edge using the search window W (i + 1) obtained by actually reducing the search window W (i) to β (i + 1), and the similarity selection unit 103 receives the actual minimum luminance difference value. Memorize Da. At this time, an undecided mark is attached to the result output from the result output unit 108.

次に、類似度選択部103に記憶された実際の輝度差分値Daを予測輝度差分値D’式7−3に代入してβ(i+1)’を算出し、以下の式7−5を満たすかどうかを、伸縮率算出部104は調べる。   Next, the actual brightness difference value Da stored in the similarity selection unit 103 is substituted into the predicted brightness difference value D ′ expression 7-3 to calculate β (i + 1) ′, and the following expression 7-5 is satisfied. Whether or not the expansion / contraction rate calculation unit 104 checks.


β(i+1)>β(i+1)’ ・・・(7−5)

式7−5を満たす場合は、結果出力部108が出力した未決定のマークを付けられた出力結果に決定のマークを付けて有効な結果とし、探索を進める。

β (i + 1)> β (i + 1) ′ (7-5)

When Expression 7-5 is satisfied, the determination result is added to the output result output from the result output unit 108 and the undetermined mark is added, and the search is advanced.

式7−5を満たさない場合は、β(i)’に1以上β(i)/β(i)’以下の固定値Cbを乗じてβ(i)に近づけて、式7−2を再び満たすか調べる処理を行う。この処理が「バックトラック」である。このバックトラックは、式7−2を満たすまで繰り返し行う。   If Equation 7-5 is not satisfied, β (i) ′ is multiplied by a fixed value Cb of 1 or more and β (i) / β (i) ′ to be close to β (i), and Equation 7-2 is re-established. A process to check whether it satisfies is performed. This process is “backtracking”. This backtracking is repeated until Expression 7-2 is satisfied.

以上の処理を繰り返すことによって、伸縮率の下限又は上限だけでなく、両方を同時に利用してさらに信号探索処理を高速化できる。   By repeating the above processing, it is possible to further speed up the signal search processing by using not only the lower limit or upper limit of the expansion / contraction rate but also both.

なお、拡大も同様に信号探索処理を行うことができる。すなわち、

β(i+1)’>β(i)×√((1+D’)(1−θ)/(1−D)(1+θ))

・・・(7−6)

を満たすまでバックトラックを繰り返す。
Note that the signal search process can be similarly performed for enlargement. That is,

β (i + 1) ′> β (i) × √ ((1 + D ′) (1-θ) / (1-D) (1 + θ))

... (7-6)

Repeat backtracking until it meets.

また、類似度としては、輝度差分値に代えてヒストグラム重なり率を用いてもよい。   Further, as the similarity, a histogram overlap rate may be used instead of the luminance difference value.

(11)変更例5
変更例5について説明する。
(11) Modification 5
Modification 5 will be described.

変更例5では、複雑な形状の探索窓を用いた場合を説明する。   In the fifth modification, a case where a search window having a complicated shape is used will be described.

実施例1では、図6、図7に示したように、同じ大きさの長方形を左右に隣接させた第1の探索窓と第2の探索窓を用いて、正方形の中心について両探索窓を伸縮した。しかし、両探索窓は、図10、図11、図12に示すように、各探索窓が2以上の領域を有していても良い。以下、順番に変形例について説明する。   In the first embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, both search windows are set at the center of a square using a first search window and a second search window in which rectangles of the same size are adjacent to each other on the left and right. Stretched. However, as shown in FIGS. 10, 11, and 12, both search windows may have two or more regions. Hereinafter, modification examples will be described in order.

(11−1)探索窓の第1の変形例
複雑な場合の探索窓の第1の変形例について図10に基づいて説明する。
(11-1) First Modification of Search Window A first modification of the search window in a complicated case will be described with reference to FIG.

図10に示す両探索窓1600〜1604は、中心点から放射状に伸びた線分によって両探索窓の領域が区切られ、かつ、中心点について点対象な場合である。   Both search windows 1600 to 1604 shown in FIG. 10 are cases in which the areas of both search windows are divided by line segments extending radially from the center point, and the center point is a point object.

両探索窓1600〜1604は、中心点について両探索窓の大きさを伸縮しても、互いに重なることはない場合であり、実施例1と同じ式を用いて伸縮率を算出できる。   The two search windows 1600 to 1604 are cases where they do not overlap each other even if the size of both search windows is expanded or contracted with respect to the center point, and the expansion / contraction ratio can be calculated using the same formula as in the first embodiment.

(11−2)探索窓の第2の変形例
複雑な場合の探索窓の第2の変形例について図11に基づいて説明する。
(11-2) Second Modified Example of Search Window A second modified example of the search window in a complicated case will be described with reference to FIG.

図11に示す両探索窓1700〜1704は、中心点から放射状に伸びた線分によって両探索窓の領域が区切られるが、中心点について点対称ではない場合である。   The two search windows 1700 to 1704 shown in FIG. 11 are cases where the areas of both search windows are delimited by line segments extending radially from the center point, but are not point-symmetric with respect to the center point.

両探索窓1700〜1704は、中心点について両探索窓を伸縮しても、互いに重なることはない場合だが、各探索窓の領域の面積が異なる。   Although the two search windows 1700 to 1704 do not overlap each other even if the search windows are expanded or contracted with respect to the center point, the areas of the areas of the search windows are different.

