JP4814679B2 - Image processing device - Google Patents

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Description

本発明は、画像処理装置に係り、特に、画像処理を行うための関数処理回路を選択する選択信号を学習により形成可能な画像処理装置に関する。   The present invention relates to an image processing apparatus, and more particularly to an image processing apparatus capable of forming a selection signal for selecting a function processing circuit for performing image processing by learning.

近年、TVカメラやCCDカメラ等の画像入力手段で被写体や風景等を撮像し、得られた動画像に画像処理を施して、その画像の中から特定の対象、例えば、環境内を移動する物体やその動き等を抽出するための画像処理装置の研究が盛んに行われている。   In recent years, an image input means such as a TV camera or a CCD camera is used to capture an image of a subject or landscape, and image processing is performed on the obtained moving image, and a specific target, for example, an object that moves within an environment, from the image. Research on image processing apparatuses for extracting the movements and the like has been actively conducted.

静止画像に対する画像処理としては、各種画像フィルタを図17に示すように木構造状に組み合わせた処理プログラムに基づいて入力画像に画像処理を施す画像処理技術(ACTIT、非特許文献1参照)が開発されている。
青木紳也、外1名、「木構造状画像変換の自動構築法ACTIT」、映像情報メディア学会誌、社団法人映像情報メディア学会、1999年、第53巻、第6号、p.888〜894
As image processing for still images, an image processing technique (ACTIT, see Non-Patent Document 1) that develops image processing on an input image based on a processing program in which various image filters are combined in a tree structure as shown in FIG. Has been.
Shinya Aoki, 1 other person, “Automatic construction method of tree-structured image conversion ACTIT”, The Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers, The Institute of Image Information and Television Engineers, 1999, Vol. 53, No. 6, p. 888-894

しかしながら、前記のような画像処理装置では、画像処理に用いられる画像フィルタの組み合わせの範囲内でしか画像処理を行うことができず、必ずしも思い通りの画像処理を行うことができない場合がある。また、学習の際に予めどのような種類の画像フィルタをそれぞれ何個ずつ用意するかによって画像処理の最適化が制限を受ける。   However, the image processing apparatus as described above can perform image processing only within the range of combinations of image filters used for image processing, and may not always perform desired image processing. Moreover, the optimization of image processing limited by either providing learning time in advance what kind of image the filter by any number respectively.

一方、このような画像処理装置を車両やロボット等に搭載する場合、例えば、汎用コンピュータを用いて画像処理装置を構成し、前記処理プログラムをソフトウエア処理するように構成すると画像処理に時間がかかる。そのため、画像データをリアルタイムに処理すること、すなわち実用的な時間内で処理することが必ずしも容易にはできない。   On the other hand, when such an image processing apparatus is mounted on a vehicle, a robot, or the like, for example, if the image processing apparatus is configured using a general-purpose computer and the processing program is configured to perform software processing, the image processing takes time. . For this reason, it is not always easy to process image data in real time, that is, within a practical time.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、画像フィルタに制限されずに希望する画像処理回路を構築することを可能とする画像処理手順を学習することができる画像処理装置を提供することを目的とする。さらに、画像処理の処理速度を向上させることが可能な画像処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an image processing apparatus capable of learning an image processing procedure that makes it possible to construct a desired image processing circuit without being limited to an image filter. For the purpose. Furthermore, it aims at providing the image processing apparatus which can improve the processing speed of image processing.

前記の問題を解決するために、第1の発明は、
画像処理の手順を学習する画像処理装置であって、
関数処理回路が並列に配置された演算ユニットと前記各関数処理回路に入力するデータを選択する選択器とからなる学習ユニットと、
前記学習ユニットによる演算の順序を最適化する学習手段とを備え、
前記学習ユニットは、複数個が直列に連結され、
前記複数の学習ユニットの各選択器は、画像処理の手順を示す選択信号に従って各関数処理回路に入力するデータを選択し、
前記学習手段は、各学習ユニットの選択器に割り当てる前記選択信号を学習により最適化し、当該学習として各学習ユニットの選択器に割り当てる前記選択信号の列を遺伝子とし、画像処理により得られるべき目標画像を教師画像として遺伝的アルゴリズムの手法に基づいて学習を行い、
前記関数処理回路は、入力されたデータを1クロック分遅延させる機能を有する遅延回路を含み、
前記学習手段は、前記学習において、前記遅延回路しか演算を行わない学習ユニットの数に基づいて評価値を算出することを特徴とする。
In order to solve the above problem, the first invention provides:
An image processing apparatus for learning image processing procedures,
A learning unit comprising an arithmetic unit in which function processing circuits are arranged in parallel and a selector for selecting data to be input to each function processing circuit;
Learning means for optimizing the order of operations by the learning unit;
A plurality of the learning units are connected in series,
Each selector of the plurality of learning units selects data to be input to each function processing circuit according to a selection signal indicating an image processing procedure,
The learning means optimizes the selection signal to be assigned to the selector of each learning unit by learning, uses the sequence of the selection signal to be assigned to the selector of each learning unit as the learning as a gene, and a target to be obtained by image processing Learning based on the method of genetic algorithm with images as teacher images,
The function processing circuit includes a delay circuit having a function of delaying input data by one clock,
In the learning, the learning unit calculates an evaluation value based on the number of learning units that perform only the delay circuit .

の発明は、第の発明の画像処理装置において、前記学習手段は、算出した最適化された前記選択信号から前記遅延処理の演算しか行わない学習ユニットによる演算処理に対応する信号部分を削除して新たに最適化された選択信号を再構成して出力することを特徴とする。 The second invention is an image processing apparatus of the first aspect of the invention, the learning means, a signal parts corresponding to the calculated optimized the selected signal to the arithmetic processing by the learning unit performs only operation of the delay processing A selection signal that has been deleted and newly optimized is reconstructed and output.

の発明は、関数処理回路が並列に配置された演算ユニットと前記各関数処理回路に入力するデータを選択する選択器とからなる学習ユニットと、
前記学習ユニットによる演算の順序を最適化する学習手段とを備え、
前記学習ユニットは、複数個が直列に連結され、
前記複数の学習ユニットの各選択器は、画像処理の手順を示す選択信号に従って各関数処理回路に入力するデータを選択し、
前記学習手段は、各学習ユニットの選択器に割り当てる前記選択信号を学習により最適化する画像処理装置であって、
前記画像処理装置の学習手段により最適化された前記選択信号に従って画像処理を行わせると遅延処理の演算しか行わない学習ユニットがある場合には、当該学習ユニットによる演算処理を削除し、当該学習ユニットの処理下流側に遅延処理以外の演算を行う他の学習ユニットがある場合には当該他の学習ユニットの演算処理を上流側の学習ユニットに移して、遅延処理以外の演算を行う最下流の学習ユニットから出力される処理結果を出力することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a learning unit comprising an arithmetic unit in which function processing circuits are arranged in parallel and a selector for selecting data to be input to each function processing circuit
Learning means for optimizing the order of operations by the learning unit;
A plurality of the learning units are connected in series,
Each selector of the plurality of learning units selects data to be input to each function processing circuit according to a selection signal indicating an image processing procedure,
The learning means is an image processing apparatus that optimizes the selection signal to be assigned to a selector of each learning unit by learning ,
If there is a learning unit that performs only delay processing when image processing is performed according to the selection signal optimized by the learning means of the image processing apparatus, the arithmetic processing by the learning unit is deleted, and the learning unit If there is another learning unit that performs operations other than delay processing on the downstream side of the process, the operation processing of the other learning unit is transferred to the upstream learning unit, and the most downstream learning that performs operations other than delay processing The processing result output from the unit is output.

の発明は、関数処理回路が並列に配置された演算ユニットと前記各関数処理回路に入力するデータを選択する選択器とからなる学習ユニットと、
前記学習ユニットによる演算の順序を最適化する学習手段とを備え、
前記学習ユニットは、複数個が直列に連結され、
前記複数の学習ユニットの各選択器は、画像処理の手順を示す選択信号に従って各関数処理回路に入力するデータを選択し、
前記学習手段は、各学習ユニットの選択器に割り当てる前記選択信号を学習により最適化し
最適化された前記選択信号に基づいて画像処理を行う画像処理装置であって、
前記画像処理装置が前記選択信号に従って画像処理を行った場合に遅延処理の演算しか行わない学習ユニットに対応する演算処理があるときは、前記選択信号から当該演算処理に対応する信号部分を削除して選択信号を再構成し、再構成された選択信号に基づいて前記関数処理回路による画像処理回路を構築することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a learning unit comprising an arithmetic unit in which function processing circuits are arranged in parallel and a selector for selecting data to be input to each function processing circuit
Learning means for optimizing the order of operations by the learning unit;
A plurality of the learning units are connected in series,
Each selector of the plurality of learning units selects data to be input to each function processing circuit according to a selection signal indicating an image processing procedure,
The learning means optimizes the selection signal assigned to the selector of each learning unit by learning ,
An image processing apparatus that performs image processing based on the optimized selection signal,
When there is an arithmetic process corresponding to a learning unit that performs only a delay process when the image processing apparatus performs an image process according to the selection signal, the signal portion corresponding to the arithmetic process is deleted from the selection signal. The selection signal is reconstructed, and an image processing circuit by the function processing circuit is constructed based on the reconstructed selection signal.

第1の発明によれば、従来の画像処理装置のような画像フィルタの組み合わせではなく加算器のような単純な関数処理回路の組み合わせで構築された画像処理回路に対する画像処理手順を提供することができる。そのため、その手順に従えば、画像処理の種類が画像フィルタやその組み合わせに制限されずに思い通りの画像処理を行うことが可能な画像処理回路を構築することが可能となる。   According to the first invention, it is possible to provide an image processing procedure for an image processing circuit constructed by a combination of simple function processing circuits such as an adder instead of a combination of image filters as in the conventional image processing apparatus. it can. Therefore, according to the procedure, it is possible to construct an image processing circuit capable of performing desired image processing without being limited to the type of image processing or the combination thereof.

また、希望する画像処理を学習するために複数の教師画像に基づいて学習を行うことで、希望する画像処理をさらに精度良く行うことができる画像処理回路を構築するための画像処理手順を提供することが可能となる。   Also, an image processing procedure for constructing an image processing circuit capable of performing desired image processing with higher accuracy by performing learning based on a plurality of teacher images to learn desired image processing is provided. It becomes possible.

