JP3077237B2 - Signal matching method and matching device - Google Patents
Signal matching method and matching deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば画像処理、画像
認識、音声認識等において利用されるパターンマッチン
グに適用して好適な信号のマッチング方法及びこの方法
の実施に使用される信号のマッチング装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal matching method suitable for pattern matching used in, for example, image processing, image recognition, voice recognition, and the like, and a signal matching apparatus used for implementing the method. About.
【0002】[0002]
【従来の技術】画像認識の対象は静止画像から手振り又
は身振り等の動画像に移行しつつある。このような動画
像の認識を行うには時間差分により動いた領域を検出す
る必要があるが、より正確に動いた領域を検出するため
にはオプティカルフローを使用することが考えられる。
オプティカルフローとは、時間方向に不変な輝度を持つ
画素を追っていった軌跡であり、2次元画像内での物体
の動きベクトルに対応する。2. Description of the Related Art The object of image recognition is shifting from a still image to a moving image such as a hand gesture or a gesture. In order to recognize such a moving image, it is necessary to detect a region that has moved based on a time difference. However, to detect a region that has moved more accurately, it is conceivable to use an optical flow.
The optical flow is a trajectory following a pixel having invariant luminance in the time direction, and corresponds to a motion vector of an object in a two-dimensional image.
【0003】即ち、1フレームの画像内の輝度をI
(x,y,t)、2個のフレーム間の時間差分をΔtと
して、 ΔI(x,y,t)/Δt=0 を満足するような軌跡(x,y)が求められた場合に、
オプティカルフローを示すベクトル(u,v)は次のよ
うに定義される。 u=Δx/Δt, v=Δy/Δt また、そのオプティカルフローを用いて、動きベクトル
〈d〉を次のように定義することができる。 〈d〉=(uΔt,vΔt) そして、オプティカルフロー(u,v)の算出は次の数
式を最小値にするベクトル(u,v)の算出と等価であ
ることが分かっている。なお、次の数式の第2項はu,
vを滑らかにする拘束条件であり、λはその拘束条件の
強さを示す定数である。That is, the luminance in an image of one frame is represented by I
(X, y, t) When a time difference between two frames is defined as Δt, and a locus (x, y) satisfying ΔI (x, y, t) / Δt = 0 is obtained,
The vector (u, v) indicating the optical flow is defined as follows. u = Δx / Δt, v = Δy / Δt Using the optical flow, a motion vector <d> can be defined as follows. <D> = (uΔt, vΔt) It is known that the calculation of the optical flow (u, v) is equivalent to the calculation of the vector (u, v) that minimizes the following equation. The second term of the following equation is u,
is a constraint condition for smoothing v, and λ is a constant indicating the strength of the constraint condition.
【数1】 (Equation 1)
【0004】そのようなオプティカルフローの算出の手
法は、例えば2つの音声信号の時間軸上のずれに関する
マッチング及び2つの画像データのマッチング等にも応
用することができる。その数1の条件を一般化するため
に、n次元ユークリッド空間〈R〉n 上で定義される2
つの関数f1(〈x〉)及びf2(〈x〉)を考える。
これらの関数の変数である空間〈R〉n 上のベクトル
〈x〉のn個の要素を(x1,x2,‥‥,xn)とし
て、その空間〈R〉n 上の動きベクトルを〈d〉とする
と、その動きベクトル〈d〉はベクトル〈x〉の関数と
してベクトル〈d(〈x〉)〉と表現することができ
る。この場合、数1に対応する条件は、次式のノルムの
二乗の和により定義される関数A(〈d〉)を最小にす
る条件と等価である。[0004] Such a method of calculating an optical flow can be applied to, for example, matching on a time axis shift between two audio signals and matching of two image data. In order to generalize the condition of Equation 1, 2 defined on an n-dimensional Euclidean space <R> n
Consider two functions f1 (<x>) and f2 (<x>).
Assuming that n elements of a vector <x> on a space <R> n which are variables of these functions are (x1, x2, ‥‥, xn), a motion vector on the space <R> n is <d> Then, the motion vector <d> can be expressed as a vector <d (<x>)> as a function of the vector <x>. In this case, the condition corresponding to Equation 1 is equivalent to the condition that minimizes the function A (<d>) defined by the sum of the squares of the norms in the following equation.