(11−2−1)平均輝度の場合
そのため、特徴量に平均輝度を用いる場合は、輝度の平均値を算出する段階で単位面積当たりの値に換算する。これにより、両探索窓の面積が異なっても実施例1と同じ式を用いて伸縮率を算出できる。
(11-2-1) In the case of average luminance Therefore, when using average luminance for the feature amount, it is converted to a value per unit area at the stage of calculating the average value of luminance. Thereby, even if the areas of the two search windows are different, the expansion / contraction rate can be calculated using the same formula as in the first embodiment.

(11−2−2)ヒストグラム重なり率の場合
一方、特徴量にヒストグラム重なり率を用いる場合は、実施例1と式が異なる。両探索窓w1、w2の面積の比率がγとする。両探索窓w1、w2を縮小する場合に、縮小前後の類似度をS、S’とする。縮小された両探索窓w1’、w2’から探索窓の範囲外となった全ての領域が類似度増加に寄与する場合にSが最も減少する。縮小率をα、ε=min(γ,1−γ)/max(γ,1−γ)、min(・)は最小値を出力する関数、max(・)は最大値を出力する関数とすると、S’は以下の式で表せる。
(11-2-2) Case of Histogram Overlap Rate On the other hand, when the histogram overlap rate is used for the feature amount, the expression is different from that in the first embodiment. It is assumed that the area ratio of both search windows w1 and w2 is γ. When both the search windows w1 and w2 are reduced, the similarity before and after reduction is set to S and S ′. S decreases most when all the regions outside the range of the search window from both reduced search windows w1 ′ and w2 ′ contribute to the increase in similarity. The reduction ratio is α, ε = min (γ, 1−γ) / max (γ, 1−γ), min (•) is a function that outputs a minimum value, and max (•) is a function that outputs a maximum value. , S ′ can be expressed by the following equation.


S’=(S−(1−α)/ε)/α
=(εS−1+α)/εα

但し、両探索窓w1、w2の領域間の面積が異なるため、類似度は最大でもεであり、0≦S≦ε、0≦S’≦εである。

S ′ = (S− (1−α 2 ) / ε) / α 2
= (ΕS-1 + α 2 ) / εα 2

However, since the areas between the regions of the search windows w1 and w2 are different, the similarity is ε at the maximum, and 0 ≦ S ≦ ε and 0 ≦ S ′ ≦ ε.

S’<θを解くと以下の式8を導ける。   When S ′ <θ is solved, the following equation 8 can be derived.


S’>(1−εS)/(1−εθ) ・・・(8)

但し、0≦θ≦εである。

S ′> (1-εS) / (1-εθ) (8)

However, 0 ≦ θ ≦ ε.

両探索窓w1、w2を拡大する場合は、拡大した両探索窓w1”、w”によってはみ出した全ての領域が類似度増加に寄与しない場合にSが最も減少する。拡大率をα、拡大後の類似度をS”とすると、S”は以下の式で表せる。   When both the search windows w1 and w2 are enlarged, S decreases most when all the areas protruding by the enlarged both search windows w1 "and w" do not contribute to the increase in similarity. Assuming that the enlargement ratio is α and the similarity after enlargement is S ″, S ″ can be expressed by the following equation.


S”=S/α

S”<θを解くと以下の式9を導ける。

S ″ = S / α 2

If S ″ <θ is solved, the following formula 9 can be derived.


α<S/θ ・・・(9)

式8と式9をまとめると以下のようになる。

α 2 <S / θ (9)

Equation 8 and Equation 9 are summarized as follows.


(1−εS)/(1−εθ)<α<S/θ ・・・(10)

(11−3)探索窓の第3の変形例
複雑な場合の探索窓の第3の変形例について図12に基づいて説明する。

(1-εS) / (1-εθ) <α 2 <S / θ (10)

(11-3) Third Modified Example of Search Window A third modified example of the search window in a complicated case will be described with reference to FIG.

図12に示す両探索窓w1、w2は、中心点から放射状に伸びた線分によって領域が区切られておらず、かつ、中心点について点対称ではない場合である。   Both search windows w1 and w2 shown in FIG. 12 are cases where the region is not divided by line segments extending radially from the center point and is not point-symmetric with respect to the center point.

両探索窓w1、w2は、中心点について両探索窓の大きさを伸縮すると、互いに重なり、両探索窓w1、w2の領域の面積が必ずしも同じではない場合である。   Both search windows w1 and w2 overlap each other when the size of both search windows is expanded or contracted with respect to the center point, and the areas of the areas of both search windows w1 and w2 are not necessarily the same.

このような探索窓w1、w2の場合は、探索窓の大きさを伸縮した際の類似度の上限を算出するときに、互いの重なり部分を増減させる必要がある。   In the case of such search windows w1 and w2, it is necessary to increase or decrease the overlapping portions when calculating the upper limit of the similarity when the size of the search window is expanded or contracted.

増減の方法は、探索窓の形状によって異なり、単調増加とは限らないが、探索窓の伸縮率と重なりの面積の関係は明白なので、類似度の上限を算出することは可能であり、式は異なるが実施例1を適用することが可能である。   The method of increase / decrease varies depending on the shape of the search window and is not necessarily monotonically increased.However, since the relationship between the expansion ratio of the search window and the area of overlap is obvious, it is possible to calculate the upper limit of similarity, and the equation is Although different, the first embodiment can be applied.

(12)変更例6
上記実施例では、伸縮率算出部104が、繰り返し制御部を兼ねていたが、これに限らず、別体で設けてもよい。
(12) Modification 6
In the above embodiment, the expansion / contraction rate calculation unit 104 also serves as a repetition control unit. However, the present invention is not limited thereto, and may be provided separately.

