JP2014530406A - 海洋哺乳類の自動化されたリアルタイム取得(acquisition)のための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(関連出願)
2011年9月19日に出願された米国仮出願番号61/536,131、及び2011年9月18日に出願されたドイツ出願番号10 2011 114 084の優先権を主張し、その出願の各々の全開示が本明細書に参照することにより取り込まれている。
本発明による、自然水域における海洋哺乳類の自動化されたリアルタイム取得のための方法の実施態様は、本発明の更なる理解のために、図を基により詳細に説明された以下のことにある。そこで、図面は以下を示す。
・画像バッファリング、画像の向き調整、及びサブ画像への画像分割を備えた、各画像の画像前処理、
・所定のアルゴリズムに従って、画像中のコントラストにおける局所的変化の検出、
・海洋哺乳類の熱的識別特性のパターン認識のための、コントラストにおいて検出された局所的変化の分類、
・船舶の全地球的位置データを少なくとも考慮した、海洋哺乳類の、分類された熱的識別特性を局在化、
・分類され、局在化された海洋哺乳類の熱的識別特性の検証、
・画像データの少なくとも一つ恒久的保存を備えた、及びグラフィカル・ユーザー・インターフェース上への、処理された画像データストリームの絵表示を備えた、分類され、局在化されそして検証された海洋哺乳類の熱的識別特性の文書化、これは同時に本方法の操作に役立つ。
・サブプロセス「画像前処理」において、画像センサ(UDPパケット)によって出される画像ベクターが個々のピクセル感度に対して修正され、そして画像マトリックス(画像/フレーム)中に配置され、その中で、事前の向き及び地平線曲線が決定され、そして更なる解析のためにデポジットされる(deposit)。
・サブプロセス「検出」において、360度のビデオストリーム中のコントラストにおける局所的変化の自動的検出が、数キロメータまでの距離で、異なる照明及び環境条件下で可能である。
・サブプロセス「分類」において、海洋哺乳類の熱的識別特性(クジラの潮吹き、体温又は「足跡」)との可能な関連のために、検出されたコントラストにおける局所的変化の瞬間的調査が可能である。
・サブプロセス「局在化」において、識別特性−検出器、識別特性−船舶のへさき及び識別特性−音−発生装置(空気銃)の距離、並びに、地理的情報が付加された位置及び画像中の地平線の位置及びカメラが見る方向を考慮したその適切な表示の瞬間的決定が可能である。
・サブプロセス「検証」において、この割り当ての正しさに関して熱的識別特性として分類されたコントラストにおける局所的変化の瞬間的な独立した調査が可能である。
・サブプロセス「文書化」において、ウエブ(html)及び印刷媒体上の電子的な更なる処理に対する如何なる承認に関わる情報の自動的保存が可能である。
・主成分分析を基に選択されたpx・py・T/τ次元の断片(τ=フレーム速度、例えば、毎秒3画像、T=断片の継続、px・py=タイルのx軸及びy軸のピクセル数)の関連するN個の主成分
・断片内の局所的コントラスト
・断片と全画像の間の全体的コントラスト、及び
・地平線からの断片の距離。
・(設置場所に依存して)殆ど360度の、1日24時間、一度に数カ月の連続監視;
・昼間の光への非依存性;
・一人のオペレータに対するスタッフの要求の低減;
・人間の監視員の主観的効果からの取得速度の非依存性;
・個々の人間の監視員の経験に依存しない客観化された検出/分類アルゴリズム;
・最後の10個の自動取得を示しているビデオクリップのFIFOバッファを用いた、第三者による独立した検証の可能性;
・正確で、うねりに依存しない自動的な局在化、ひいては取得の距離決定;
・画像の事前向きの自動化された又は手動の連続決定、並びに画像中の地平線の経路の決定;
・動物の泳ぎの方向、速度及び呼吸頻度、並びに衝突予測の発生の客観的な決定;
・制御当局との活動の検証のための、全ての船舶/海洋哺乳類遭遇の自動的な文書化。
・画像の前処理FPP
・コントラストにおける局所的変化の検出DET
・コントラストにおける局所的変化の分類CLA
・熱的識別特性の局在化LOC
・オペレータによる真/偽ポジティブ(positives)の検証VER
次いで、この断片は、コントラストにおける興味ある局所的変化として評価され、そして検証VERに移される。例えば、VLTAに対して0.2を超える値に対しては、断片が検証VERに移されるように、STAは2又は0.6sの値、そしてLTAは10又は3sの値を有し得る。
におけるn次元のパラメータ空間に置かれる測定点に対して、m−次元のハイパーレベルが見出され、(過剰フィッティングを避けるために)種々のコストパラメータを考慮してそれはこれらのクラスを分ける。このハイパーレベルは、手で二つのクラスに分割された訓練データセットを基に見出される。ハイパーレベルの計算に役立つパラメータは、各々、30個の「海洋哺乳類の熱的識別特性」及び30個の「海洋哺乳類の熱的識別特性が存在しない」断片から取られる。適用例において、以下のパラメータの基に、分類CLAに対して使用できるm−次元のハイパーレベルがサポートベクター法SVMによって計算された:
・主成分分析(PCA)に従って得られた21x21x10次元断片の関連するN個の主要成分
・断片内の局所的コントラストLC
・断片と全体画像の間の全体的なコントラストGC、及び
・地平線からの断片の距離Y
AG デバイス(エアガン)
ALERT アラーム
CLA 分類
COM コンピュータ
DET 検出
DOC 文書化
DV 決定値
FALSE 「偽」決定
FPP 画像の前処理
FR 画像
GC 全体的なコントラスト
GPS 全地球的位置データ
GUI グラフィカル・ユーザー・インターフェース
h 時間
HE ハイパーレベル
HZ 地平線
IRC 赤外線カメラシステム、赤外線カメラ
IRV 画像データストリーム、画像データ
λ GUI設定係数
LC 局所的コントラスト
LOC 局在化
LS 向き及び距離線
LTA 長期間平均値
MM 海洋哺乳類
MP モジュラ信号処理
OP オペレータ
PAR パラメータ
PCA 主成分分析
PM バッファ記憶/画像バッファ
px X画像軸方向のピクセル
py Y画像軸方向のピクセル
ρ 標準偏差
RV 調査船
s 秒
SEG 画像セグメント化
SF サブ画像、タイル
SNIPPET サブ画像の断片
SP サブプロセス
STA 短期間平均値
SVM サポートベクター法(マシーン)
T 断片の期間
T(H2O) 水温
TDS 訓練データセット
TSMS 海洋哺乳類の熱的識別特性
TRUE 「真」決定
τ フレーム速度
VER 検証
VLTA 非常に長い長期間平均値
Y 地平線からの断片の距離
ZF 拡大画像領域
φ TSMMの不存在、要件非充足、終了
Claims (21)
- 船舶の周りにおける自然の水域における海洋哺乳類の自動化されたリアルタイム取得のための方法であって、
連続画像の画像データストリームを生み出すよう、赤外線カメラシステムで水面の撮像サーモグラフィー走査によって、前記海洋哺乳類の熱的識別特性を検出することと、
画像の各々を個々のピクセルに細分化することと、
個々のコンピュータ成分において実行される少なくとも以下の連続サブプロセスを含むコンピュータにおいて、前記画像データストリームのモジュール式処理を実行することを含み、
前記連続サブプロセスは、
画像の向きを備えた複数の連続画像を介して、ウエイトが付けられていないサブ画像から個々の断片内へ、画像バッファリング及び画像分割を含む画像の各々の画像前処理を実行することと、
一時的に適合される制限値の仕様の下で、長期間平均値に対する短期間平均値の比率に基づく前記制限値アルゴリズムを用いて、画像中のコントラストにおける局所的変化を検出することと、
一時的に適合される前記制限値を超える個々の断片の各断片のみを用いて、前記海洋哺乳類の前記熱的識別特性のパターンを検出するように、コントラストにおける検出された局所的変化を分類し、該分類は、ハイパーレベルの上下の二つのクラスへの格付けの選択された訓練データセット及びパラメータの仕様によって計算されたm次元の前記ハイパーレベルを備えたサポートベクター法を用いて監視された学習によって実行され、前記ハイパーレベルへの距離として決定値を超える各断片のみが、前記海洋哺乳類の前記熱的識別特性に対応するクラスに割り当てられることと、
前記決定値を超える断片のみを用いて、船舶の全地球的位置データを少なくとも用いて前記海洋哺乳類の分類された前記熱的識別特性を局在化し、該局在化は、前記海洋哺乳類の検出された前記熱的識別特性の距離、及び船舶の周りにおける水域に置かれた船舶及び装置の少なくとも一つに対する時間的及び空間的変化の、自動的な方法での、計算を行うこと含み、該計算及び前記決定値を超える断片は、検証及び文書化の少なくとも一つのために移されることと、
前記決定値を超える断片をオペレータによる瞬間的真偽決定にかけることによって、分類され、局在化された前記海洋哺乳類の前記熱的識別特性を検証し、断片及びそれぞれの決定は自動的に又は手動で訓練セータセットに供されることと、
前記画像データストリーム中における画像データの少なくとも一つ恒久的保存及びコンピュータのグラフィカル・ユーザー・インターフェース上への、処理された前記画像データストリームの絵表示で、分類され、局在化され、検証された前記海洋哺乳類の前記熱的識別特性を文書化し、該文書化は、前記海洋哺乳類のユーザ固有の画像データを局在化からの関連した詳細と一緒に、自動的な方法で保存うることとを含む、前記方法。 - 前記断片の各々が21ピクセル×21ピクセル×10画像のサイズを有するように、画像分割が実行される、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記制限値が以下の式を用いて計算され、
ここで、
STAは短期間平均値であり、
LTAは長期間平均値であり、
λは、該グラフィカル・ユーザー・インターフェースの解像度に基づいて選択される1と3の間の定数であり、
σは、STA及びLTAのN個の測定値に渡る標準偏差であり、