さらに、第1の発明に係る画像処理装置により出力される最適化された選択信号に従えば、処理プログラムによるソフトウエア処理と同等の画像処理をハードウエア処理で行ってクロック単位で演算処理を行うようにすることができるため、画像処理装置の画像処理速度を飛躍的に向上させることが可能となり、画像データをリアルタイムに処理することが可能となる。   Further, according to the optimized selection signal output from the image processing apparatus according to the first aspect of the invention, image processing equivalent to software processing by the processing program is performed by hardware processing and arithmetic processing is performed in units of clocks. As a result, the image processing speed of the image processing apparatus can be dramatically improved, and the image data can be processed in real time.

またの発明によれば、遺伝的アルゴリズムの手法に基づく学習により最適化された選択信号を得ることで、人為的に最適化された選択信号を構成する場合と比較して、効率良くかつより的確に最適化された選択信号を獲得することが可能となる。 According to the first invention, heritage to obtain an optimized selection signal by learning based on techniques of heat transfer algorithm, as compared with the case of configuring the artificially optimized selection signals efficiently In addition, it is possible to acquire a selection signal that is more accurately optimized.

さらにの発明によれば、選択信号の最適化において、遅延回路しか演算を行わない学習ユニットの数に基づいて評価値を算出し、そのような学習ユニットを多く含む選択信号に対してより良い評価を与えることで、最適化された選択信号には遅延回路しか行わない学習ユニットによる演算処理が多数含まれたものとなる。 According to a further first aspect of the invention, in the optimization of the selection No.択信, calculates an evaluation value based on the number of learning units only delay circuit does not perform an operation for selecting the signal containing a large amount of such a learning unit By giving a better evaluation, the optimized selection signal includes many arithmetic processes by a learning unit that performs only a delay circuit.

そのため、装置への実装の段階で、例えば、遅延回路しか演算を行わない学習ユニットによる演算処理を削除することで削除された学習ユニット分だけ処理時間をさらに短縮することが可能となり、処理速度をさらに向上させることが可能となる。また、削除された学習ユニット分だけ少ないリソースで画像処理回路を構成することが可能となる。   Therefore, at the stage of implementation in the device, for example, by deleting the arithmetic processing by the learning unit that performs only the delay circuit, the processing time can be further reduced by the deleted learning unit, and the processing speed can be reduced. Further improvement is possible. In addition, it is possible to configure an image processing circuit with fewer resources by the number of deleted learning units.

の発明によれば、遅延回路しか行わない学習ユニットによる演算処理が多数含まれた最適化された選択信号からそのような学習ユニットに対応する信号部分を削除して新たに最適化された選択信号を再構成することで、再構成された選択信号が実装された装置では、削除された学習ユニット分だけ処理時間をさらに短縮することが可能となり、処理速度をさらに向上させることが可能となる。また、削除された学習ユニット分だけ少ないリソースで画像処理回路を構成することが可能となる。このように第の発明では、前記第の発明の効果がより的確に発揮される。 According to the second invention, a signal portion corresponding to such a learning unit is deleted from the optimized selection signal including a large number of arithmetic processes by a learning unit that performs only a delay circuit and newly optimized. By reconfiguring the selection signal, it is possible to further shorten the processing time by the deleted learning unit and further improve the processing speed in the apparatus in which the reconfigured selection signal is mounted. Become. In addition, it is possible to configure an image processing circuit with fewer resources by the number of deleted learning units. Thus, in the second invention, the effects of the first invention are more accurately exhibited.

の発明によれば、画像処理装置において、遅延処理の演算しか行わない学習ユニットによる演算処理を削除し、当該学習ユニットの処理下流側で行われる遅延処理以外の演算を上流側に移すことで、前記各発明の効果が的確に発揮されるとともに、遅延処理の演算しか行わない学習ユニットの演算処理が削除される分だけ処理時間をさらに短縮し、処理速度を向上させることが可能となる。また、削除された学習ユニット分だけ少ないリソースで画像処理回路を構成することが可能となる。 According to the third invention, in the image processing device, the arithmetic processing by the learning unit that performs only the arithmetic processing of the delay processing is deleted, and the arithmetic processing other than the delay processing performed on the processing downstream side of the learning unit is moved to the upstream side. Thus, the effects of the above-described inventions can be exhibited accurately, and the processing time can be further shortened and the processing speed can be improved by the amount that the arithmetic processing of the learning unit that performs only the arithmetic processing of the delay processing is deleted. . In addition, it is possible to configure an image processing circuit with fewer resources by the number of deleted learning units.

の発明によれば、最適化された選択信号の中に存在する遅延処理の演算しか行わない学習ユニットに対応する演算処理の信号部分を削除して選択信号を再構成し、再構成された選択信号に基づいて組み立てられた関数処理回路によって画像処理を行うことで、前記削除された信号部分の分だけより少ないリソースで画像処理回路を構成することが可能となる。また、その分処理時間をさらに短縮することが可能となり、処理速度を向上させることが可能となる。 According to the fourth invention, reconfigure the selection signal by removing the signal portion of the calculation processing corresponding to the learning unit performs only operation of the delay processing present in the optimized selectivity signals, reconstruction By performing image processing using the function processing circuit assembled based on the selected signal, the image processing circuit can be configured with fewer resources than the deleted signal portion. In addition, the processing time can be further shortened accordingly, and the processing speed can be improved.

以下、本発明に係る画像処理装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of an image processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
第1の実施形態では、画像処理装置がFPGA(Field Programmable Gate Array)評価用ボード(ALTERA社製)上に構築される場合について述べるが、これに限定されない。
[First Embodiment]
In the first embodiment, a case where the image processing apparatus is built on an FPGA (Field Programmable Gate Array) evaluation board (manufactured by Altera) is described, but the present invention is not limited to this.

本実施形態に係る画像処理装置1は、画像処理の手順を自律的に学習する装置である。画像処理装置1は、図1に示すように、プロセッサ2と、シフトレジスタ3と、複数の学習ユニット4と、マルチプレクサ5と、学習手段6とを備えている。   The image processing apparatus 1 according to the present embodiment is an apparatus that autonomously learns image processing procedures. As shown in FIG. 1, the image processing apparatus 1 includes a processor 2, a shift register 3, a plurality of learning units 4, a multiplexer 5, and learning means 6.

本実施形態では、画像処理の対象となる画像データは、画像を構成する各画素の0〜255の256階調の輝度階調に補正された輝度値のデータであり、以下、個々の画素の輝度値のデータを画素データという。また、本実施形態では、画像のサイズが256×256画素であり、また、画像中の3×3画素を対象に画像処理を行う場合について説明する。   In this embodiment, the image data to be subjected to image processing is data of luminance values corrected to 256 gradations of 0 to 255 for each pixel constituting the image. The luminance value data is referred to as pixel data. In the present embodiment, a case where the image size is 256 × 256 pixels and image processing is performed on 3 × 3 pixels in the image will be described.

また、本実施形態では、画像のデータは、原画像の水平方向に延びる1画素幅のライン上を左端の画素から右方向に、かつ、最上端のラインから順次下方のラインに向かう順番で1画素ずつ入力され画像処理される場合について述べる。   In the present embodiment, the image data is 1 on the line of 1 pixel width extending in the horizontal direction of the original image in the order from the leftmost pixel to the right, and sequentially from the uppermost line to the lower line. A case will be described in which pixel-by-pixel input and image processing are performed.

プロセッサ2は、シフトレジスタ3や学習ユニット4、マルチプレクサ5にクロック信号CLKを送信してそれらをクロックに同期させて動作させるようになっている。また、各学習ユニット4とマルチプレクサ5に後述する学習手段6から送信されてくる選択信号SSを送信するようになっている。   The processor 2 transmits a clock signal CLK to the shift register 3, the learning unit 4, and the multiplexer 5, and operates them in synchronization with the clock. Further, a selection signal SS transmitted from learning means 6 described later is transmitted to each learning unit 4 and multiplexer 5.

シフトレジスタ3はラインバッファ機能を有し、少なくとも514個の画素データを一時保存できるようになっている。シフトレジスタ3には、図2(A)〜(C)に示すように、画素データがクロックごとに学習手段6から順次入力されるようになっており、シフトレジスタ3はこれらの画素データを順々にシフトさせるようになっている。なお、図2(A)〜(C)で、00、01、02はそれぞれ画像の第0行第0列目、第0行第1列目、第0行第2列目の画素データを表している。   The shift register 3 has a line buffer function and can temporarily store at least 514 pixel data. As shown in FIGS. 2A to 2C, pixel data is sequentially input from the learning means 6 to the shift register 3 every clock, and the shift register 3 sequentially inputs these pixel data. It is designed to shift each time. 2A to 2C, 00, 01, and 02 represent pixel data of the 0th row, the 0th column, the 0th row, the 1st column, and the 0th row, the 2nd column of the image, respectively. ing.

シフトレジスタ3は、先頭の画素データが図3に示すように513番地にシフトしたクロックタイミングで、256番地の画素データを中心に0、1、255、256、257、511、512、513の各番地の画素データとこのクロックタイミングで入力された画素データとの9個の画素データを学習ユニット4に送信するようになっている。   The shift register 3 has 0, 1, 255, 256, 257, 511, 512, and 513 centering on the pixel data at address 256 at the clock timing when the leading pixel data is shifted to address 513 as shown in FIG. Nine pixel data of the address pixel data and the pixel data input at this clock timing is transmitted to the learning unit 4.

また、シフトレジスタ3は、次のクロックタイミングでそれらの画素データをシフトさせるとともに、シフトされた前記番地の8個の画素データとこのクロックタイミングで入力された画素データとの9個の画素データを学習ユニット4に送信するようになっている。以下、この動作を繰り返す。   The shift register 3 shifts the pixel data at the next clock timing, and outputs the nine pixel data of the pixel data input at the clock timing and the pixel data input at the clock timing. The information is transmitted to the learning unit 4. Thereafter, this operation is repeated.

なお、256×256画素の画像中のn×n画素を対象に画像処理を行う場合には、図4に示すように、シフトレジスタ3は少なくとも257×(n−1)個の画素データを一時保存できる容量を有するものであることが望ましい。   When image processing is performed on n × n pixels in a 256 × 256 pixel image, the shift register 3 temporarily stores at least 257 × (n−1) pixel data as shown in FIG. It is desirable to have a capacity that can be stored.