【0005】[0005]
【数2】 この数2の第2項の関数P(〈d〉)は数1の第2項に
対応する付帯条件であり、この付帯条件によりその動き
ベクトル〈d〉の振る舞いが拘束される。また、λはそ
の付帯条件の強さを示す定数である。本来の導出対象は
その数2の第1項を最小にする動きベクトル〈d〉であ
るが、そのままではその動きベクトル〈d〉が複数求め
られる場合があるため、その動きベクトル〈d〉を一意
的に求めるためにその付帯条件が付加されている。そし
て、その数2のノルムの二乗を、ノルムの二乗積分又は
ノルムの二乗の総和とすることにより、その数2の最小
値問題は最小二乗法と等価になるが、そのようにノルム
の二乗積分を採用したものが数1の積分式である。(Equation 2) The function P (<d>) of the second term of Expression 2 is an incidental condition corresponding to the second term of Expression 1, and the behavior of the motion vector <d> is restricted by the incidental condition. Λ is a constant indicating the strength of the incidental condition. Although the original derivation target is the motion vector <d> that minimizes the first term of Equation 2, the motion vector <d> may be obtained as it is. The additional conditions are added for the purpose of obtaining the information. Then, by taking the square of the norm of Equation 2 as the square integral of norm or the sum of the squares of the norm, the minimum value problem of Equation 2 becomes equivalent to the least square method. Is the integral expression of Equation 1.
【0006】その数2には付帯条件が付加されてはいる
が、その数2を最小にする条件で求めようとする対象
は、あくまでもその数2の第1項を最小にする動きベク
トル〈d〉であるため、その数2におけるマッチング誤
差ε(〈x〉,〈d〉)は次のように定義される。Although an additional condition is added to the equation (2), an object to be obtained under the condition for minimizing the equation (2) is a motion vector <d that minimizes the first term of the equation (2). >, The matching error ε (<x>, <d>) in Equation 2 is defined as follows.
【数3】 この数3の導出には次の近似式が使用されている。(Equation 3) The following approximate expression is used to derive Equation 3.
【数4】 (Equation 4)
【0007】その数2の第1項は数3を二乗積分した形
となり動きベクトル〈d〉に関して二次式になるので、
その数2の第2項も動きベクトル〈d〉に関する二次式
で表される場合に、極小解が最小解と等しくなり、最小
二乗法及び変分法により線形方程式に直して解くことが
可能であった。例えばオプティカルフローを算出するた
めの数1において数3の近似を用いることにより、その
数1は次のように変形することができる。The first term of the equation (2) becomes a form obtained by square integration of the equation (3), and becomes a quadratic equation with respect to the motion vector <d>.
When the second term of the equation 2 is also represented by a quadratic equation relating to the motion vector <d>, the minimum solution becomes equal to the minimum solution, and the minimum solution is converted into a linear equation by the least square method and the variation method. It was possible to solve. For example, by using the approximation of Equation 3 in Equation 1 for calculating the optical flow, Equation 1 can be modified as follows.
【数5】 (Equation 5)
【0008】この数5はu,vに関しては二次式となる
ので、極小解を求めるべくこれをオイラー方程式に直し
て線形微分方程式を得て、解(u,v)としての動きベ
クトル〈d〉を一意に求めることができる。言い換えれ
ば、数3の近似は関数f2(〈x〉)を〈x〉において
接平面近似して微小領域のマッチング誤差を表したもの
である。Since equation (5) is a quadratic equation with respect to u and v, it is converted to an Euler equation to obtain a minimum solution, a linear differential equation is obtained, and a motion vector <d as a solution (u, v) is obtained. > Can be uniquely obtained. In other words, the approximation of Expression 3 expresses a matching error in a minute area by approximating the function f2 (<x>) by a tangent plane in <x>.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、動きベ
クトル〈d〉の絶対値が大きい場合、数4で表される関
数f2(〈x〉)のテイラー展開の一次近似(接平面近
似)では十分にf2(〈x〉)を近似することができ
ず、動きベクトル〈d〉の推定がうまく行かなかった。
また、これを改良するため、テイラー展開の次数を上げ
て近似精度を向上させる方法が考えられているが、数3
のε(〈x〉,〈d〉)が〈d〉に関して二次以上の成
分を持ち、数2が二次式にならず、変分法により数2を
最小にするベクトル〈d〉を計算するにあたり非線形方
程式を解く必要が生じ、また、極小解が最小解になる保
証がないので簡単に〈d〉を求めることができない不都
合があった。本発明は斯かる点に鑑み、上述の数2を最
小にするベクトル〈d〉をこのベクトルが長い場合であ
っても容易に求めることができる信号のマッチング方法
及びこの方法の実施に使用されるマッチング装置を提供
することを目的とする。However, when the absolute value of the motion vector <d> is large, the first-order approximation (tangent plane approximation) of the Taylor expansion of the function f2 (<x>) expressed by Equation 4 is sufficient. f2 (<x>) could not be approximated, and the estimation of the motion vector <d> did not go well.