横棒は、STA及びLTAのN個の測定値に渡る平均値を表す、前記方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記ハイパーレベルが、主要成分解析、断片内の局所的コントラスト、断片と全体画像の間のグローバルコントラスト、及び地平線からの断片の距離に基づいて選択された断片の一つの主要成分を含むパラメータを用いて計算され、前記決定値が前記ハイパーレベルに対する差として計算される、前記方法。
- 前記サブ画像の主要成分が、画像軸の水平(x)及び垂直(y)方向における、画像/sでの画像速度τ、sにおける断片の継続T及び前記サブ画像のピクセルpx、pyの数を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記分類することが、前記海洋哺乳類の前記熱的識別特性に対応するクラスの30の訓練データセット、及び前記海洋哺乳類の非熱的識別特性に対応するクラスの30の訓練データセットを使用することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記局在化することが、絵表示において表される向き及び距離線を統合することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記検証することが、断片の少なくとも10個の前記サブ画像を同時に絵表示することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記検証することが、拡大された方法で、コントラストにおける検出された局所的変化及び同等の全地球的な位置データで、断片の画像領域を絵表示することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記オペレータが、複数の検出の相対的距離の組合せによって自動検証を実行するアルゴリズム、又は手動検証を実行している人間である、請求項1に記載の方法。
- 前記決定値を超える断片が検証のために移され、前記断片が移される際に前記オペレータに対する警報が自動化された方法で供される、請求項1に記載の方法。
- 前記文書化することが、地図投影法としての前記海洋哺乳類の分類された、局在化され、検証された前記熱的識別特性を表わすことを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記サブプロセスの更なる一つとしての前記モジュール式処理において、自動的に又は手動で決定されたサポート点を用いて、グローバル正弦波地平線に合わせることを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記サブプロセスの更なる一つとしての前記モジュール式処理において、
検出の空間的/時間的シーケンスに基づいて、前記海洋哺乳類の泳ぎの方向を予測すること、及び
船舶又は船舶の周りにおける水域に置かれた装置で前記海洋哺乳類の潜在的衝突の衝突警告をトリガーすること
のうちの少なくとも一つを更に含む、前記方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記サブプロセスの更なる一つとしての前記モジュール式処理において、
水域において浮かんでいる如何なるサイズの氷山及び他の物体の検出の追加のデータストリームを処理すること、及び
氷山又は他の物体の一つの、船舶又は船舶の周りにおける水域に置かれた装置との潜在的衝突の衝突警告をトリガーすること
のうちの少なくとも一つを更に含む、前記方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記サブプロセスの更なる一つとしての前記モジュール式処理において、自動的な方法で、生じるエラーの補償を更に含む、前記方法。
- 前記エラーの補償が、熱的走査の際の前記赤外線カメラシステムに及ぼす熱的影響、及び個々のピクセル感度を修正することによる地平線のかすみ効果の少なくとも一つの補償を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記モジュール式処理が、複数の平行な経路においてコンピュータ成分によって同時に実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記撮像サーモグラフィー走査が、一つ又はそれ以上のシングル又はジュアルバンド赤外線カメラを、それぞれ、完全円中で又はそれぞれの小円中で用いて、及び地平線と比較した船舶の動きのアクティブなジャイロスコープ補正を用いて実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記赤外線カメラシステムが、秒当たり、少なくとも三つの連続グレースケール又はカラー画像を生み出す、請求項1に記載の方法。
- 前記海洋哺乳類の前記熱的識別特性を検出することが、可視光範囲において水面を走査するように構成される追加の撮像カメラを用いて実行される、請求項1に記載の方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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