学習ユニット4は、図5に示すように、関数処理回路F1〜F9が並列に配置された演算ユニット41と、演算ユニット41の各関数処理回路F1〜F9に入力する画像データを選択する選択器42とで構成されている。演算ユニット41の各関数処理回路F1〜F9および選択器42にはそれぞれプロセッサ2からのクロック信号CLKが入力されるようになっている。   As shown in FIG. 5, the learning unit 4 includes an arithmetic unit 41 in which function processing circuits F1 to F9 are arranged in parallel, and a selector that selects image data to be input to the function processing circuits F1 to F9 of the arithmetic unit 41. 42. A clock signal CLK from the processor 2 is input to each of the function processing circuits F1 to F9 and the selector 42 of the arithmetic unit 41.

演算ユニット41の関数処理回路Fには、2入力の加算器ADDRや減算器SUB、1入力の乗算器MULTや絶対値ABS、遅延回路DFF、含意素子IF_THEN等の単純な演算を行う関数処理回路が用いられている。   The function processing circuit F of the arithmetic unit 41 includes a function processing circuit that performs simple operations such as a 2-input adder ADDR, a subtractor SUB, a 1-input multiplier MULT, an absolute value ABS, a delay circuit DFF, and an implication element IF_THEN. Is used.

ここで、本実施形態では、乗算器MULTは入力されたデータを定数倍するものであり、その定数は学習手段6における学習で最適化されるようになっている。また、本実施形態では、定数は各学習ユニット4で同一の値とされているが、異なった値としてもよい。また、遅延回路DFFにはディレイフリップフロップ(Delay flip-flop)が用いられており、1クロックの遅延が行われるようになっている。さらに、本実施形態では、含意素子IF_THENは入力されるデータの値が255より大きい場合には255にするようになっている。   Here, in the present embodiment, the multiplier MULT multiplies the input data by a constant, and the constant is optimized by learning in the learning means 6. Moreover, in this embodiment, although the constant is made into the same value in each learning unit 4, it is good also as a different value. In addition, a delay flip-flop is used for the delay circuit DFF, and a delay of one clock is performed. Furthermore, in this embodiment, the implication element IF_THEN is set to 255 when the value of the input data is greater than 255.

以下、演算ユニット41の関数処理回路Fの構成例として、図6に示すように、加算器ADDRを4個、減算器SUB、乗算器MULT、絶対値ABS、遅延回路DFF、含意素子IF_THENをそれぞれ1個ずつの計9個の関数処理回路を組み合わせる場合について述べる。しかし、関数処理回路Fの構成はこれに限定されず、用いられる関数処理回路Fの種類や数は適宜設定される。また、学習ユニット4の数も適宜設定される。   Hereinafter, as a configuration example of the function processing circuit F of the arithmetic unit 41, as shown in FIG. 6, four adders ADDR, a subtractor SUB, a multiplier MULT, an absolute value ABS, a delay circuit DFF, and an implication element IF_THEN, respectively. A case will be described in which a total of nine function processing circuits are combined one by one. However, the configuration of the function processing circuit F is not limited to this, and the type and number of function processing circuits F to be used are set as appropriate. The number of learning units 4 is also set as appropriate.

選択器42には、学習手段6からプロセッサ2を経由して送信される選択信号SSが入力されるようになっている。また、本実施形態では、選択器42には、シフトレジスタ3や処理の上流側の学習ユニット4から9個のデータが入力され、2入力の4個の加算器ADDRおよび減算器SUBにそれぞれ2個ずつ、および1入力の乗算器MULT、絶対値ABS、遅延回路DFF、含意素子IF_THENにそれぞれ1個ずつデータを入力するために計14個のデータを出力するようになっている。   A selection signal SS transmitted from the learning means 6 via the processor 2 is input to the selector 42. In the present embodiment, the selector 42 receives nine pieces of data from the shift register 3 and the learning unit 4 on the upstream side of the process, and each of the two inputs has four adders ADDR and subtracter SUB. A total of 14 pieces of data are output in order to input data one by one to the multiplier MULT, the absolute value ABS, the delay circuit DFF, and the implication element IF_THEN.

選択器42の構造は、図6の円内に示される拡大図のように、1個の出力につきそれぞれ1個のマルチプレクサ様の素子が対応付けられており、素子により入力された9個のデータの中から1つのデータが選択されて出力され、対応する関数処理回路Fに入力されるようになっている。本実施形態では、選択器42には14個のマルチプレクサ様の素子が内蔵されている。   The selector 42 has a structure in which one multiplexer-like element is associated with each output, as shown in the enlarged view in the circle of FIG. One data is selected and output from among the data, and is input to the corresponding function processing circuit F. In the present embodiment, the selector 42 includes 14 multiplexer-like elements.

また、選択器42のそれぞれの素子は、学習手段6から送信される選択信号SSに従って対応する関数処理回路に入力するデータを選択し、或いは選択せずに関数処理回路にデータを入力しないようになっている。   Further, each element of the selector 42 selects data to be input to the corresponding function processing circuit according to the selection signal SS transmitted from the learning means 6, or does not input data to the function processing circuit without selection. It has become.

選択信号SSは、各学習ユニット4に画像処理の手順を示すための信号であり、本実施形態では、例えば図7に示すように、各学習ユニット4の選択器42の各素子およびマルチプレクサ5が選択すべき入力データ番号が列記された選択信号の列である。各学習ユニット4の選択器42は選択信号SSの中から自らが指定されている数値部分を読み出して、各素子に選択信号を予め割り当てるようになっている。なお、図7の選択信号SS中、−で示される数値部分は選択信号が割り当てられていないことを示しており、対応する素子からはデータが出力されない。   The selection signal SS is a signal for indicating the image processing procedure to each learning unit 4. In this embodiment, for example, as shown in FIG. 7, each element of the selector 42 and the multiplexer 5 of each learning unit 4 This is a selection signal column in which input data numbers to be selected are listed. The selector 42 of each learning unit 4 reads out a numerical value portion designated by itself from the selection signal SS, and assigns a selection signal to each element in advance. In the selection signal SS of FIG. 7, the numerical value part indicated by − indicates that the selection signal is not assigned, and no data is output from the corresponding element.

図7に示した選択信号SSの例では、選択信号SSが入力されると、学習ユニット4aの選択器42aは1番目の素子に0、2番目の素子に1、…、8番目の素子に8、11番目の素子に4をそれぞれ割り当て、学習ユニット4bの選択器42bは1番目の素子に0、…、4番目の素子に3、13番目の素子に6をそれぞれ割り当ててセットアップする。   In the example of the selection signal SS shown in FIG. 7, when the selection signal SS is input, the selector 42a of the learning unit 4a is 0 for the first element, 1 for the second element,. 4 is assigned to each of the 8th and 11th elements, and the selector 42b of the learning unit 4b sets up by assigning 0 to the first element,..., 3 to the fourth element, and 6 to the 13th element.

各素子は、図8に示すように、このようにして予め割り当てられた選択信号に従ってそれぞれの番号の入力データを選択して対応する関数処理回路Fにデータを送信するようになっている。このように、各学習ユニット4の選択器の各素子に選択信号が割り当てられることで、各学習ユニット4による画像処理の手順が決定される。   As shown in FIG. 8, each element selects the input data of each number in accordance with the selection signal assigned in advance in this way, and transmits the data to the corresponding function processing circuit F. As described above, the selection signal is assigned to each element of the selector of each learning unit 4, whereby the image processing procedure by each learning unit 4 is determined.

また、選択器42は、プロセッサ2から送信されるクロック信号CLKの立ち上がりに合わせて各素子からデータを出力させて対応する各関数処理回路Fにデータを同期させて入力し、演算ユニット41の各関数処理回路Fは、次のクロック信号CLKの立ち上がりで同時に演算を開始して演算後のデータを出力するようになっている。   Further, the selector 42 outputs data from each element in synchronization with the rising edge of the clock signal CLK transmitted from the processor 2 and inputs the data to each corresponding function processing circuit F in synchronization with each other. The function processing circuit F starts the calculation at the same time when the next clock signal CLK rises, and outputs the data after the calculation.

なお、図1に示した複数の学習ユニット4a〜4nは、すべて図5や図6に示した学習ユニット4と同一の構成を有している。そして、選択信号SSによって処理に供される関数処理回路Fが選択され、それぞれ異なる演算を行うようになっている。   Note that the plurality of learning units 4a to 4n shown in FIG. 1 all have the same configuration as the learning unit 4 shown in FIGS. Then, the function processing circuit F to be processed is selected by the selection signal SS, and different operations are performed.

マルチプレクサ5には、処理の最下流の学習ユニット4nからの出力データが入力されるようになっており、マルチプレクサ5は、学習手段6からプロセッサ2を経由して送信される選択信号SSに従って入力されたデータの中からデータを選択して出力するようになっている。   The multiplexer 5 receives output data from the most downstream learning unit 4n. The multiplexer 5 is input in accordance with a selection signal SS transmitted from the learning means 6 via the processor 2. The data is selected from the selected data and output.

学習手段6は、図1に示すように、学習ユニット4a〜4nの各選択器に割り当てる選択信号SSを予め学習により最適化し、最適化された選択信号SSsuitを出力するように構成されている。   As shown in FIG. 1, the learning means 6 is configured to optimize the selection signal SS assigned to each selector of the learning units 4 a to 4 n by learning in advance, and output the optimized selection signal SSsuit.

本実施形態では、学習は、遺伝的アルゴリズムの手法に基づいて行われるようになっており、学習手段6には、学習に用いられる図9に示すような原画像Dと教師画像としての画像処理により得られるべき図10に示すような目標画像Tが入力されるようになっている。また、評価値の算出の際に重み付けするための図11に示すような重み画像Wを入力しておくことも可能である。   In the present embodiment, learning is performed based on a genetic algorithm technique, and the learning means 6 includes an original image D used for learning and image processing as a teacher image as shown in FIG. A target image T as shown in FIG. 10 to be obtained is input. It is also possible to input a weighted image W as shown in FIG. 11 for weighting when calculating the evaluation value.

