JP4786547B2 - 入力画像を安全に処理する方法 - Google Patents
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Description
[発明の概要]
本発明は、クライアントコンピュータによって生成された画像及びビデオの中身をサーバコンピュータのプロセスに明かすことなく、それらの画像を処理するシステム及び方法を提供する。さらに、サーバコンピュータの処理技法をクライアントコンピュータに対して安全に保つことが望ましい。
図1Aに示すように、画像を安全に処理するシステム100が例示的なセキュリティ用途に関して説明される。システム100において、クライアントコンピュータ(クライアント)10がネットワーク30を介してサーバコンピュータ(サーバ)20に接続される。利点として、クライアント10は、限られた処理資源及び電力資源を有することができる(例えば、ラップトップ、低コストセンサ、又は携帯電話)。
図2Aは、「秘密」ビデオの例示的な入力画像201を示す。この例示的なビデオは、一群の歩行者99のいる街頭シーンのものである。
このプロセスは、画素ベースの背景減算が画素の空間的な順序に依存しないため、正確である。したがって、画素の順序を空間的に置換してもプロセスに影響はない。さらに、偽物の動き画素を組み込み画像に加えても、置換画像202中の偽物の画素と関心画素の間には相互作用がないため、プロセスに影響はない。
このプロセスは部分的に安全である。サーバは、入力画像201の内容を何も知ることができない。可能な置換数は多すぎて求められない。例えば、入力画像201がn個の画素を有し、組み込み画像がc=2倍の大きさである場合、可能な置換数は
クライアントの複雑度及び通信オーバーヘッドは、入力画像のサイズにおいて線形である。所定のランダム順に従った画素の置換は問題にならない。並べ換えも同様に単純である。アプリケーション230の複雑度は置換に影響を受けない。
物体検出、物体追跡、又は物体及びパターン認識といった実際の用途において、動き画像209は、雑音及び誤った動き画素299を除去し(図2Cを参照)、単一の移動物体に関連する可能性が高い隣接画素を「連結」するためにさらなる処理を必要とする場合がある。入力画像は、任意の動き画像とすることができることに留意すべきである。
フル画像プロトコルは、入力画像をランダム画像の和集合として表現し、これらのランダム画像をランダム2値画像の大きな集合とともにサーバに送る。
図3Eに示すように、サーバは、入力画像I209を有するとともに、連結成分ラベリングプロセス300を有する。このプロセスの出力は、ラベリングされた連結成分画像Iバーである。サーバは、入力画像Iについて何ら知ることはない。
このプロトコルは、各画像Hiがサーバプロセスによって正確にラベリングされるため、正確である。さらに、I=∪m i=1 Hiであるため、各画像Hiは入力画像Iの動き又は「オン」画素の一部のみを含み、よって、元画像Iでは連結していない2つの領域を連結してしまうかもしれない偽の「オン」画素は付加されないことになる。
このプロトコルは、クライアントがサーバに複数の2値画像Uを送り、そのうちサブセットHのみが入力画像を形成するため、安全である。適切なr及びmについて、可能性の数
複雑度は、rに従って線形である。ランダム画像ごとに、サーバは連結成分ラベリングを行う。クライアントは、和集合をIとするm枚のランダム画像と、付加的なr−m枚の偽物のランダム画像とを生成する。
この場合、図3A〜図3Cに示すように、クライアントは各動き画像209を、重なり合う本物の画素タイルのセットTg311に分割する310。明確にするために、タイルは一定の縮尺で示されていない。例えば、タイルは3×3画素であり、上下左右で1画素ずつ重なり合う。他のタイルサイズ及び重なりを用いることもできることに留意すべきである。しかし、タイルを大きくするほど、内容を判断し易くなる。さらに、クライアントは任意で、偽物の画素タイルTf321を生成する320ことができる。
このプロセスは、各タイルがサーバによって正確にローカルラベリングされるため、正確である。複数のタイルにわたって分散している連結画素は、タイル間に重なりがあるため、クライアントによって正確に融合される。同値類の判定350により、各連結画素群に一意のラベルが割り当てられることが保証される。
このプロセスは、p個の本物のタイル及びm個の偽物のタイルについて、異なる可能性の数が
ここでもまた、クライアントにおけるプロセスの複雑度は画像のサイズに対して線形である。画像をタイルに変換することは簡単である。
最後のプロセス400は物体検出である。物体検出は、図4Aに示すように、スライド窓405を用いてラスタスキャン順に連結成分の画像309をスキャンする。スライド窓の各ロケーションにおいて、スライド窓の内容が物体を含むか否かの判定が行われる。