To improve this, a method of improving the approximation accuracy by increasing the order of Taylor expansion has been considered.
Ε (<x>, <d>) has a quadratic or higher-order component with respect to <d>. In doing so, it is necessary to solve a nonlinear equation, and there is no assurance that the minimum solution becomes the minimum solution, so that <d> cannot be easily obtained. In view of the above, the present invention is used for a signal matching method capable of easily obtaining a vector <d> that minimizes the above-described Expression 2 even when the vector is long, and is used for implementing this method. It is an object to provide a matching device.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明による信号のマッ
チング方法は、例えば図1に示す如く、或るベクトル
((x1,x2,‥‥,xn)=〈x〉)の第1の関数
f1で表現できる第1の信号とそのベクトルの第2の関
数f2で表現できる第2の信号とをマッチングさせるた
めの動きベクトル〈d〉を求める信号のマッチング方法
において、それら第1の関数及び第2の関数のその或る
ベクトルの各要素xiに関する種々の次数の偏微分関数
を求め、その第1の関数の偏微分関数とその第2の関数
の偏微分関数の試験的な動きベクトルに関する1次のテ
イラー展開との差分の絶対値の二乗よりなるマッチング
誤差をそれら種々の次数について求め、これら種々の次
数のマッチング誤差の加重和に上記試験的な動きベクト
ル〈d〉に関する付帯条件式を加算することにより評価
関数B(〈d〉)を求め、この評価関数を制御部(6)
に供給し、制御部(6)は、この評価関数の値が最小に
なるように上記試験的な動きベクトルの値を定め、その
評価関数の値が最小になるときのその試験的な動きベク
トルを、それら第1の信号と第2の信号とをマッチング
させるための動きベクトル〈d〉として出力するもので
ある。According to the signal matching method of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a first function f1 of a certain vector ((x1, x2,..., Xn) = <x>) is used. In a signal matching method for obtaining a motion vector <d> for matching a first signal that can be expressed by the following equation and a second signal that can be expressed by a second function f2 of the vector, the first function and the second function , The partial differential functions of various orders with respect to each element xi of the certain vector of the certain function are obtained, and the first order of the partial differential function of the first function and the partial differential function of the second function with respect to the test motion vector are obtained. The matching error consisting of the square of the absolute value of the difference from the Taylor expansion of the various orders is obtained for these various orders, and the weighted sum of the matching errors of the various orders is added to the test motion vector <d>. Evaluation function B by adding the condition (<d>) asking, control unit the evaluation function (6)
And the control unit (6) reduces the value of the evaluation function to a minimum.
Determine the value of the above experimental motion vector so that
The test motion vector when the value of the evaluation function is minimized
Match the first signal with the second signal
The motion vector is output as a motion vector <d> .
【0011】また、本発明による信号のマッチング装置
は、例えば図1に示すように、或るベクトル((x1,
x2,‥‥,xn)=〈x〉)の第1の関数f1で表現
できる第1の信号とそのベクトルの第2の関数f2で表
現できる第2の信号とをマッチングさせるための動きベ
クトル〈d〉を求める信号のマッチング装置において、
その第1の関数及び第2の関数のその或るベクトルの各
要素xiに関する種々の次数の偏微分関数を求める偏微
分フィルタ回路(3−0〜3−K)と、その第1の関数
の偏微分関数とその第2の関数の偏微分関数の試験的な
動きベクトル〈d〉に関する1次のテイラー展開との差
分の絶対値の二乗よりなるマッチング誤差をその種々の
次数について求める誤差検出回路(4−0〜4−K)
と、これら種々の次数のマッチング誤差の加重和にその
試験的な動きベクトルに関する付帯条件式を加算するこ
とにより評価関数B(〈d〉)を求める評価関数演算回
路(5,7−0〜7−K,8,9)と、この評価関数の
値が最小になるようにその試験的な動きベクトル〈d〉
の値を定める制御回路(6)とを有し、その評価関数の
値が最小になるときのその試験的な動きベクトルをその
第1の信号と第2の信号とをマッチングさせるための動
きベクトルとみなすようにしたものである。A signal matching apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 1, for example, has a certain vector ((x1,
(x2, ‥‥, xn) = <x>) a motion vector <1 for matching a first signal that can be expressed by a first function f1 and a second signal that can be expressed by a second function f2 of the vector. In a signal matching device for determining d>
A partial differential filter circuit (3-0 to 3-K) for obtaining a partial differential function of various orders with respect to each element xi of the certain vector of the first function and the second function; An error detection circuit for obtaining a matching error consisting of a square of an absolute value of a difference between a partial differential function and a first-order Taylor expansion of a partial differential function of the second function with respect to a test motion vector <d> for various orders thereof (4-0 to 4-K)
And an evaluation function operation circuit (5, 7-0 to 7 ) for obtaining an evaluation function B (<d>) by adding an additional conditional expression relating to the test motion vector to the weighted sum of the matching errors of various orders. −K, 8, 9) and the test motion vector <d> so that the value of the evaluation function is minimized.