なお、目標画像Tおよび重み画像Wは原画像Dに基づいて予め作成される。図10に示した目標画像Tは、抽出領域EXに属する画素の輝度値は255に、非抽出領域NEに属する画素の輝度値は0になるように作成されている。また、図11に示した重み画像Wは、目標画像Tの抽出領域EXと非抽出領域NEに対応してそれぞれの領域で重みwがそれぞれの面積比の逆数の比になるように作成されるようになっている。   Note that the target image T and the weight image W are created in advance based on the original image D. The target image T shown in FIG. 10 is created so that the luminance value of the pixel belonging to the extraction area EX is 255 and the luminance value of the pixel belonging to the non-extraction area NE is 0. Further, the weight image W shown in FIG. 11 is created so that the weight w corresponds to the reciprocal of the area ratio in each region corresponding to the extraction region EX and the non-extraction region NE of the target image T. It is like that.

原画像D、目標画像Tおよび重み画像Wは学習手段6の図示しない記憶手段に保存されるようになっている。   The original image D, the target image T, and the weight image W are stored in a storage unit (not shown) of the learning unit 6.

一方、本実施形態に係る学習手段6では、まず、教師画像である目標画像T中の10画素等の所定個数の画素に対して学習を行い、その後、目標画像Tの全画素に対して学習を行うように構成されている。   On the other hand, in the learning means 6 according to the present embodiment, first, learning is performed on a predetermined number of pixels such as 10 pixels in the target image T that is a teacher image, and then learning is performed on all the pixels of the target image T. Is configured to do.

また、個体の評価を、出力画像Doutと目標画像Tとの各画素の輝度値の差のほか、出力画像Doutを得るために用いた関数処理回路の数や、遅延回路しか演算を行わない学習ユニットを除いた実質的な演算を行う学習ユニットの数に基づいて判断するように構成されている。   In addition, in addition to the difference in the luminance value of each pixel between the output image Dout and the target image T, the individual evaluation is learned by calculating only the number of function processing circuits used for obtaining the output image Dout and the delay circuit. The determination is made on the basis of the number of learning units that perform substantial calculation excluding the unit.

図12は、本実施形態に係る学習手段の構成を示すブロック図である。学習手段6は、初期個体生成手段61と、評価値算出手段62と、終了判定手段63と、親選択手段64と、交叉手段65と、突然変異手段66とを備えている。   FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the learning means according to this embodiment. The learning unit 6 includes an initial individual generation unit 61, an evaluation value calculation unit 62, an end determination unit 63, a parent selection unit 64, a crossover unit 65, and a mutation unit 66.

初期個体生成手段61は、学習開始指示に応じて、図7に示したような各学習ユニット4a〜4nの各選択器およびマルチプレクサ5に割り当てる選択信号SSの列を遺伝子とする個体をランダムに例えば100個体等の一定数生成させるようになっている。また、初期個体生成手段61は、各個体ごとに乗算器MULTで用いられる定数をランダムに生成させて選択信号SSのヘッダに書き込むようになっている。定数を各学習ユニット4a〜4nで個別に設定する場合には、各学習ユニット4a〜4nのそれぞれについて定数をランダムに生成させてヘッダに書き込む。   In response to the learning start instruction, the initial individual generating means 61 randomly selects an individual having, as a gene, a sequence of selection signals SS assigned to the selectors and multiplexers 5 of the learning units 4a to 4n as shown in FIG. A constant number such as 100 individuals is generated. The initial individual generating means 61 is configured to randomly generate a constant used by the multiplier MULT for each individual and write it in the header of the selection signal SS. When the constants are individually set in the learning units 4a to 4n, the constants are randomly generated for each of the learning units 4a to 4n and written in the header.

個体を生成し或いは交叉させ突然変異させる際には、意味のない個体が生じるような生成や交叉、突然変異を行わないように予め設定しておくことが好ましい。ここで、意味のない個体とは、その個体に含まれる選択信号SSに従うと、例えば、学習ユニット4の関数処理回路Fで演算されて出力されたデータが次の学習ユニット4での演算に用いられなかったり、学習ユニット4の関数処理回路Fからデータの出力がないにもかかわらずその関数処理回路Fからの出力を次の学習ユニット4の関数処理回路Fに入力するような個体である。また、最終の学習ユニット4nからの出力データをマルチプレクサ5が誤った選択をして出力しないような個体も意味のない個体とされる。   When an individual is generated or crossed to be mutated, it is preferably set in advance so as not to generate, cross over, or mutate so as to generate a meaningless individual. Here, the meaningless individual means that, for example, data calculated and output by the function processing circuit F of the learning unit 4 is used for calculation in the next learning unit 4 according to the selection signal SS included in the individual. The individual is not input or the data is not output from the function processing circuit F of the learning unit 4 but the output from the function processing circuit F is input to the function processing circuit F of the next learning unit 4. In addition, individuals whose output data from the final learning unit 4n is not selected and output by the multiplexer 5 are also meaningless individuals.

評価値算出手段62は、図13に示すように、入力された教師画像である目標画像Tの画像中から例えば10個の画素Pをランダムに選択する。また、図14に示すように、目標画像T中から選択された10個の画素Pのそれぞれについて、原画像D中から対応する位置の画素を抽出し、その画素およびその周囲の8画素の計9画素の画素データをそれぞれ画素データの組COMとして抽出するようになっている。なお、図13や図14では、画素が実際より大きく表現されている。また、10個の画素Pは各世代ごとにランダムに選択される。   As shown in FIG. 13, the evaluation value calculation means 62 randomly selects, for example, ten pixels P from the image of the target image T that is the input teacher image. Further, as shown in FIG. 14, for each of ten pixels P selected from the target image T, a pixel at a corresponding position is extracted from the original image D, and the total of the pixels and the surrounding eight pixels is extracted. The pixel data of 9 pixels are extracted as a set of pixel data COM. In FIG. 13 and FIG. 14, the pixels are expressed larger than actual. Ten pixels P are randomly selected for each generation.

評価値算出手段62は、続いて、初期個体生成手段61から送信されてきた全個体中の1つの個体について、それに含まれる選択信号SSをプロセッサ2を介して各学習ユニット4a〜4nに送信して各選択器42の各素子をセットアップする。また、各学習ユニット4a〜4nは、ヘッダから乗算器MULTの定数を読み出して、自らの演算ユニット41の乗算器MULTをセットアップする。   Subsequently, the evaluation value calculation unit 62 transmits a selection signal SS included in one individual among all the individuals transmitted from the initial individual generation unit 61 to each of the learning units 4a to 4n via the processor 2. Thus, each element of each selector 42 is set up. Each learning unit 4a to 4n reads the constant of the multiplier MULT from the header and sets up the multiplier MULT of its own arithmetic unit 41.

そして、評価値算出手段62は、前記画素データの組COMの9個の画素データをシフトレジスタ3を介さずに1組ずつ直接学習ユニット4aに入力する。学習ユニット4a〜4nでは9個の画素データの入力に対して演算が行われ、マルチプレクサ5から1つの画素画像Doutの画素データが出力されて評価値算出手段62に入力される。   Then, the evaluation value calculation means 62 directly inputs the nine pixel data of the pixel data set COM one by one to the learning unit 4a without going through the shift register 3. In the learning units 4 a to 4 n, calculation is performed on the input of nine pieces of pixel data, and pixel data of one pixel image Dout is output from the multiplexer 5 and input to the evaluation value calculation means 62.

評価値算出手段62は、このシミュレーション演算を組COMのすべてについて行い、その個体について、目標画像Tと出力画像Doutとの各画素の輝度値の差に基づく評価値Q1を下記(1)式に従って算出するようになっている。   The evaluation value calculation means 62 performs this simulation operation for all of the sets COM, and for each individual, the evaluation value Q1 based on the difference in luminance value of each pixel between the target image T and the output image Dout is obtained according to the following equation (1). It comes to calculate.

Figure 0004814679
Figure 0004814679

ここで、本実施形態では、前記(1)式のmは10であり、Tkはk番目の画素Pの輝度値、Doutkは対応するk番目の組COMに基づいて算出された出力画像Doutの画素の輝度値を表す。   Here, in the present embodiment, m in Equation (1) is 10, Tk is the luminance value of the kth pixel P, and Doutk is the output image Dout calculated based on the corresponding kth set COM. Represents the luminance value of a pixel.

なお、前述した重み画像Wを用いて下記(2)式に従って評価値Q1を重み付けして算出することも可能である。   Note that the evaluation value Q1 can also be weighted and calculated according to the following equation (2) using the above-described weighted image W.

Figure 0004814679
Figure 0004814679

ここで、Wkは、目標画像Tのk番目の画素Pに対応する重み画像W上の位置の画素の輝度値を表す。m、Tk、Doutkについては前記(1)式と同様である。   Here, Wk represents the luminance value of the pixel at the position on the weighted image W corresponding to the kth pixel P of the target image T. m, Tk, and Doutk are the same as in the above equation (1).

また、評価値算出手段62は、同時に、個体に含まれる選択信号SSから出力画像Doutを得るために用いた関数処理回路の数Mおよび遅延回路DFFしか演算を行わない学習ユニットの数Nを算出し、下記(3)式および(4)式に従って評価値Q2、Q3を算出するようになっている。なお、下記(3)式のFNは本実施形態における関数処理回路Fの総数を表し、下記(4)式のUNは本実施形態における学習ユニット4の総数を表す。   The evaluation value calculation means 62 simultaneously calculates the number M of function processing circuits used to obtain the output image Dout from the selection signal SS included in the individual, and the number N of learning units that perform only the delay circuit DFF. The evaluation values Q2 and Q3 are calculated according to the following formulas (3) and (4). Note that FN in the following equation (3) represents the total number of function processing circuits F in the present embodiment, and UN in the following equation (4) represents the total number of learning units 4 in the present embodiment.