図4Bに示すように、クライアントは、物体を検出すべき入力画像I401、例えば連結成分を有する画像309を有する。サーバは畳み込みカーネルyを有する。この畳み込みカーネルyを入力画像に適用して、物体に関連する画素がマーキングされた畳み込み画像I’を生成する。
このプロトコルは、畳み込み画像の和が画像の和の畳み込みに等しいため、正確である。2つのランダム置換π1及びπ2により、いずれの参加者も入力から出力へのマッピングを有しないことが保証される。したがって、いずれの参加者も、他方の参加者の情報を解読するための制約セットを形成することができない。
このプロセスは、画像中に物体が現れるか否かを検出するが、その物体のロケーションは明かさない。このプロセスを拡張して、物体のロケーションも検出することができる。
このプロトコルは、画像の和の畳み込みが畳み込み画像の和に等しいため、正確である。形式的には、I*y=I”であることを示すことができる。π1及びπ2が恒等置換である場合、以下の導出式が成り立つ。
サーバは、クライアントによって送られるm枚のランダム画像512が入力ランダム501。画像411の一次結合であることを知っている。mのサイズが大きくなるほど、クライアントの安全性が増す。
このプロトコルは、それぞれ入力画像I501及び分類器yを表すために使用されるランダム画像の数及びベクトル数であるmpに従って線形である。
本発明はゼロ知識技法を画像処理方法に応用する。問題領域の知識を利用することによって、本発明は、そうした処理を大幅に加速し、画像及びビデオに関わる安全なマルチパーティ計算の問題に対して実用的な解決策をもたらすことができる。
Claims (2)
- 入力画像を安全に処理する方法であって、
クライアントにおいて、入力画像Iを取得すること、
前記入力画像IがI=Σm i=1αiHjとなるように、m枚のランダム画像のセットH1,...,Hm及び係数ベクトルa=[a1,...,am]を生成すること、
前記ランダム画像の前記セットを、弱分類器を含むサーバに転送すること、
前記サーバにおいて、m枚の畳み込みランダム画像のセットH’を、{H1’=π1(H1*y}i m 1となるように求めることであって、ここで、*は畳み込み演算子であり、π1は第1のランダム画素置換である、求めること、
前記畳み込み画像のセットを前記クライアントに転送すること、
前記クライアントにおいて、m枚の置換画像のセットI’を、I’=π2(Σm i=1αiH1’)となるように求めることであって、ここで、π2は第2のランダム画素置換である、求めること、
前記置換画像のセットを前記サーバに転送すること、
前記サーバにおいて、テスト画像Iバーを、Iバー=αf(I’)となるように求めること、及び
前記テスト画像中に画素qが存在しIバー(q)>0である場合に真の信号を前記クライアントに返し、そうでない場合に偽の信号を前記クライアントに返すことであって、それによって、前記入力画像が物体を含むか否かを示すこと
を含む、入力画像を安全に処理する方法。 - 入力画像を安全に処理する方法であって、
クライアントにおいて、入力画像Iを取得すること、
I=Σm i=1αiHjとなるように、前記クライアントにおいて、m枚のランダム画像のセットH1,...,Hm及び係数ベクトルa=[a1,...,am]を生成すること、
前記ランダム画像の前記セットを、αf(xTy)の形態の弱分類器を含むサーバに転送することであって、ここで、xは、各ランダム画像全体にスキャンされるスライド窓の内容であり、yは前記弱分類器であり、fは非線形関数であり、αは係数である、転送すること、
y=Σp j=1bjgjとなるように、前記サーバにおいて、p個のランダムベクトルg1,...,gp及び第2の係数ベクトルb=[b1,...,bp]を生成すること、
前記サーバにおいて、mp枚の畳み込み画像のセットHijを、{{H’ij= 1(Hi*gj)}j p 1}i m 1となるように求めることであって、ここで、*は畳み込み演算子であり、π1は第1のランダム画素置換である、求めること、
前記畳み込み画像のセットを前記クライアントに転送すること、
前記クライアントにおいて、置換画像I’jを、{I’j=π2(Σm i=1αiH’ij)}p j=1となるように求めることであって、ここで、π2は第2のランダム画素置換である、求めること、
前記置換画像を前記サーバに転送すること、
前記サーバにおいて、中間画像I”=Σp j=1bjI’j及びテスト画像Iバー503を、Iバー=αf(I”)となるように求めること、及び
前記テスト画像中に画素qが存在しIバー(q)>0である場合に真を前記クライアントに返し、そうでない場合に偽を前記クライアントに返して、前記入力画像が物体を含むか否かを示すこと
を含む、入力画像を安全に処理する方法。
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