本発明の実施例2の信号探索装置について図13〜図15に基づいて説明する。   A signal search device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

実施例1では画像のエッジ検出を例にとって説明した。画像は2次元の信号であるが、本発明はこれに限らず1次元の信号も処理できる。本実施例では、1次元の信号について説明する。本実施例では映像のショット境界検出を例にとって説明する。   In the first embodiment, image edge detection has been described as an example. The image is a two-dimensional signal, but the present invention is not limited to this and can process a one-dimensional signal. In this embodiment, a one-dimensional signal will be described. In this embodiment, a description will be given by taking shot boundary detection of an image as an example.

図13は、映像のショット境界検出で用いる探索窓を示す。   FIG. 13 shows a search window used in video shot boundary detection.

本実施例に係る信号探索装置の構成は、図3に示した実施例1に係る信号探索装置の構成と同一である。すなわち、信号入力部101、検出器102、類似度選択部103、伸縮率算出部104を有する。   The configuration of the signal search apparatus according to the present embodiment is the same as the configuration of the signal search apparatus according to the first embodiment shown in FIG. That is, it has a signal input unit 101, a detector 102, a similarity selection unit 103, and an expansion / contraction rate calculation unit 104.

信号入力部101は映像信号(画像部分のみ)を入力して記憶する。   The signal input unit 101 inputs and stores a video signal (only an image portion).

検出器102は時系列は、映像の中の一つのフレーム画像から抽出した特徴量を並べた時系列信号上において、同じ長さの第1の探索窓w1と第2の探索窓w2を隣接して配置し、これを信号列上で走査して、類似度が予め与えられた閾値θ(0≦θ≦1)を下回る場合に探索窓の位置、大きさ及び類似度を出力する。   The detector 102 adjoins the first search window w1 and the second search window w2 having the same length on a time series signal in which feature amounts extracted from one frame image in the video are arranged. These are scanned on the signal sequence, and the position, size, and similarity of the search window are output when the similarity is below a predetermined threshold value θ (0 ≦ θ ≦ 1).

類似度選択部103は、同じ大きさの探索窓について検出器102から出力される類似度を入力し、その中の最小の類似度を出力する。   The similarity selection unit 103 inputs the similarity output from the detector 102 for the search window of the same size, and outputs the minimum similarity among them.

伸縮率算出部104は、探索窓の大きさの伸縮率を算出する。また、この伸縮率算出部104は、以上の処理をまず最大の探索窓の大きさβmaxで行い、続いて求めた伸縮率で探索窓を縮小しながら処理を繰り返し、最小の探索窓の大きさβmin以下になるまで繰り返し行う繰り返し制御部の機能も兼ねている。   The expansion / contraction rate calculation unit 104 calculates the expansion / contraction rate of the size of the search window. Further, the expansion / contraction rate calculation unit 104 first performs the above processing with the maximum search window size βmax, and then repeats the processing while reducing the search window with the calculated expansion / contraction rate, thereby reducing the minimum search window size. It also functions as a repetitive control unit that repeats until βmin or less.

検出器102は、注目領域抽出部105、特徴抽出部106、類似度算出部107、結果出力部108を有する。   The detector 102 includes an attention area extraction unit 105, a feature extraction unit 106, a similarity calculation unit 107, and a result output unit 108.

注目領域抽出部105は、時系列信号上のある位置に、同じ長さの第1の探索窓w1と第2の探索窓w2を隣接して配置し、それらの探索窓に含まれるフレーム画像を出力する。この際に伸縮率算出部103で指定された大きさの探索窓を用いる。   The attention area extraction unit 105 arranges the first search window w1 and the second search window w2 having the same length adjacent to each other at a certain position on the time series signal, and frame images included in these search windows are arranged. Output. At this time, a search window having a size designated by the expansion / contraction rate calculation unit 103 is used.

特徴抽出部106は、第1の探索窓w1内と第2の探索窓w2内のそれぞれに含まれるフレーム画像上の全ての画素について平均輝度を算出して特徴量をそれぞれ抽出する。   The feature extraction unit 106 calculates the average luminance for all the pixels on the frame image included in each of the first search window w1 and the second search window w2, and extracts feature amounts.

類似度算出部107は、第1の探索窓w1と第2の探索窓w2の間の類似度を算出する。   The similarity calculation unit 107 calculates the similarity between the first search window w1 and the second search window w2.

結果出力部108は、類似度算出部107で求めた類似度が予め与えられた閾値θ(0≦θ≦1)を下回る場合に、輝度差分値が極小となる位置をショット境界として検出し、探索窓の位置、大きさ及び類似度を出力する。   The result output unit 108 detects, as a shot boundary, a position where the luminance difference value is minimum when the similarity obtained by the similarity calculation unit 107 is lower than a predetermined threshold θ (0 ≦ θ ≦ 1). The search window position, size and similarity are output.

(1)縮小の処理
まず、信号入力部101には、映像としてグレースケール画像列が入力される。
(1) Reduction Processing First, a grayscale image sequence is input to the signal input unit 101 as a video.

次に、特徴抽出部106は、両探索窓w1、w2に含まれるフレーム画像の画素の輝度値を全て平均した平均輝度値を特徴量として抽出する。   Next, the feature extraction unit 106 extracts, as a feature amount, an average luminance value obtained by averaging all the luminance values of the pixels of the frame images included in the search windows w1 and w2.