Figure 0004814679
Figure 0004814679

なお、遅延回路DFFしか演算を行わない学習ユニットとは、例えば図15に示すような学習ユニットをいい、図8に示した学習ユニット4bのように遅延回路DFFの演算を行うが他の関数処理回路Fでも演算を行う学習ユニットは含まれない。また、遅延回路DFFを複数備える学習ユニットにおいて複数の遅延回路DFFで演算が行われ他の関数処理回路Fでは演算が行われないような学習ユニットは遅延回路DFFしか演算を行わない学習ユニットに含まれる。さらに、図8において、例えば学習ユニット4aでは遅延回路DFFしか演算を行わずその出力データに対して学習ユニット4bの加算器ADDRによる演算が行われるような場合には、学習ユニット4aが遅延回路DFFしか演算を行わない学習ユニットに含まれる。   Note that the learning unit that performs only the operation of the delay circuit DFF is, for example, a learning unit as shown in FIG. 15, and performs the operation of the delay circuit DFF as in the learning unit 4b shown in FIG. The circuit F does not include a learning unit that performs an operation. In addition, a learning unit in which a plurality of delay circuits DFF performs an operation in a learning unit including a plurality of delay circuits DFF and an operation is not performed in another function processing circuit F is included in a learning unit that performs an operation only on the delay circuit DFF. It is. Further, in FIG. 8, for example, in the case where the learning unit 4a only calculates the delay circuit DFF and the output data is subjected to the calculation by the adder ADDR of the learning unit 4b, the learning unit 4a is connected to the delay circuit DFF. It is included in the learning unit that only performs computations.

評価値算出手段62は、評価値Q2、Q3を評価値Q1とともにそれぞれ各個体に対応付けるようになっている。評価値算出手段62は、以上のようにして100個の個体すべてについて評価値Q1、Q2、Q3を算出するようになっている。   The evaluation value calculation means 62 associates the evaluation values Q2 and Q3 with each individual together with the evaluation value Q1. The evaluation value calculation means 62 calculates the evaluation values Q1, Q2, and Q3 for all 100 individuals as described above.

終了判定手段63は、評価値算出手段62から送信された各個体とメモリ67にエリート保存されている個体があればそれを含めてすべての個体の中で評価値Q1が目標評価値である1に達した個体がなければ、各個体を親選択手段64に送信するようになっている。   The end determination means 63 is an evaluation value Q1 that is the target evaluation value among all the individuals transmitted from the evaluation value calculation means 62 and the individuals stored in the memory 67 including any elite. If there is no individual that has reached, each individual is transmitted to the parent selection means 64.

親選択手段64は、各個体の中で評価値Q1が最も高い個体をエリート保存してメモリ67に隔離するとともに、その個体のコピーと残りの個体との中から評価値Q1に基づいてトーナメント選択により次世代に残すべき100個体の処理プログラムの選択およびそれらの処理プログラムの増殖を行うようになっている。なお、ルーレット選択や期待値選択、ランキング選択等の他の方法で親選択を行うことも可能である。   The parent selection means 64 elite-stores the individual having the highest evaluation value Q1 among the individuals and isolates it in the memory 67, and selects a tournament from the copy of the individual and the remaining individuals based on the evaluation value Q1. Thus, selection of 100 individual processing programs to be left in the next generation and multiplication of those processing programs are performed. It is also possible to perform parent selection by other methods such as roulette selection, expected value selection, ranking selection and the like.

交叉手段65では、親選択手段64で選択され増殖された親個体について2個体ずつ対にして、それぞれの個体対ごとにランダムに選ばれた交叉部分で所定の割合で互いに交叉させて、子個体を生成させるようになっている。また、突然変異手段66では、各個体ごとに所定の割合で選択信号SSの数値の変更や選択信号SSのヘッダ部分に書き込まれた乗算器MULTの定数の変更等が行われるようになっている。   The crossover means 65 makes two pairs of parent individuals selected and proliferated by the parent selection means 64 and crosses each other at a predetermined ratio at a crossover portion randomly selected for each individual pair. Is supposed to be generated. Further, in the mutation means 66, the numerical value of the selection signal SS is changed at a predetermined ratio for each individual, the constant of the multiplier MULT written in the header portion of the selection signal SS is changed, and the like. .

このようにして、評価値Q1が1の個体が現れるまで前記シミュレーション演算や世代交代が繰り返されるようになっている。   In this way, the simulation operation and the generation change are repeated until an individual having an evaluation value Q1 of 1 appears.

終了判定手段63は、評価値Q1が目標評価値である1の個体が現れると、評価値算出手段62に対して目標画像Tの画像中からランダムに選択する画素Pの数を100個に増やすように指示を出すようになっている。   When one individual whose evaluation value Q1 is the target evaluation value appears, the end determination unit 63 increases the number of pixels P selected at random from the target image T to 100 with respect to the evaluation value calculation unit 62. So that instructions are issued.

そのため、評価値算出手段62では、次世代からは、目標画像T中から選択された100個の画素Pのそれぞれについて、原画像D中から対応する位置の画素を抽出し、その画素およびその周囲の8画素の計9画素の画素データをそれぞれ画素データの組COMを100組抽出するようになっている。そして、その100組についてシミュレーション演算を行い、前記(1)式または(2)式中のnを100として各個体について評価値Q1を新たに算出するようになっている。   Therefore, in the evaluation value calculation means 62, from the next generation, for each of 100 pixels P selected from the target image T, a pixel at a corresponding position is extracted from the original image D, and the pixel and its surroundings are extracted. A total of 9 pixel data of 8 pixels is extracted, and 100 sets of pixel data sets COM are extracted. Then, a simulation calculation is performed on the 100 sets, and an evaluation value Q1 is newly calculated for each individual with n in the formula (1) or (2) set to 100.

このように、終了判定手段63は、評価値Q1が設定された目標評価値に達した個体が現れると、目標画像T中からランダムに選択する画素数を増やすように評価値算出手段62に指示を送るようになっている。画素数はこの後、例えば1000画素、10000画素のように増加され、最終的には原画像Dの全画素数である256×256=65536画素まで増加される。また、目標評価値は、例えば10画素では1、100画素では0.95、1000画素では0.9、10000画素では0.85のように徐々に小さい値が設定されるようになっている。   As described above, the end determination unit 63 instructs the evaluation value calculation unit 62 to increase the number of pixels to be randomly selected from the target image T when an individual that has reached the target evaluation value for which the evaluation value Q1 is set appears. Is supposed to send. Thereafter, the number of pixels is increased to, for example, 1000 pixels and 10,000 pixels, and finally increased to 256 × 256 = 65536 pixels, which is the total number of pixels of the original image D. The target evaluation value is gradually set to a small value, for example, 1 for 10 pixels, 0.95 for 100 pixels, 0.9 for 1000 pixels, and 0.85 for 10000 pixels.

なお、目標画像T中からランダムに選択する画素数を増やす基準を、例えば設定された世代数ごととすることも可能である。また、画素数が原画像Dの全画素数まで増加された段階で、評価値算出手段62は、原画像Dの水平方向に延びる1画素幅のライン上を左端の画素から右方向に、かつ、最上端のラインから順次下方のラインに向かう順番で1画素ずつ画素データをシフトレジスタ3に入力する。シフトレジスタ3からは9個の画素データが順次学習ユニット4aに入力される。   Note that the reference for increasing the number of pixels to be randomly selected from the target image T can be set for each set number of generations, for example. In addition, when the number of pixels is increased to the total number of pixels of the original image D, the evaluation value calculating unit 62 extends rightward from the leftmost pixel on the line of one pixel width extending in the horizontal direction of the original image D, and Pixel data is input to the shift register 3 pixel by pixel in order from the uppermost line to the lower line. Nine pixel data are sequentially input from the shift register 3 to the learning unit 4a.

一方、学習手段6は、終了判定手段63により評価値算出手段62におけるシミュレーション演算の範囲が原画像Dの全画素まで拡大され、評価値Q1が例えば0.8等に設定された目標評価値以上の個体が現れると、エリート保存の基準と終了判定の基準を変更するようになっている。   On the other hand, the learning means 6 expands the simulation calculation range in the evaluation value calculation means 62 to all the pixels of the original image D by the end determination means 63, and the evaluation value Q1 is equal to or higher than the target evaluation value set to 0.8 or the like When an individual appears, the criteria for elite preservation and the criteria for termination are changed.

具体的には、本実施形態では、親選択手段64は、メモリ67に保存されているエリート個体の評価値Q1、Q2、Q3のいずれに対してもそれらに等しいかそれらを上回る評価値Q1、Q2、Q3を有する個体が現れない限りエリートを更新しないようになっている。すなわち、評価値Q1がエリート以上の個体が現れても、その個体の評価値Q2或いは評価値Q3がエリートの評価値Q2或いは評価値Q3より小さければエリートとしないようになっている。   Specifically, in this embodiment, the parent selection means 64 has an evaluation value Q1, which is equal to or higher than any of the evaluation values Q1, Q2, Q3 of the elite individuals stored in the memory 67. The elite is not updated unless an individual having Q2 and Q3 appears. That is, even if an individual whose evaluation value Q1 is equal to or higher than the elite appears, if the evaluation value Q2 or the evaluation value Q3 of the individual is smaller than the evaluation value Q2 or the evaluation value Q3 of the elite, the individual is not regarded as elite.

また、終了判定手段63は、終了判定の基準を変更するようになっている。本実施形態では、終了判定手段63は、原画像Dの全画素に対するシミュレーション演算で評価値Q1が0.8以上の個体が現れた段階で、予め設定された最終的な目標評価値Qa、Qb、Qc以上の評価値Q1、Q2、Q3を有する個体が現れることを最終的な終了判定の基準として設定するようになっている。なお、この他にも、例えば、予め設定された世代数に達した時点で終了することを最終的な終了判定の基準として設定するように構成することも可能である。   Further, the end determination means 63 changes the reference for end determination. In the present embodiment, the end determination means 63, when an individual having an evaluation value Q1 of 0.8 or more appears in the simulation calculation for all the pixels of the original image D, the final target evaluation values Qa and Qb set in advance. , The appearance of an individual having an evaluation value Q1, Q2, Q3 equal to or higher than Qc is set as a reference for final termination determination. In addition to this, for example, it is also possible to configure so that the end when the number of generations set in advance is reached is set as a final end determination criterion.

終了判定手段63は、この最終的な終了判定基準が満たされたと判定すると、以上のルーチンを終了するようになっている。そして、終了判定手段63は、最終的な終了判定基準を満した個体からそれに含まれる選択信号SSを抽出し、選択信号SSに遅延処理の演算しか行わない学習ユニットによる演算処理に対応する信号部分があればその信号部分を選択信号SSから削除するようになっている。   When the end determination means 63 determines that the final end determination criterion is satisfied, the above routine is ended. Then, the end determination unit 63 extracts the selection signal SS included in the individual satisfying the final end determination criterion, and the signal portion corresponding to the calculation process by the learning unit that performs only the delay process calculation on the selection signal SS. If there is, the signal portion is deleted from the selection signal SS.