And a control circuit (6) for determining the value of the evaluation signal. The motion vector for matching the test motion vector when the value of the evaluation function is minimized with the first signal and the second signal. It is to be regarded as.
【0012】[0012]
【作用】斯かる本発明の信号のマッチング方法によれ
ば、第1の関数の偏微分関数と第2の関数の偏微分関数
の試験的な動きベクトル〈d〉に関する1次のテイラー
展開との差分の絶対値の二乗よりなるマッチング誤差が
各要素xiの種々の次数について求められ、これらのマ
ッチング誤差の加重和及び付帯条件式により評価関数B
(〈d〉)が形成される。この評価関数は制御部(6)
に供給され、制御部(6)ではこれら加重和及び付帯条
件式が最小になるように動きベクトル〈d〉が選択され
て出力される。従って、従来のように第1の関数と第2
の関数の試験的な動きベクトル〈d〉に関する1次のテ
イラー展開との差分の絶対値の二乗を用いる場合と比べ
て、ベクトル〈d〉の長さが大きい場合でも正確にその
ベクトル〈d〉を推定することができる。According to the signal matching method of the present invention, the partial differential function of the first function and the partial Taylor expansion of the first-order Taylor expansion with respect to the test motion vector <d> of the partial differential function of the second function are obtained. Matching errors consisting of the square of the absolute value of the difference are obtained for various orders of each element xi, and an evaluation function B
(<D>) is Ru is formed. This evaluation function is provided by the control unit (6)
Control unit (6), these weighted sum and incidental
The motion vector <d> is selected so that the conditional expression is minimized.
Output. Therefore, the first function and the second function
Compared with the case where the square of the absolute value of the difference from the first-order Taylor expansion regarding the test motion vector <d> of the function Can be estimated.
【0013】この場合、その評価関数B(〈d〉)は、
あくまでもベクトル〈d〉に関して二次式であるため、
従来例と同様に最小二乗法及び変分法により線形方程式
に直して解くことができる。また、本発明の信号のマッ
チング装置によれば、その信号のマッチング方法を直接
に実施することができる。In this case, the evaluation function B (<d>) is
Since it is quadratic with respect to the vector <d>,
As in the conventional example, it can be solved by converting it into a linear equation by the least squares method and the variation method. Further, according to the signal matching apparatus of the present invention, the signal matching method can be directly implemented.
【0014】[0014]
【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明しよう。本例は上述の数2の関数A(〈d〉)を
最小にする動きベクトル〈d〉を求めることにより、関
数f2(〈x〉+〈d〉)−f1(〈x〉)の絶対値を
最小にする動きベクトル〈d〉を求める場合に本発明を
適用したものである。本例でもマッチング誤差ε
(〈x〉,〈d〉)は数3で表すことができるが、本例
ではそのマッチング誤差を動きベクトル〈d〉に関して
線形のまま実質的にテイラー展開の高次の項まで表現す
るため、数3を関数f2(〈x〉)のベクトル〈x〉の
各要素に関する偏微分についての誤差に拡張する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this example, the absolute value of the function f2 (<x> + <d>)-f1 (<x>) is obtained by finding the motion vector <d> that minimizes the function A (<d>) of the above-described equation 2. The present invention is applied to a case where a motion vector <d> that minimizes is obtained. Also in this example, the matching error ε
(<X>, <d>) can be expressed by Equation 3, but in this example, since the matching error is expressed linearly with respect to the motion vector <d> and substantially up to higher-order terms of Taylor expansion, Equation 3 is extended to an error for partial differentiation of each element of the vector <x> of the function f2 (<x>).