次に、類似度算出部107は、両探索窓w1、w2間の輝度差分値を距離として求める。距離は類似度の逆数である。   Next, the similarity calculation unit 107 obtains a luminance difference value between the search windows w1 and w2 as a distance. The distance is the reciprocal of the similarity.

伸縮率算出部104の動作の概念について説明する。   The concept of the operation of the expansion / contraction rate calculation unit 104 will be described.

縮小前の両探索窓w1、w2の平均輝度値をL1、L2とし、縮小後をL1’、L2’とすると、縮小前後の探索窓w1、w2間の距離はD=L1−L2、Ld’=L1’−L2’となる。   If the average luminance values of the search windows w1 and w2 before reduction are L1 and L2, and L1 ′ and L2 ′ are after reduction, the distance between the search windows w1 and w2 before and after reduction is D = L1−L2 and Ld ′. = L1'-L2 '.

ここで、縮小によって距離Dが最も増加する場合の距離の上限値を考える。縮小された探索窓w1’から探索窓の範囲外となった全ての領域の輝度が0で、探索窓w2’から探索窓の範囲外となった全ての領域の輝度が1の場合にDが最も増加する。縮小率をαとすると、D’は以下のように表せる。   Here, an upper limit value of the distance when the distance D increases most due to the reduction is considered. If the brightness of all areas outside the search window range from the reduced search window w1 ′ is 0 and the brightness of all areas outside the search window range from the search window w2 ′ is 1, D is 1. Increase most. If the reduction ratio is α, D ′ can be expressed as follows.


L1’=(L1−1+α)/α
L2’=L2/α

D’=L1’−L2’のため、D’は以下の式で表せる。

L1 ′ = (L1-1 + α) / α
L2 ′ = L2 / α

Since D ′ = L1′−L2 ′, D ′ can be expressed by the following equation.


D’=(L1−L2−1+α)/α

D’>θを解くと以下の式11の関係を導ける。

D ′ = (L1-L2-1 + α) / α

When D ′> θ is solved, the following equation 11 can be derived.


α>(1−L1+L2)/(1−θ) ・・・(11)

(2)拡大の処理
以上では、両探索窓w1、w2を縮小したが、各探索窓w1、w2を拡大しても拡大幅の伸縮率を導ける。

α> (1-L1 + L2) / (1-θ) (11)

(2) Enlarging Process In the above, both the search windows w1 and w2 are reduced, but even if each search window w1 and w2 is enlarged, the expansion / contraction rate of the expansion width can be derived.

距離D>θ、0≦θ≦1のときに、各探索窓w1、w2の拡大によって距離Dが最も増加する場合を考える。L1”に関して拡大によってはみ出した全ての領域の輝度が0で、L4’に関して拡大によってはみ出した全ての領域の輝度が1の場合に、距離Dが最も増加する。拡大率をαとすると、L1”L2”、D”は以下のように表せる。   Consider a case where the distance D increases most due to the expansion of the search windows w1 and w2 when the distance D> θ and 0 ≦ θ ≦ 1. The distance D increases most when the luminance of all the regions protruding by L1 ″ is 0 and the luminance of all the regions protruding by L4 ′ is 1. When the magnification is α, L1 ″ L2 ″ and D ″ can be expressed as follows.


L1”=L1/α
L2”=(L2+α−1)/α
D”=L1”−L2”
=(L1−L2−α+1)/α
=(D+1)/α

Ld’>θをαについて解くと以下の式12の関係を導ける。

L1 "= L1 / α
L2 ″ = (L2 + α−1) / α
D ″ = L1 ″ −L2 ″
= (L1-L2-α + 1) / α
= (D + 1) / α

Solving Ld ′> θ with respect to α leads to the relationship of Equation 12 below.


α<(1+D)/(1−θ) ・・・(12)

(3)まとめ
式11と式12をまとめると以下のようになる。

α <(1 + D) / (1-θ) (12)

(3) Summary Formulas 11 and 12 are summarized as follows.


(1−D)/(1+θ)<α<(1+D)/(1−θ)

本実施例に係る信号探索装置の処理手順は、実施例1に係る信号探索装置の処理手順と同一であり、説明を省略する。

(1-D) / (1 + θ) <α <(1 + D) / (1-θ)

The processing procedure of the signal search apparatus according to the present embodiment is the same as the processing procedure of the signal search apparatus according to the first embodiment, and a description thereof is omitted.

(4)変更例1
実施例2の変更例1について説明する。
(4) Modification 1
A first modification of the second embodiment will be described.

実施例2では、輝度差分値と距離としたが、探索窓の大きさの変化量から類似度の変化の上限を算出できるものであれば、特徴量の算出方法と類似度の算出方法は何でも良い。   In the second embodiment, the luminance difference value and the distance are used. However, as long as the upper limit of the change in the similarity can be calculated from the change in the size of the search window, any method for calculating the feature and the method for calculating the similarity can be used. good.

例えば、探索窓に含まれるフレーム画像の平均輝度を求め、その平均輝度値のヒストグラムを特徴量とし、それらの間のヒストグラム重なり率を類似度としても良い。   For example, the average luminance of the frame images included in the search window may be obtained, the histogram of the average luminance value may be used as the feature amount, and the histogram overlap rate between them may be used as the similarity.

図13に基づいて、このヒストグラム重なり率を用いて、探索窓w1、w2の縮小率を算出する方法を説明する。   Based on FIG. 13, a method of calculating the reduction ratio of the search windows w1 and w2 using this histogram overlap ratio will be described.