終了判定手段63は、このようにして再構成した選択信号SSを、各学習ユニット4a〜4nに割り当てるべき最適化された選択信号SSsuitとして出力するようになっている。   The end determination means 63 outputs the selection signal SS reconstructed in this way as an optimized selection signal SSsuit to be assigned to each learning unit 4a to 4n.

次に、本実施形態に係る画像処理装置1の作用について説明する。   Next, the operation of the image processing apparatus 1 according to this embodiment will be described.

本実施形態の画像処理装置1のプロセッサ2、シフトレジスタ3、学習ユニット4およびマルチプレクサ5の作用については前記構成で述べたとおりであるので説明を省略する。   Since the operations of the processor 2, the shift register 3, the learning unit 4, and the multiplexer 5 of the image processing apparatus 1 of the present embodiment are as described in the above configuration, the description thereof is omitted.

学習手段6は、まず、初期個体生成手段61が生成した個体の中から、前記(1)式または(2)式に従って算出される評価値Q1が低い個体すなわち教師画像である目標画像Tと出力画像Doutとの各画素の輝度値の差が大きい個体を淘汰するために、目標画像T上の限定された数の画素を対象として進化過程を進める。   First, the learning means 6 outputs the target image T, which is an individual having a low evaluation value Q1 calculated according to the expression (1) or (2), that is, a teacher image, from the individuals generated by the initial individual generation means 61. The evolution process is advanced for a limited number of pixels on the target image T in order to deceive an individual having a large difference in luminance value of each pixel from the image Dout.

このように少数の画素に限定して個体を進化させることで、目標画像T上の限定された数の画素を対象としても目標画像Tとの輝度値の差が大きい出力画像Doutしか出力できないような選択信号SSを有する個体が早急に淘汰される。   By evolving an individual limited to a small number of pixels in this way, only an output image Dout having a large difference in luminance value from the target image T can be output even for a limited number of pixels on the target image T. An individual having a correct selection signal SS is quickly deceived.

従って、終了判定手段63が評価値算出手段62におけるシミュレーション演算の範囲を原画像Dの全画素まで拡大する際には、既に目標画像Tとの距離が近い出力画像Doutを出力させ得る選択信号SSを含む個体が比較的多数存在する状態となり、最適解への収束の速度が向上する。   Therefore, when the end determination unit 63 expands the simulation calculation range in the evaluation value calculation unit 62 to all the pixels of the original image D, the selection signal SS that can output the output image Dout that is already close to the target image T. As a result, a relatively large number of individuals including, and the speed of convergence to the optimal solution is improved.

一方、学習手段6は、この時点で終了判定条件を切り替え、評価値Q1が例えば0.8等に設定された目標評価値以上の個体が現れた段階で、評価値Q1のみによる評価を離れて評価値Q2や評価値Q3をも考慮して最適解を探索するようになる。   On the other hand, the learning means 6 switches the end determination condition at this point, and leaves the evaluation based only on the evaluation value Q1 when an individual whose evaluation value Q1 is equal to or higher than the target evaluation value set to, for example, 0.8 appears. The optimum solution is searched in consideration of the evaluation value Q2 and the evaluation value Q3.

評価値Q2は、前記(3)式に示されるように、出力画像Doutを得るために用いた関数処理回路の数Mが少ないほど大きな値を取る。従って、評価値Q2が高い値であるということは、その個体に含まれる選択信号SSによれば、より少ないリソースすなわち関数処理回路で画像処理回路を構成することができることを意味する。   The evaluation value Q2 takes a larger value as the number M of function processing circuits used for obtaining the output image Dout is smaller, as shown in the equation (3). Therefore, a high evaluation value Q2 means that the image processing circuit can be configured with fewer resources, that is, a function processing circuit, according to the selection signal SS included in the individual.

また、評価値Q3は、前記(4)式に示されるように、遅延回路DFFしか演算を行わない学習ユニットの数Nが多いほど大きな値を取る。従って、評価値Q3が高い値であるということは、その個体に含まれる選択信号SSによれば、より多くの遅延回路DFFしか演算を行わない学習ユニットが含まれる画像処理回路が構成されることを意味する。   Further, as shown in the equation (4), the evaluation value Q3 takes a larger value as the number N of learning units that perform only the delay circuit DFF increases. Therefore, when the evaluation value Q3 is a high value, the selection signal SS included in the individual means that an image processing circuit including a learning unit that performs an operation only for more delay circuits DFF is configured. Means.

遅延回路DFFしか演算を行わない学習ユニットによる演算処理は、実装段階ではいわば省略してもよい演算処理である。また、学習ユニットの数が増えるほど遅延回路DFFしか演算を行わない学習ユニットの数も増える可能性が高くなり、省略できる演算処理の数も増える可能性が高くなる。   Arithmetic processing by the learning unit that performs computation only on the delay circuit DFF is an arithmetic processing that may be omitted in the implementation stage. Further, as the number of learning units increases, the number of learning units that perform only the delay circuit DFF increases, and the number of arithmetic processing that can be omitted increases.

そのため、本実施形態のように、最終的な終了判定基準を満たした選択信号SSからさらに遅延回路DFFしか演算を行わない学習ユニットに対応する信号部分を削除して新たに最適化された選択信号SSsuitを再構成することで、削除された学習ユニット分だけ処理時間が短縮され、処理速度が向上する。また、削除された学習ユニット分だけ少ないリソースで画像処理回路を構成することが可能となる。   Therefore, as in this embodiment, a selection signal newly optimized by deleting a signal portion corresponding to a learning unit that only performs an operation on the delay circuit DFF from the selection signal SS that satisfies the final termination determination criterion. By reconfiguring SSsuit, the processing time is reduced by the deleted learning units, and the processing speed is improved. In addition, it is possible to configure an image processing circuit with fewer resources by the number of deleted learning units.

前述したように、本実施形態では1個の学習ユニットの処理あたり選択器42と演算ユニット41の2クロックを要するから、結局、削除された学習ユニットの個数の2倍のクロック数分の処理時間の短縮と処理速度の向上を図ることができる。また、本実施形態では1個の学習ユニットあたり9個の関数処理回路が用いられているから、その分リソースを減らすことができる。   As described above, in this embodiment, two clocks of the selector 42 and the arithmetic unit 41 are required for processing of one learning unit, so that the processing time corresponding to the number of clocks twice the number of deleted learning units is the result. Can be shortened and the processing speed can be improved. Further, in the present embodiment, nine function processing circuits are used per learning unit, so that resources can be reduced accordingly.

評価値Q2、Q3はそれぞれ前記のような意味を持つものであり、本実施形態では、出力画像Doutと目標画像Tとの輝度値の差を小さくすることを前提としてリソースの低減と処理速度の向上との両方を達成することを目的として、前述したような厳しい最終的な終了判定の基準を設定した。しかし、リソースの数を減らすことを重視して評価値Q2が高い個体を新たなエリートとしたり、処理時間の短縮や処理速度を向上を優先ために評価値Q3が高い個体をエリートとして更新するように構成することも可能である。   The evaluation values Q2 and Q3 have the above-described meanings. In this embodiment, the reduction in resources and the processing speed are assumed on the assumption that the difference in luminance value between the output image Dout and the target image T is reduced. In order to achieve both improvement, the criteria for final final judgment as described above were set. However, an individual with a high evaluation value Q2 is regarded as a new elite with an emphasis on reducing the number of resources, or an individual with a high evaluation value Q3 is updated as an elite in order to give priority to shortening the processing time and improving the processing speed. It is also possible to configure.

以上のように、本実施形態に係る画像処理装置1によれば、まず、従来の画像処理装置のような画像フィルタの組み合わせではなく、加算器ADDRのような単純な関数処理回路Fの組み合わせで構築された画像処理回路に対する画像処理手順を提供することができるため、その手順に従えば、画像処理の種類が画像フィルタやその組み合わせに制限されず、思い通りの画像処理を行うことが可能な画像処理回路を構築することが可能となる。   As described above, according to the image processing apparatus 1 according to the present embodiment, first, not a combination of image filters as in the conventional image processing apparatus but a combination of a simple function processing circuit F such as an adder ADDR. Since an image processing procedure for the constructed image processing circuit can be provided, the image processing type is not limited to an image filter or a combination thereof according to the procedure, and an image that can be processed as desired A processing circuit can be constructed.

また、本実施形態では、教師画像として目標画像Tを1種類だけ与えて学習を行う場合について述べたが、希望する画像処理を学習するためにさらに複数の教師画像に基づいて学習を行うことで、希望する画像処理をさらに精度良く行うことができる画像処理回路を構築するための画像処理手順を提供することが可能となる。   In this embodiment, the case where learning is performed by giving only one type of target image T as a teacher image has been described. However, by learning based on a plurality of teacher images in order to learn desired image processing. Therefore, it is possible to provide an image processing procedure for constructing an image processing circuit capable of performing desired image processing with higher accuracy.

さらに、本実施形態に係る画像処理装置1により出力される最適化された選択信号SSsuitに従えば、処理プログラムによるソフトウエア処理と同等の画像処理をハードウエア処理で行ってクロック単位で演算処理を行うようにすることができるため、画像処理速度を飛躍的に向上させることが可能となり、画像データをリアルタイムに処理することが可能となる。   Furthermore, according to the optimized selection signal SSsuit output by the image processing apparatus 1 according to the present embodiment, image processing equivalent to software processing by the processing program is performed by hardware processing, and arithmetic processing is performed in units of clocks. Therefore, the image processing speed can be dramatically improved, and the image data can be processed in real time.

また、選択信号SSの最適化において、使用する関数処理回路Fの数が少ない選択信号に対してより良い評価を与えることで、出力される最適化された選択信号SSsuitをリソースの数を低減可能な選択信号として出力することが可能になる。   Further, in the optimization of the selection signal SS, it is possible to reduce the number of resources of the optimized selection signal SSsuit to be output by giving a better evaluation to the selection signal having a small number of function processing circuits F to be used. Can be output as a simple selection signal.