【0015】このため、n次元ユークリッド空間〈R〉
n 上のベクトル〈x〉のn個の各要素をx1,x2,‥
‥,xnとして、関数f(〈x〉)の要素x1,x2,
‥‥,xnに関するm1,m2,‥‥,mn次の偏微分
f(m1,m2,・・・・,mn)(〈x〉)を次のように表す。For this reason, the n-dimensional Euclidean space <R>
Let n elements of a vector <x> on n be x1, x2, ‥
要素, xn, the elements x1, x2 of the function f (<x>)
The m, m2, ‥‥, mn-order partial derivatives f (m1, m2,..., Mn) (<x>) regarding ‥‥ and xn are expressed as follows.
【数6】 (Equation 6)
【0016】そして、数3のマッチング誤差ε
(〈x〉,〈d〉)を次式で定義されるマッチング誤差
εm1,m2,・・・・,mn(〈x〉,〈d〉)に拡張する。この
マッチング誤差は、関数f2(〈x〉)の偏微分関数の
動きベクトル〈d〉に関する1次のテイラー展開より関
数f1(〈x〉)の偏微分関数を減算したものである。Then, the matching error ε of the equation (3)
(<X>, <d>) is expanded to a matching error εm1, m2,..., Mn (<x>, <d>) defined by the following equation. This matching error is obtained by subtracting the partial differential function of the function f1 (<x>) from the first-order Taylor expansion of the partial differential function of the function f2 (<x>) with respect to the motion vector <d>.
【数7】 (Equation 7)
【0017】この数7のマッチング誤差を用いて数2の
問題を次の関数B(〈d〉)をベクトル〈d〉に関して
最小にする問題として解く。その数式中のCm1,m2, ・・・・
,mnは定数である。Using the matching error of Equation 7, the problem of Equation 2 is solved as a problem of minimizing the following function B (<d>) with respect to the vector <d>. C m1, m2, ...
, mn are constants.
【数8】 (Equation 8)
【0018】例えばこれを数1のオプティカルフローの
計算式に適用すると、次のようになる。即ち、ベクトル
〈x〉=(x,y),ベクトル〈d〉=(uΔt,vΔ
t)として、0次微分及びx,yに関する各一次微分の
3つのマッチング誤差を評価すれば、I(x,y,t)
=I1(x,y)、I(x,y,t+Δt)=I2
(x,y)とおいて、数1を最小にする問題は次の積分
を最小にする問題として解くことができる。For example, when this is applied to the formula for calculating the optical flow of Equation 1, the following is obtained. That is, the vector <x> = (x, y) and the vector <d> = (uΔt, vΔ
As t), if three matching errors of the zero-order derivative and each primary derivative with respect to x and y are evaluated, I (x, y, t)
= I1 (x, y), I (x, y, t + Δt) = I2
In (x, y), the problem of minimizing Equation 1 can be solved as the problem of minimizing the following integral.
【0019】[0019]
【数9】 このように関数I(x,y,t)だけでなく、そのx,
yに関する各偏微分も誤差の評価に取り入れても、数9
はu,vについて2次関数で表されるので変分原理によ
り線形方程式に直して解くことができる。(Equation 9) Thus, not only the function I (x, y, t) but its x,
Even if each partial derivative of y is included in the error evaluation,
Is represented by a quadratic function with respect to u and v, so that it can be solved as a linear equation by the variational principle.
【0020】次に、数8の関数B(〈d〉)を最小にす
るマッチング装置を図1を参照して説明する。図1にお
いて、f1及びf2はそれぞれ信号f1(〈x〉)及び
f2(〈x〉)を示し、これらの信号f1及びf2をそ
れぞれバスライン1及び2を介して偏微分フィルタ回路
3−0〜3−Kに供給する。これら偏微分フィルタ回路
3−0〜3−Kはそれぞれ関数f1及びf2の数6で定
義される偏微分を求める。Next, a matching apparatus for minimizing the function B (<d>) in Equation 8 will be described with reference to FIG. In FIG. 1, f1 and f2 denote signals f1 (<x>) and f2 (<x>), respectively, and these signals f1 and f2 are passed through bus lines 1 and 2, respectively, to the partial differential filter circuits 3-0 to 3-0. Supply 3-K. These partial differential filter circuits 3-0 to 3-K obtain partial differentials defined by Equation 6 of the functions f1 and f2, respectively.