両探索窓w1、w2に含まれる特徴量のヒストグラムをH=(h11,h12,・・・,h1n)、H=(h21,h22,・・・,h2n)とする。但し、nは探索窓に含まれる特徴量の個数、すなわち、ヒストグラムの総度数を表す。両探索窓w1、w2の間の類似度Sをヒストグラム重なり率で算出する。 Histograms of feature amounts included in both search windows w1 and w2 are H 1 = (h 11 , h 12 ,..., H 1n ) and H 2 = (h 21 , h 22 ,..., H 2n ). To do. Here, n represents the number of feature amounts included in the search window, that is, the total frequency of the histogram. The similarity S between the two search windows w1 and w2 is calculated by the histogram overlap rate.

縮小前後の類似度をS、S’とする。類似度が最も減少する場合を考える。縮小によってはみ出した全ての領域のヒストグラムが合致する場合にSが最も減少する。この場合の縮小率をαとすると、S、S’の関係は以下のように表せる。   The similarity before and after the reduction is S and S ′. Consider the case where the similarity is the smallest. S decreases most when the histograms of all the areas protruding by the reduction match. If the reduction ratio in this case is α, the relationship between S and S ′ can be expressed as follows.


S’=(S−(1−α))/α
=(S−1+α)/α

S’>θを解くと以下の式13を導ける

α>(1−S)/(1−θ) ・・・(13)

探索窓を拡大する場合は、拡大後の探索窓をw1”、w2”、類似度輝度差分をS”とすると、拡大によってはみ出した全ての領域のヒストグラムが合致しない場合にSが最も減少する。よってS”は以下のように表せる。

S ′ = (S− (1−α)) / α
= (S-1 + α) / α

Solving S '> θ leads to the following equation (13)

α> (1-S) / (1-θ) (13)

In the case of enlarging the search window, assuming that the search window after enlargement is w1 ″, w2 ″, and the similarity luminance difference is S ″, S is the smallest when the histograms of all the areas protruding by enlargement do not match. Therefore, S ″ can be expressed as follows.


S”=S/α

S’>θを解くと以下の式14の関係を導ける。

S ″ = S / α

When S ′> θ is solved, the following equation 14 can be derived.


α<S/θ ・・・(14)

式13と式14をまとめると以下の式15のようになる。

α <S / θ (14)

Summarizing Equation 13 and Equation 14 gives Equation 15 below.


(1−S)/(1−θ)<α<S/θ ・・・(15)

(5)変更例2
実施例2の変更例2について説明する。

(1-S) / (1-θ) <α <S / θ (15)

(5) Modification 2
A second modification of the second embodiment is described.

実施例1では2次元の信号である画像に、実施例2では1次元の信号である画像列について説明したが、本発明はこれに限らずn次元の信号を処理できる。例えば、MRIなどで取得した3次元ボリューム信号や、画像列を時間方向に連結した時空間画像は3次元のデータである。   In the first embodiment, an image that is a two-dimensional signal is described, and in the second embodiment, an image sequence that is a one-dimensional signal is described. However, the present invention is not limited to this, and an n-dimensional signal can be processed. For example, a three-dimensional volume signal acquired by MRI or the like, or a spatio-temporal image obtained by connecting image sequences in the time direction is three-dimensional data.

距離(すなわち、類似度の逆数)を輝度差分値で算出する場合は、以下の式16の関係を導ける。   When calculating the distance (that is, the reciprocal of the similarity) by the luminance difference value, the following equation 16 can be derived.


(1−D)/(1+θ)<α<(1−D)/(1−θ) ・・・(16)

類似度をヒストグラム重なり率で算出する場合は、以下の式17の関係を導ける。

(1-D) / (1 + θ) <α n <(1-D) / (1-θ) (16)

When calculating the similarity by the histogram overlap rate, the following equation 17 can be derived.


(1−S)/(1−θ)<α<S/θ ・・・(17)

(1-S) / (1-θ) <α n <S / θ (17)

本発明の実施例3の信号探索装置について図15〜図19に基づいて説明する。本実施例では、信号探索装置を顔検出装置に用いた場合を説明する。   A signal search device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a case where a signal search device is used for a face detection device will be described.

本実施例の顔検出装置は、Viola−Jonesらの顔検出方法を用いる(Paul Viola, Michael J. Jones, 「Robust Real−Time Face Detection」 International Journal of Computer Vision, Vol.57, No.2, pp.137-154, 2004.参照)。すなわち、図15に示すようなHarr−based特徴を用いた弱識別器を検出器102として用い、この弱識別器を図16に示すようなm段(但し、m≧1である)に直列に接続し、識別器を構成する。   The face detection apparatus of this embodiment uses the face detection method of Viola-Jones et al. (Paul Viola, Michael J. Jones, “Robust Real-Time Face Detection” International Journal of Computer Vision, Vol. 57, No. 2, pp.137-154, 2004.). That is, a weak classifier using the Harr-based feature as shown in FIG. 15 is used as the detector 102, and this weak classifier is connected in series to m stages (where m ≧ 1) as shown in FIG. Connect and configure the classifier.