また、遅延回路DFFしか行わない学習ユニットは実装段階では省いてよい演算処理であるから、選択信号SSの最適化において、遅延回路DFFしか行わない学習ユニットを多く含む選択信号に対してより良い評価を与えることで、最終的な終了判定基準を満たした選択信号SSには遅延回路DFFしか行わない学習ユニットによる演算処理が多数含まれたものとなる。   In addition, since the learning unit that performs only the delay circuit DFF is an arithmetic process that can be omitted in the implementation stage, in the optimization of the selection signal SS, a better evaluation is performed on the selection signal that includes many learning units that perform only the delay circuit DFF. As a result, the selection signal SS satisfying the final termination criterion includes a large number of arithmetic processes by a learning unit that performs only the delay circuit DFF.

そのため、そのような選択信号SSから遅延回路DFFしか演算を行わない学習ユニットに対応する信号部分を削除して新たに最適化された選択信号SSsuitを再構成することで、削除された学習ユニット分だけ処理時間をさらに短縮することが可能となり、処理速度を向上させることが可能となる。また、削除された学習ユニット分だけ少ないリソースで画像処理回路を構成することが可能となる。   For this reason, by deleting the signal portion corresponding to the learning unit that performs only the delay circuit DFF from such a selection signal SS and reconfiguring the newly optimized selection signal SSsuit, Therefore, the processing time can be further shortened, and the processing speed can be improved. In addition, it is possible to configure an image processing circuit with fewer resources by the number of deleted learning units.

なお、学習手段6における遺伝的アルゴリズムを用いた学習において、個体の生成や交叉、突然変異の際に前述したような意味のない個体が生成等されないような制限を加えない場合には、学習ユニット4a〜4nに画素データを入力してもマルチプレクサ5からデータが出力されず、結果的に輝度値が0のデータが出力されたことと同じになる場合がある。   In the learning using the genetic algorithm in the learning means 6, the learning unit is not used in the case where the above-mentioned restriction is not made so that the meaningless individual is not generated at the time of generation, crossover, and mutation. Even if pixel data is input to 4a to 4n, the data is not output from the multiplexer 5, and as a result, data having a luminance value of 0 may be output.

このような場合に、教師画像である目標画像Tから任意に例えば10個の画素を選択してそれらがすべて輝度値0の画素であると、意味のない個体の評価値Q1が1という最高の評価を得てしまうため、目標画像Tから少数画素を選択して進化過程を進め意味があり評価値が高い個体を多数生き残らせて最適解への収束の速度を向上させるという目的が達成できなくなる。   In such a case, if, for example, 10 pixels are arbitrarily selected from the target image T, which is a teacher image, and all of them are pixels having a luminance value of 0, the evaluation value Q1 of the meaningless individual is the highest of 1 Since the evaluation is obtained, it is not possible to achieve the purpose of selecting a small number of pixels from the target image T and advancing the evolution process to survive a large number of individuals with meaningful and high evaluation values and improving the speed of convergence to the optimal solution. .

そのため、前記のような制限を設けずに目標画像Tから少数の画素を選択して進化過程を進める場合には、目標画像Tの輝度値が0でない画素の中から少数の画素を任意に選択して評価値Q1の算出を行うように構成することが好ましい。   Therefore, when selecting a small number of pixels from the target image T and proceeding with the evolution process without providing the above-mentioned restrictions, a small number of pixels are arbitrarily selected from pixels whose luminance value of the target image T is not 0. Thus, it is preferable that the evaluation value Q1 is calculated.

また、学習手段6の終了判定手段63において、選択信号SSから遅延処理の演算しか行わない学習ユニットによる演算処理に対応する信号部分の削除に加えて、さらに、余分な関数処理回路Fを削除するように構成すれば、より少ないリソースで画像処理回路を構成することが可能となる。   In addition, in the end determination unit 63 of the learning unit 6, in addition to the deletion of the signal portion corresponding to the calculation process by the learning unit that performs only the delay process calculation from the selection signal SS, the extra function processing circuit F is further deleted. With this configuration, it is possible to configure an image processing circuit with fewer resources.

具体的には、例えば、本実施形態のように1個の学習ユニットにつき4個の加算器ADDRを設けたが、最適化された選択信号SSsuitを解析して1個の学習ユニットにつき最大で3個の加算器ADDRしか使用していない場合には、選択信号SSsuitを3個の加算器ADDRを用いるように改変して新たな最適化された選択信号SSsuitとすることで、使用する加算器ADDRの数を低減させることが可能となる。   Specifically, for example, four adders ADDR are provided for each learning unit as in the present embodiment, but the optimized selection signal SSsuit is analyzed to obtain a maximum of 3 for each learning unit. When only the adder ADDR is used, the selection signal SSsuit is modified to use three adders ADDR to obtain a new optimized selection signal SSsuit, thereby using the adder ADDR to be used. Can be reduced.

さらに、本実施形態では、目標画像Tとして、抽出領域EXの画素の輝度値が255、非抽出領域NEの画素の輝度値が0の画像の場合を示したが、目標画像Tをこのような2値的な画像として作成する必要はなく、各画素が0〜255の輝度値を有する画像として作成することが可能である。   Further, in the present embodiment, the target image T is shown as an image in which the luminance value of the pixel in the extraction area EX is 255 and the luminance value of the pixel in the non-extraction area NE is 0. There is no need to create a binary image, and each pixel can be created as an image having a luminance value of 0 to 255.

また、本実施形態では、原画像Dすなわち学習ユニット4a〜4nの演算処理に入力される画像が1種類の画像である場合について述べたが、この他にも、例えば、2種類の画像を入力してその2種類の画像に対して加算や減算等を行うように構成することも可能である。   In the present embodiment, the case where the original image D, that is, the image input to the arithmetic processing of the learning units 4a to 4n is one type of image has been described, but in addition to this, for example, two types of images are input. It is also possible to configure such that addition or subtraction is performed on the two types of images.

例えば、2種類の画像を入力するように構成する場合には、本実施形態のシフトレジスタ3を2つ設け、2つのシフトレジスタから出力される18個の画素データを学習ユニット4aに入力するように構成する。また、学習ユニット4の演算ユニット41の関数処理回路Fを計18個備えるようにし、最終的に学習ユニット4nから出力される18個のデータから1個のデータをマルチプレクサ5で選択して出力するように構成する。   For example, when configured to input two types of images, two shift registers 3 of this embodiment are provided, and 18 pixel data output from the two shift registers are input to the learning unit 4a. Configure. Further, a total of 18 function processing circuits F of the arithmetic unit 41 of the learning unit 4 are provided, and one data is finally selected from the 18 data output from the learning unit 4n by the multiplexer 5 and output. Configure as follows.

[第2の実施の形態]
次に、前記第1の実施形態に係る画像処理装置1を改良した画像処理装置について説明する。第1の実施形態と同様の機能を奏する部材については同一の符号を付して説明する。
[Second Embodiment]
Next, an image processing apparatus obtained by improving the image processing apparatus 1 according to the first embodiment will be described. Members having the same functions as those of the first embodiment will be described with the same reference numerals.

第2の実施形態に係る画像処理装置10は、図16に示すように、基本的には第1の実施形態に示した画像処理装置1の構成と同様であるが、学習手段6での学習により得られた最適化された選択信号SSsuitがプロセッサ2に出力されるようになっていて、プロセッサ2から各学習ユニット4a〜4nに送られて各学習ユニット4a〜4nがセットアップされるようになっている。   As shown in FIG. 16, the image processing apparatus 10 according to the second embodiment is basically the same as the configuration of the image processing apparatus 1 shown in the first embodiment, but learning by the learning unit 6 is performed. The optimized selection signal SSsuit obtained by the above is output to the processor 2 and is sent from the processor 2 to the learning units 4a to 4n to set up the learning units 4a to 4n. ing.

また、シフトレジスタ3には、外部から画像データDinが入力されるようになっていて、マルチプレクサ5からの出力が出力データDoutとして外部に出力されるようになっている。さらに、各学習ユニット4a〜4nの出力がすべてマルチプレクサ5に入力されるように配線されている。   In addition, image data Din is input to the shift register 3 from the outside, and an output from the multiplexer 5 is output to the outside as output data Dout. Furthermore, the outputs of the learning units 4 a to 4 n are wired so as to be input to the multiplexer 5.

また、プロセッサ2は、学習手段6から送信されてきた最適化された選択信号SSsuitをチェックして、選択信号SSsuitの中に遅延処理の演算しか行わない学習ユニットによる演算処理に対応する信号部分があればその信号部分を選択信号SSから削除して、最適化された選択信号SSsuitを再構成するようになっている。   Further, the processor 2 checks the optimized selection signal SSsuit transmitted from the learning means 6, and the signal portion corresponding to the arithmetic processing by the learning unit that performs only the arithmetic processing of the delay processing is included in the selection signal SSsuit. If there is, the signal portion is deleted from the selection signal SS, and the optimized selection signal SSsuit is reconstructed.

なお、学習手段6による学習は画像処理装置10の稼動開始前に行われ、画像処理装置10の実稼動中には学習手段6の動作は停止されるようになっている。   The learning by the learning means 6 is performed before the operation of the image processing apparatus 10 is started, and the operation of the learning means 6 is stopped during the actual operation of the image processing apparatus 10.

このように最適化された選択信号SSsuitを再構成することで、遅延処理の演算しか行わない学習ユニットによる演算処理を削除し、その学習ユニットの処理下流側に遅延処理以外の演算処理を行う他の学習ユニットがある場合には当該他の学習ユニットの演算処理を上流側の学習ユニットに移すことが可能となる。   By reconfiguring the optimized selection signal SSsuit in this way, the arithmetic processing by the learning unit that performs only the arithmetic processing of the delay processing is deleted, and the arithmetic processing other than the delay processing is performed downstream of the processing of the learning unit When there is a learning unit, the computation processing of the other learning unit can be transferred to the upstream learning unit.

そして、遅延処理以外の演算を行う最下流の学習ユニットから出力される処理結果がマルチプレクサ5に送信され、マルチプレクサ5がその学習ユニットからの出力を選択することで出力データDoutが出力される。   Then, the processing result output from the most downstream learning unit that performs operations other than the delay processing is transmitted to the multiplexer 5, and the multiplexer 5 selects the output from the learning unit to output the output data Dout.

以上のように、本実施形態に係る画像処理装置10によれば、前記第1の実施形態で述べた画像処理装置1の効果と同様の効果が有効に発揮され、画像データDinをリアルタイムに画像処理することが可能となる。   As described above, according to the image processing apparatus 10 according to the present embodiment, the same effect as the effect of the image processing apparatus 1 described in the first embodiment is effectively exhibited, and the image data Din is imaged in real time. It becomes possible to process.