【0021】具体的にベクトル〈x〉の要素x1,x
2,‥‥,xnに関する偏微分の最高の次数をそれぞれ
M1,M2,‥‥,Mnとすると、偏微分フィルタ回路
3−0からは関数f1及びf2の全要素についての0次
の偏微分関数f1(0,0, ・・・・ ,0)(〈x〉)(即ち、f1
そのもの)及びf2(0,0, ・・・・ ,0)(〈x〉)(即ち、f
2そのもの)が出力され、偏微分フィルタ回路3−1か
らは要素x1に関する1次の偏微分関数であるf1
(1,0, ・・・・ ,0)(〈x〉)及びf2
(1,0, ・・・・ ,0)(〈x〉)が出力され、偏微分フィルタ回
路3−2からは要素x2に関する1次の偏微分関数であ
るf1(0,1, ・・・・ ,0)(〈x〉)及びf2
(0,1, ・・・・ ,0)(〈x〉)が出力され、i番目の偏微分フ
ィルタ回路3−iからは偏微分関数であるf1(m1,m2,
・・・・ ,mn) (〈x〉)及びf2
(m1,m2, ・・・・ ,mn) (〈x〉)が出力される。この場合、
次式が成立している。i=m1+m2(M1+1)+‥‥mn(M1+1)
(M2+1)‥‥(M(n−1)+1) Specifically, the elements x1 and x of the vector <x>
Assuming that the highest order of the partial differentiation with respect to 2, 2, ‥‥, xn is M1, M2, Mn, Mn, respectively, the partial differentiation filter circuit 3-0 outputs a 0th-order partial differential function for all elements of the functions f1 and f2. f1 (0,0, ... , 0) (<x>) (that is, f1
Itself) and f2 (0,0, ... , 0) (<x>) (ie, f
2 itself), and the partial differential filter circuit 3-1 outputs f1 which is a first-order partial differential function for the element x1.
(1,0, ... , 0) (<x>) and f2
(1, x , ... , 0) (<x>) is output from the partial differential filter circuit 3-2, and f1 (0, 1, ... ) Which is a primary partial differential function related to the element x2. . , 0) (<x>) and f2
(0,1, ... , 0) (<x>) is output, and the partial differential function f1 (m1, m2,
... , mn) (<x>) and f2
(m1, m2, ... , mn) (<x>) is output. in this case,
The following equation holds. i = m1 + m2 (M1 + 1) + ‥‥ mn (M1 + 1)
(M2 + 1) ‥‥ (M (n-1) +1)
【0022】そして、最後の偏微分フィルタ回路3−K
からは最も高次の偏微分関数であるf1(M1,M2, ・・・・
,Mn) (〈x〉)及びf2(M1,M2, ・・・・ ,Mn) (〈x〉)
が出力されて、次式が成立している。 K=M1+M2(M1+1)+‥‥Mn(M1+1)(M2+1)‥‥(M( n−1)+1) =(M1+1)(M2+1)‥‥(Mn+1)−1 The last partial differential filter circuit 3-K
From f1 (M1, M2, ...
, Mn) (<x>) and f2 (M1, M2, ... , Mn) (<x>)
Is output, and the following equation holds. K = M1 + M2 (M1 + 1) + {Mn (M1 + 1) (M2 + 1) } (M ( n-1) +1) = (M1 + 1) (M2 + 1) ‥‥ (Mn + 1) -1
【0023】それら偏微分フィルタ回路3−i(i=0
〜K)で計算された2個の偏微分関数をそれぞれ誤差検
出回路4−iに供給する。これら誤差検出回路4−0〜
4−には後述の制御回路6より出力される動きベクトル
〈d〉をも供給する。図2はその誤差検出回路4−iを
示し、この誤差検出回路4−iに供給される2個の偏微
分関数をw1(〈x〉)及びw2(〈x〉)とすると、
この誤差検出回路4−iは、次式より計算されるマッチ
ング誤差ε(〈x〉,〈d〉)のノルムの2乗を計算し
て出力する。The partial differential filter circuits 3-i (i = 0)
KK) are supplied to the error detection circuit 4-i. These error detection circuits 4-0 to 0-0
4- is also supplied with a motion vector <d> output from the control circuit 6 described later. FIG. 2 shows the error detection circuit 4-i. Assuming that two partial differential functions supplied to the error detection circuit 4-i are w1 (<x>) and w2 (<x>),
The error detection circuit 4-i calculates and outputs the square of the norm of the matching error ε (<x>, <d>) calculated by the following equation.