Harr−based特徴は、両探索窓w1、w2間の輝度値の差の符号を検出する。両探索窓w1、w2間の輝度差分値が正なら1、負なら0とする。図15aを例に取ると、第1の探索窓w1の輝度が15、第2の探索窓w2の輝度が3の場合、特徴量は15−3>0だから1となる。この処理は図16aの第1段の弱識別器で行われ、輝度差分値が1の場合は、図16bの第2段の弱識別器の判定に進む。   The Harr-based feature detects the sign of the luminance value difference between the search windows w1 and w2. If the luminance difference value between the search windows w1 and w2 is positive, it is 1; Taking FIG. 15a as an example, if the luminance of the first search window w1 is 15 and the luminance of the second search window w2 is 3, the feature amount is 1 because it is 15-3> 0. This process is performed by the first-stage weak classifier in FIG. 16a. If the luminance difference value is 1, the process proceeds to the determination of the second-stage weak classifier in FIG. 16b.

2段目の弱識別器では、1段目の弱識別器とは異なるHarr−based特徴を用いる。   The second-stage weak classifier uses a Harr-based feature different from that of the first-stage weak classifier.

この処理を画像上の全ての位置について繰り返して、全ての弱識別器で1と判定された位置を顔として検出する。この処理は、まず大きさβmaxの両探索窓w1、w2で行い、少しずつ両探索窓w1、w2の大きさをα倍に縮小しながら、両探索窓w1、w2が大きさβminになるまで検出を繰り返す。   This process is repeated for all positions on the image, and positions determined as 1 by all weak classifiers are detected as faces. This process is first performed in both search windows w1 and w2 of size βmax, and while gradually reducing the size of both search windows w1 and w2 to α times, both search windows w1 and w2 become size βmin. Repeat detection.

この検出器102では両探索窓w1、w2間の輝度差分値Dの符号のみを用いる。式4にθ=0を代入すると以下の式18を導ける。   The detector 102 uses only the sign of the luminance difference value D between the search windows w1 and w2. Substituting θ = 0 into Equation 4, the following Equation 18 can be derived.


1−D<α<1+D ・・・(18)

(1)顔検出方法
以下に実施例1を適用して顔検出方法を説明する。

1-D <α 2 <1 + D (18)

(1) Face Detection Method A face detection method will be described below by applying the first embodiment.

顔検出装置は、図17に示すように、探索したい探索領域を設定し、この探索領域の中で第1の探索窓w1、第2の探索窓w2を用いて顔を探索する。また、顔検出装置は探索枠を有している。この探索枠は、各段の両探索窓w1、w2と、各段の探索窓w1、w2をどのように配置するかという位置情報も有している。   As shown in FIG. 17, the face detection apparatus sets a search area to be searched, and searches for a face in the search area using the first search window w1 and the second search window w2. The face detection device has a search frame. This search frame also has position information on how to arrange the search windows w1, w2 at each stage and the search windows w1, w2 at each stage.

最初に、入力画像を均等に16分割する。そして、それぞれの分割領域毎に、次の処理を行う。   First, the input image is equally divided into 16 parts. Then, the following processing is performed for each divided region.

例えば、第1の分割領域において、図16aに示した第1段の両探索窓w1、w2を用いて輝度差分値D(1)を算出し、伸縮率α(1)を求める。この両探索窓は図1aに示したエッジ検出のための第1の探索窓w1と第2の探索窓w2と同じ形状である。例えば、図16に示すように、この第1段の両探索窓w1、w2が、両目を探索する検出器102とする。なお、この第1段の両探索窓w1、w2の中心P1は、図18に示すように、第1の分割領域の左上を原点P0とすると、斜め下にずれている。   For example, in the first divided region, the luminance difference value D (1) is calculated by using the first-stage search windows w1 and w2 shown in FIG. 16a, and the expansion / contraction rate α (1) is obtained. Both search windows have the same shape as the first search window w1 and the second search window w2 for edge detection shown in FIG. 1a. For example, as shown in FIG. 16, it is assumed that the first-stage both search windows w1 and w2 are detectors 102 that search for both eyes. As shown in FIG. 18, the center P1 of the first-stage search windows w1 and w2 is shifted obliquely downward when the upper left corner of the first divided area is the origin P0.

式18よりα(1)の取り得る範囲は以下の式19のように表せる。   From Equation 18, the possible range of α (1) can be expressed as Equation 19 below.


1−D(1)<α(1)<1+D(1) ・・・(19)

α(1)>Afixの場合は、エッジが検出されないとして、第1段の両探索窓w1、w2の伸縮率αを式19の下限値に設定して、α=√(1−D(1))とし、第1段の両探索窓w1、w2を縮小して、第1の分割領域において探索を継続する。なお、ここでは伸縮率を最大にするためにαを式19の下限値に設定したが、αに設定する値は式19を満たす範囲ならばどの値でも良い。

1-D (1) <α (1) 2 <1 + D (1) (19)

If α (1)> Afix, the edge is not detected, and the expansion / contraction rate α of both search windows w1 and w2 in the first stage is set to the lower limit value of Equation 19, and α = √ (1-D (1 )), The search windows w1 and w2 in the first stage are reduced, and the search is continued in the first divided region. Here, in order to maximize the expansion / contraction rate, α is set to the lower limit value of Equation 19, but the value to be set to α may be any value as long as it satisfies Equation 19.

α(1)≦Afixの場合は、図16bに示した第2段の両探索窓w1、w2を用いて輝度差分値D(2)を算出し、伸縮率を求める。   When α (1) ≦ Afix, the luminance difference value D (2) is calculated using the second search windows w1 and w2 shown in FIG.