【数10】 (Equation 10)
【0024】この数10は数7と等価であり、各誤差検
出回路4−iからは数7で定義されるマッチング誤差の
ノルムの2乗である‖εm1,m2,・・・・,mn(〈x〉,
〈d〉)‖2 が出力され、そのマッチング誤差のノルム
の2乗をそれぞれ乗算回路7−i(i=0〜K)に供給
する。これら乗算回路7−iはそれぞれ入力データに数
8で使用されている係数Cm1,m2,・・・・,mn を乗算し、こ
れにより得られた積を加算回路9に供給する。This equation (10) is equivalent to the equation (7). From each error detection circuit 4-i, the square of the norm of the matching error defined by the equation (7) is expressed as ‖ε m1, m2 ,. (<X>,
<D>) ‖ 2 is output, and supplies the squared norm of the matching error, each multiplication circuit 7-i (i = 0~K) . Each of these multiplication circuits 7-i multiplies the input data by the coefficient Cm1, m2,..., Mn used in Equation 8, and supplies the obtained product to the addition circuit 9.
【0025】5は付帯条件付与回路を示し、この付帯条
件付与回路5にも制御回路6より動きベクトル〈d〉を
供給し、この付帯条件付与回路5は、数8の関数B
(〈d〉)の第2項である(定数倍を除いて)付帯条件
‖P(〈d(〈x〉)〉)‖2 を計算し、この付帯条件
を乗算回路8に供給する。この乗算回路8は、その付帯
条件に定数λを乗じて得られたデータを加算回路9に供
給する。この加算回路9は、供給されたデータを全て加
算することにより得た数8の関数B(〈d〉)を制御回
路6に供給する。この制御回路6は、その関数B
(〈d〉)が最小になるようにベクトル〈d〉の値を増
減して出力する。[0025] 5 represents the incidental conditions applying circuit, this also supplies motion vector <d> from the control circuit 6 in the supplementary conditions applying circuit 5, the side conditions applying circuit 5, a function of the number 8 B
The additional condition {P (<d (<x>)>)} 2 , which is the second term of (<d>) (excluding the constant multiple), is calculated, and the additional condition is supplied to the multiplication circuit 8. The multiplication circuit 8 supplies data obtained by multiplying the incidental condition by a constant λ to the addition circuit 9. The addition circuit 9 supplies the control circuit 6 with a function B (<d>) of Expression 8 obtained by adding all the supplied data. The control circuit 6 uses the function B
The value of the vector <d> is increased or decreased so that (<d>) is minimized and output.
【0026】そのベクトル〈d〉の設定方法には、出力
するベクトル〈d〉を微小量変えたときの入力値を見な
がら最急勾配法などにより順次〈d〉を変えていく方
法、誤差検出回路4−0〜4−K及び制御回路6などを
含めたフィードバック系よりノルムの二乗が二乗積分又
は二乗和の場合の線形方程式を得て(最小二乗法及び変
分法による線形オイラー方程式)それを解くことにより
解を求める方法等がある。後者の場合には解を一意に得
ることができる。The method of setting the vector <d> includes a method of sequentially changing <d> by the steepest gradient method while observing an input value obtained by changing the output vector <d> by a small amount, and a method of detecting an error. From the feedback system including the circuits 4-0 to 4-K and the control circuit 6, a linear equation in the case where the square of the norm is a square integral or a sum of squares is obtained (linear Euler equation by the least square method and the variation method). There is a method of finding a solution by solving. In the latter case, a unique solution can be obtained.
【0027】なお、偏微分フィルタ回路3−0〜3−K
は任意のフィルタに拡張することができる。例えば、画
像信号を扱う場合にテクスチャなどの検出に強いガボー
ル(Gabor )フィルタ等をそれら偏微分フィルタ回路の
代わりに接続するか、又はそれら偏微分フィルタ回路に
並列に付加することにより、テクスチャなどの特徴量を
含めて関数f1及びf2のマッチング解〈d〉を得るこ
とができる。このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得ることは勿論である。The partial differential filter circuits 3-0 to 3-K
Can be extended to any filter. For example, when handling an image signal, a Gabor (Gabor) filter or the like that is strong in the detection of a texture or the like is connected instead of the partial differential filter circuit, or by adding in parallel to the partial differential filter circuit, The matching solution <d> of the functions f1 and f2 including the feature amount can be obtained. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can take various configurations without departing from the gist of the present invention.
【0028】[0028]
【発明の効果】本発明によれば、動きベクトル〈d〉が
長い場合であってもその動きベクトル〈d〉を正確に求
めることができる利益がある。According to the present invention, there is an advantage that even when the motion vector <d> is long, the motion vector <d> can be obtained accurately.
【図1】本発明の一実施例の信号のマッチング装置の構
成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a signal matching device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1例中の誤差検出回路の動作の説明に供する
線図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of an error detection circuit in the example of FIG. 1;
3−0〜3−K 偏微分フィルタ回路 4−0〜4−K 誤差検出回路 7−0〜7−K 乗算回路 5 付帯条件付与回路 6 制御回路 8 乗算回路 9 加算回路 3-0 to 3-K partial differential filter circuit 4-0 to 4-K error detection circuit 7-0 to 7-K multiplication circuit 5 incidental condition provision circuit 6 control circuit 8 multiplication circuit 9 addition circuit
Claims (2)
第1の信号とそのベクトルの第2の関数で表現できる第
2の信号とをマッチングさせるための動きベクトルを求
める信号のマッチング方法において、 上記第1の関数及び第2の関数の上記或るベクトルの各
要素に関する種々の次数の偏微分関数を求め、上記第1
の関数の偏微分関数と上記第2の関数の偏微分関数の試
験的な動きベクトルに関する1次のテイラー展開との差
分の絶対値の二乗よりなるマッチング誤差を上記種々の
次数について求め、該種々の次数のマッチング誤差の加
重和に上記試験的な動きベクトルに関する付帯条件式を
加算することにより評価関数を求め、 該評価関数を制御部に供給し、 上記制御部は、上記評価関数の値が最小になるように上
記試験的な動きベクトルの値を定め、該評価関数の値が
最小になるときの上記試験的な動きベクトルを、上記第
1の信号と第2の信号とをマッチングさせるための動き
ベクトルとして出力する ことを特徴とする信号のマッチ
ング方法。1. A signal matching method for obtaining a motion vector for matching a first signal that can be expressed by a first function of a certain vector with a second signal that can be expressed by a second function of the vector. Calculating partial differential functions of various orders with respect to each element of the certain vector of the first function and the second function,
The matching error consisting of the square of the absolute value of the difference between the partial differential function of the function of the second function and the first-order Taylor expansion of the partial differential function of the second function with respect to the test motion vector is obtained for the various orders. An evaluation function is obtained by adding the incidental conditional expression relating to the test motion vector to the weighted sum of the matching errors of the following order, and the evaluation function is supplied to the control unit. On to minimize
The value of the test motion vector is determined, and the value of the evaluation function is
The test motion vector at the time of minimization is
Movement for matching the first signal and the second signal
A signal matching method characterized by outputting as a vector .
第1の信号とそのベクトルの第2の関数で表現できる第
2の信号とをマッチングさせるための動きベクトルを求
める信号のマッチング装置において、上記第1の関数及
び第2の関数の上記或るベクトルの各要素に関する種々
の次数の偏微分関数を求める偏微分フィルタ回路と、上
記第1の関数の偏微分関数と上記第2の関数の偏微分関
数の試験的な動きベクトルに関する1次のテイラー展開
との差分の絶対値の二乗よりなるマッチング誤差を上記
種々の次数について求める誤差検出回路と、該種々の次
数のマッチング誤差の加重和に上記試験的な動きベクト
ルに関する付帯条件式を加算することにより評価関数を
求める評価関数演算回路と、該評価関数の値が最小にな
るように上記試験的な動きベクトルの値を定める制御回
路とを有し、上記評価関数の値が最小になるときの上記
試験的な動きベクトルを上記第1の信号と第2の信号と
をマッチングさせるための動きベクトルとみなすように
したことを特徴とする信号のマッチング装置。2. A signal matching apparatus for obtaining a motion vector for matching a first signal that can be expressed by a first function of a certain vector with a second signal that can be expressed by a second function of the vector. A partial differential filter circuit for obtaining partial differential functions of various orders with respect to each element of the certain vector of the first function and the second function; a partial differential function of the first function; and a second function An error detection circuit for obtaining a matching error consisting of the square of the absolute value of the difference between the partial differential function and the first-order Taylor expansion of the test motion vector for the various orders, and a weighted sum of the matching errors of the various orders An evaluation function calculating circuit for obtaining an evaluation function by adding an additional conditional expression relating to the test motion vector to the test function; A control circuit for determining the value of the motion vector, and a motion vector for matching the test motion vector when the value of the evaluation function is minimized with the first signal and the second signal. A signal matching device characterized in that it is regarded as a signal matching device.
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JP03090817A JP3077237B2 (en) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | Signal matching method and matching device |
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JPH04321187A JPH04321187A (en) | 1992-11-11 |
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