図17に示すように、この検出器102では両探索窓w1、w2をそのまま用いるのではなく、探索枠は、第2段の両探索窓w1、w2をどの位置に配置するかという情報も持つ。そこで、第1段の両探索窓w1、w2の位置と第2段の両探索窓w1、w2の位置の相対的な差分だけ、第1段の探索領域をずらした範囲で類似度を算出する必要がある。第2段の両探索窓w1、wは、例えば、図16に示すように左頬を探索するものとすると、両目を探索する第1段の両探索窓w1、w2との位置関係は明確である。すなわち、第1段の両探索窓w1、w2の探索領域より斜め下の位置を探索領域にすると、効率よく左頬の領域を探索できる。   As shown in FIG. 17, the detector 102 does not use the search windows w1 and w2 as they are, but the search frame also has information on where the second search windows w1 and w2 are arranged. . Therefore, the degree of similarity is calculated within a range in which the first-stage search area is shifted by the relative difference between the positions of the first-stage search windows w1, w2 and the second-stage search windows w1, w2. There is a need. For example, if the second search windows w1 and w are to search the left cheek as shown in FIG. 16, the positional relationship between the first search windows w1 and w2 for searching both eyes is clear. is there. That is, if the search area is set at a position obliquely below the search areas of the first-stage search windows w1, w2, the left cheek area can be efficiently searched.

図18に、第1〜3段の両探索窓w1、w2の位置を示す。P1、P2、P3は第1段、第2段、第3段の両探索窓w1、w2の中心を表す。第2段の両探索窓w1、w2を用いた探索では図19に示すようにずらした探索領域で輝度差分値D(2)を算出し、伸縮率α(2)を求める。   FIG. 18 shows the positions of the first to third stages of both search windows w1, w2. P1, P2, and P3 represent the centers of the search windows w1 and w2 in the first, second, and third stages. In the search using both search windows w1 and w2 in the second stage, the luminance difference value D (2) is calculated in the shifted search area as shown in FIG. 19, and the expansion / contraction rate α (2) is obtained.

この検出器102では、第1段の輝度差分値D(1)は探索領域内で全て求めるが、第2段の輝度差分値D(2)は第1段でD<0となった位置についてしか求めない。また、第2段による探索領域のうち、第1段による探索領域に含まれない位置についても第2段の輝度差分値D(2)は求まっていない。そこで、第2段の両探索窓w1、w2による伸縮率を算出する際には、これらの輝度差分値が求まっていない位置でも新たに輝度差分値を求める必要がある。   In this detector 102, all of the first-stage luminance difference values D (1) are obtained within the search area, but the second-stage luminance difference value D (2) is obtained at a position where D <0 in the first stage. Only ask. In addition, the second-stage luminance difference value D (2) is not obtained for positions that are not included in the first-stage search area in the second-stage search area. Therefore, when calculating the expansion / contraction rate by the two search windows w1 and w2 in the second stage, it is necessary to newly obtain a luminance difference value even at a position where the luminance difference value is not obtained.

α(2)>Afixの場合は、α=√(1−D(2))に設定し、第2段の両探索窓w1、w2を縮小して、第1の分割領域の探索を継続する。   If α (2)> Afix, α = √ (1-D (2)) is set, the search windows w1 and w2 in the second stage are reduced, and the search for the first divided region is continued. .

α(2)≦Afixの場合は、図16cに示した第3段の両探索窓w1、w2を用いて輝度差分値D(3)を算出し、伸縮率α(3)を求める。この第3段の両探索窓w1、w2が、鼻を探索する検出器102とする。   When α (2) ≦ Afix, the luminance difference value D (3) is calculated using the third-stage search windows w1 and w2 shown in FIG. 16c, and the expansion / contraction rate α (3) is obtained. The search windows w1 and w2 in the third stage are detectors 102 that search for the nose.

以上の処理を繰り返してm段全てについて処理を繰り返し、最終的にα(m)≦Afixとなった場合は、α=Afixに設定し、両探索窓w1、w2を縮小して探索を継続する。   The above processing is repeated and the processing is repeated for all m stages. When α (m) ≦ Afix is finally set, α = Afix is set, and the search is continued by reducing both search windows w1 and w2. .

このように、本実施例では、Viola−Jonesらの顔検出方法を適用すると、探索窓の伸縮方向についてもれなく探索でき、顔らしくない領域については探索をスキップできるので信号探索処理を高速化が期待できる。   As described above, in this embodiment, when the face detection method of Viola-Jones et al. Is applied, it is possible to search for the expansion / contraction direction of the search window, and the search can be skipped for a region that does not look like a face. it can.

101 信号入力部
102 検出器
103 類似度選択部
104 伸縮率算出部
105 注目領域抽出部
106 特徴抽出部
107 類似度算出部
108 結果出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Signal input part 102 Detector 103 Similarity selection part 104 Expansion / contraction rate calculation part 105 Attention area extraction part 106 Feature extraction part 107 Similarity degree calculation part 108 Result output part

Claims (10)

入力信号上の領域に任意の大きさの第1の探索窓と第2の探索窓をそれぞれ配置する注目領域抽出部と、
前記各探索窓の特徴量をそれぞれ抽出する特徴抽出部と、
前記各特徴量を用いて、前記探索窓間の前記両特徴量が類似する程に値が大きくなる類似度を算出する類似度算出部と、
前記類似度が予め定めた閾値より小さくなる場合には、前記探索窓の大きさと前記領域の位置を出力する結果出力部と、
前記類似度が前記閾値を下回り得ないように、前記探索窓の大きさを伸縮する伸縮率を算出する伸縮率算出部と、
前記伸縮率によって前記各探索窓の大きさを伸縮し、(1)前記伸縮した探索窓の大きさが予め定められた大きさになれば信号探索処理を終了し、(2)前記伸縮した探索窓の大きさが前記予め定められた大きさにならなければ、前記特徴抽出部へ前記伸縮した前記探索窓の大きさを出力し、前記特徴抽出部の前記抽出処理、前記類似度算出部の前記算出処理、前記結果出力部の前記出力処理、前記伸縮率の前記算出処理を前記信号探索処理が終了するまでそれぞれ繰り返す繰り返し制御部と、
を有することを特徴とする信号探索装置。
A region-of-interest extraction unit that places a first search window and a second search window of an arbitrary size in a region on the input signal;
A feature extraction unit for extracting the feature amount of each search window;
A similarity calculation unit that calculates a degree of similarity that increases as the two feature quantities between the search windows are similar using the feature quantities;
When the similarity is smaller than a predetermined threshold, a result output unit that outputs the size of the search window and the position of the region;
An expansion / contraction rate calculation unit for calculating an expansion / contraction rate for expanding / contracting the size of the search window so that the similarity cannot fall below the threshold value;
The size of each search window is expanded / contracted by the expansion / contraction rate, (1) the signal search process is terminated when the size of the expanded / contracted search window reaches a predetermined size, and (2) the expanded / contracted search is performed. If the size of the window does not reach the predetermined size, the size of the search window expanded and contracted is output to the feature extraction unit, the extraction process of the feature extraction unit, and the similarity calculation unit A repeating control unit that repeats the calculation process, the output process of the result output unit, and the calculation process of the expansion / contraction rate until the signal search process is completed, and
A signal search apparatus comprising:
前記類似度算出部が前記入力信号の前記領域中の位置毎に算出したそれぞれの前記類似度から最大類似度を選択する類似度選択部をさらに有し、
前記伸縮率算出部は、前記最大類似度を用いて、前記伸縮率を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。
The similarity calculation unit further includes a similarity selection unit that selects a maximum similarity from each of the similarities calculated for each position in the region of the input signal,
The expansion / contraction rate calculation unit calculates the expansion / contraction rate using the maximum similarity.
The signal search device according to claim 1.
前記入力信号を複数の領域に分割し、前記分割された領域毎に前記探索窓の大きさを伸縮させる、
ことを特徴とする請求項2に記載の信号探索装置。
Dividing the input signal into a plurality of regions, and expanding and contracting the size of the search window for each of the divided regions;
The signal search device according to claim 2.
前記伸縮率算出部は、前記伸縮部で伸縮した前記両探索窓の現在の大きさを用いて、次に伸縮したい前記両探索窓の大きさを予測し、
前記類似度算出部は、前記予測した大きさの前記両探索窓を用いて前記類似度を求め、
前記繰り返し制御部は、前記予測した大きさから求めた前記類似度から計算される前記伸縮率が、前記両探索窓の伸縮可能な範囲外の場合には、前記予測した両探索窓の大きさを、前記両探索窓の現在の大きさに近づけるバックトラックを行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。
The expansion / contraction rate calculation unit predicts the size of both search windows to be expanded / contracted next by using the current size of the search windows expanded / contracted by the expansion / contraction unit,
The similarity calculation unit obtains the similarity using the both search windows of the predicted size,
The iterative control unit, when the expansion / contraction rate calculated from the similarity obtained from the predicted size is outside the range in which the two search windows can be expanded and contracted, Is backtracked to bring it close to the current size of both search windows,
The signal search device according to claim 1.
前記第1の探索窓と前記第2の探索窓が隣接し、かつ、同じ形状であるか、前記第1の探索窓と前記第2の探索窓のそれぞれが複数の領域を有するか、又は、前記第1の探索窓の面積と前記第2の探索窓の面積が異なる、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。
The first search window and the second search window are adjacent to each other and have the same shape, or each of the first search window and the second search window has a plurality of regions, or The area of the first search window is different from the area of the second search window;
The signal search device according to claim 1.
前記特徴抽出部が算出する前記特徴量は、前記入力信号の信号値のヒストグラム、又は、信号値の平均である、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。
The feature amount calculated by the feature extraction unit is a histogram of signal values of the input signal or an average of signal values.
The signal search device according to claim 1.
前記類似度算出部が算出する前記類似度は、前記入力信号の信号値の平均値の差、又は、前記信号値のヒストグラム重なり率である、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。
The similarity calculated by the similarity calculation unit is a difference in average value of signal values of the input signal or a histogram overlap rate of the signal values.
The signal search device according to claim 1.
前記類似度算出部が算出する前記類似度は、前記探索窓の大きさが前記伸縮率によって変化するときの前記類似度の上限を求める式で表されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。
The similarity calculated by the similarity calculation unit is expressed by an expression for obtaining an upper limit of the similarity when the size of the search window changes depending on the expansion / contraction rate.
The signal search device according to claim 1.
前記入力信号は、映像信号、画像信号、時空間画像信号、音声信号、文字列、又は、3次元ボリューム信号である、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。
The input signal is a video signal, an image signal, a spatiotemporal image signal, an audio signal, a character string, or a three-dimensional volume signal.
The signal search device according to claim 1.
前記類似度として、前記探索窓間の前記両特徴量が類似する程に値が小さくなる距離の逆数を用いる、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。
As the similarity, the reciprocal of the distance that decreases as the two feature quantities between the search windows are similar is used.
The signal search device according to claim 1.
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