特に、再構成された最適化された選択信号SSsuitにより、遅延処理の演算しか行わない学習ユニットの演算処理を削除して、その処理下流側で行われる遅延処理以外の演算処理をより上流側の学習ユニットで行うことが可能となる。また、遅延処理の演算しか行わない学習ユニットの演算処理を削除して、その出力を直接マルチプレクサ5に入力させることができる。   In particular, the reconstructed optimized selection signal SSsuit deletes the arithmetic processing of the learning unit that only performs the arithmetic processing of the delay processing, and the arithmetic processing other than the delay processing performed on the downstream side of the processing is performed on the upstream side. This can be done with the learning unit. Further, it is possible to delete the arithmetic processing of the learning unit that performs only the arithmetic processing of the delay processing and to directly input the output to the multiplexer 5.

そのため、遅延処理の演算しか行わない学習ユニットの演算処理が削除される分だけ処理時間をさらに短縮することが可能となり、処理速度を向上させることが可能となる。また、削除された学習ユニット分だけ少ないリソースで画像処理回路を構成することが可能となる。   Therefore, the processing time can be further shortened by the amount that the arithmetic processing of the learning unit that performs only the arithmetic processing of the delay processing is deleted, and the processing speed can be improved. In addition, it is possible to configure an image processing circuit with fewer resources by the number of deleted learning units.

また、本実施形態に係る画像処理装置10では、学習手段6の構成がそのまま残されているため、学習手段6で初期個体を新たに生成して別の教師画像に基づいて学習を行って最適化された選択信号SSsuitを得ることで既に学習された画像処理とは異なる種類の画像処理を行うことが可能となり、新たな画像処理の機能を獲得することが可能となる。   Further, in the image processing apparatus 10 according to the present embodiment, the configuration of the learning unit 6 remains as it is, so that an initial individual is newly generated by the learning unit 6 and learning is performed based on another teacher image. By obtaining the selected selection signal SSsuit, it is possible to perform a different type of image processing from the already learned image processing, and to acquire a new image processing function.

なお、本実施形態に係る画像処理装置10を、最初に学習された画像処理に専用の装置とする場合には、遅延処理以外の演算処理を行う最終の学習ユニットからの出力のみをマルチプレクサ5に入力するように配線することができる。   When the image processing apparatus 10 according to the present embodiment is an apparatus dedicated to the first learned image processing, only the output from the final learning unit that performs arithmetic processing other than the delay processing is supplied to the multiplexer 5. Can be wired to input.

[第3の実施の形態]
次に、前記第1の実施形態に係る画像処理装置1の改良型として、最適化された選択信号SSsuitを用いて画像処理を行う画像処理装置について説明する。
[Third Embodiment]
Next, as an improved version of the image processing apparatus 1 according to the first embodiment, an image processing apparatus that performs image processing using the optimized selection signal SSsuit will be described.

第3の実施形態に係る画像処理装置では、各関数処理回路Fを図1に示した学習ユニットのように構成しない場合もある。しかし、その場合でも、最適化された選択信号SSsuitの中に遅延処理の演算しか行わない学習ユニットによる演算処理に対応する信号部分があるときは、その信号部分を選択信号SSsuitから削除して最適化された選択信号SSsuitを再構成したうえで、再構成された選択信号SSsuitに基づいて加算器ADDRや減算器SUB、乗算器MULT、絶対値ABS、遅延回路DFF、含意素子IF_THEN等を接続して関数処理回路による画像処理回路を構築する。   In the image processing apparatus according to the third embodiment, each function processing circuit F may not be configured as the learning unit shown in FIG. However, even in this case, if there is a signal portion corresponding to the arithmetic processing by the learning unit that performs only the delay processing in the optimized selection signal SSsuit, the signal portion is deleted from the selection signal SSsuit and optimized. After reconfiguring the selected selection signal SSsuit, the adder ADDR, subtractor SUB, multiplier MULT, absolute value ABS, delay circuit DFF, implication element IF_THEN, etc. are connected based on the reconfigured selection signal SSsuit. An image processing circuit using a function processing circuit is constructed.

このように再構成された最適化された選択信号SSsuitに基づいて画像処理回路を構築することで、本実施形態に係る画像処理装置では、前記第1の実施形態で述べた画像処理装置1の効果と同様の効果が有効に発揮され、画像データをリアルタイムに画像処理することが可能となる。   By constructing an image processing circuit based on the optimized selection signal SSsuit reconstructed in this way, the image processing apparatus according to the present embodiment has the image processing apparatus 1 described in the first embodiment. The effect similar to the effect is effectively exhibited, and the image data can be processed in real time.

また、最適化された選択信号SSsuitの中の遅延処理の演算しか行わない学習ユニットによる演算処理に対応する信号部分を削除して画像処理回路を構築できるので、その分処理時間をさらに短縮することが可能となり、処理速度を向上させることが可能となる。また、削除された学習ユニットに対応する分だけ少ないリソースで画像処理回路を構成することが可能となる。   In addition, the image processing circuit can be constructed by deleting the signal portion corresponding to the arithmetic processing by the learning unit that performs only the arithmetic processing of the delay processing in the optimized selection signal SSsuit, so that the processing time can be further reduced accordingly. Thus, the processing speed can be improved. In addition, an image processing circuit can be configured with fewer resources corresponding to the deleted learning unit.

さらに、最適化された選択信号SSsuitに基づいてデータの演算処理に関与しない関数処理回路を省いて画像処理回路を構築することができるため、さらに少ないリソースで画像処理回路を構成することが可能となる。   Furthermore, since it is possible to construct an image processing circuit based on the optimized selection signal SSsuit without a function processing circuit that is not involved in data processing, it is possible to configure the image processing circuit with fewer resources. Become.

第1実施形態に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to a first embodiment. シフトレジスタ内での画素データのシフトを説明する図である。It is a figure explaining the shift of the pixel data in a shift register. 演算処理の対象となる3×3画素の画素データのシフトレジスタ内での番地を示す図である。It is a figure which shows the address in the shift register of the pixel data of 3x3 pixel used as the object of arithmetic processing. n×n画素の画素データのシフトレジスタ内での保存位置を示す図である。It is a figure which shows the preservation | save position in the shift register of the pixel data of nxn pixel. 学習ユニットの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a learning unit. 本実施形態における学習ユニットの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the learning unit in this embodiment. 選択信号の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a selection signal. 図7の選択信号が割り当てられた学習ユニットにおけるデータ処理の流れを説明する図である。It is a figure explaining the flow of the data processing in the learning unit to which the selection signal of FIG. 7 was allocated. 本実施形態で用いられる原画像を示す図である。It is a figure which shows the original image used by this embodiment. 本実施形態で用いられる目標画像を示す図である。It is a figure which shows the target image used by this embodiment. 重み画像を示す図である。It is a figure which shows a weight image. 学習手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a learning means. 目標画像中から選択された画素を表す図である。It is a figure showing the pixel selected from the target image. 図13の画素に対応する原画像中の画素位置に抽出された画素の組を表す図である。It is a figure showing the group of the pixel extracted by the pixel position in the original image corresponding to the pixel of FIG. 遅延回路しか演算を行わない学習ユニットの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the learning unit which calculates only a delay circuit. 第2実施形態に係る画像処理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 image processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 画像フィルタを木構造状に組み合わせた処理プログラムを表す図である。It is a figure showing the processing program which combined the image filter in the tree structure form.

符号の説明Explanation of symbols

1、10 画像処理装置
4 学習ユニット
41 演算ユニット
42 選択器
6 学習手段
F 関数処理回路
DFF 遅延回路
SS 選択信号
SSsuit 最適化された選択信号
CLK クロック信号
T 目標画像
Dout 出力画像
Q1、Q2、Q3 評価値
M 関数処理回路の数
N 遅延回路しか演算を行わない学習ユニットの数
P 教師画像中から選択された画素
1, 10 Image processing device 4 Learning unit 41 Arithmetic unit 42 Selector 6 Learning means F Function processing circuit
DFF delay circuit SS selection signal SSsuit optimized selection signal CLK clock signal T target image Dout output images Q1, Q2, and Q3 evaluation value M number of function processing circuits N number of learning units that perform only the delay circuit P teacher image Pixel selected from

Claims (4)

関数処理回路が並列に配置された演算ユニットと前記各関数処理回路に入力するデータを選択する選択器とからなる学習ユニットと、
前記学習ユニットによる演算の順序を最適化する学習手段とを備え、
前記学習ユニットは、複数個が直列に連結され、
前記複数の学習ユニットの各選択器は、画像処理の手順を示す選択信号に従って各関数処理回路に入力するデータを選択し、
前記学習手段は、各学習ユニットの選択器に割り当てる前記選択信号を学習により最適化し、当該学習として各学習ユニットの選択器に割り当てる前記選択信号の列を遺伝子とし、画像処理により得られるべき目標画像を教師画像として遺伝的アルゴリズムの手法に基づいて学習を行い、
前記関数処理回路は、入力されたデータを1クロック分遅延させる機能を有する遅延回路を含み、
前記学習手段は、前記学習において、前記遅延回路しか演算を行わない学習ユニットの数に基づいて評価値を算出することを特徴とする画像処理装置。
A learning unit comprising an arithmetic unit in which function processing circuits are arranged in parallel and a selector for selecting data to be input to each function processing circuit;
Learning means for optimizing the order of operations by the learning unit;
A plurality of the learning units are connected in series,
Each selector of the plurality of learning units selects data to be input to each function processing circuit according to a selection signal indicating an image processing procedure,
The learning means optimizes the selection signal to be assigned to the selector of each learning unit by learning, uses the sequence of the selection signal to be assigned to the selector of each learning unit as the learning as a gene, and a target to be obtained by image processing Learning based on the method of genetic algorithm with images as teacher images,
The function processing circuit includes a delay circuit having a function of delaying input data by one clock,
The image processing apparatus , wherein the learning unit calculates an evaluation value based on the number of learning units that perform only the delay circuit in the learning .
前記学習手段は、算出した最適化された前記選択信号から前記遅延処理の演算しか行わない学習ユニットによる演算処理に対応する信号部分を削除して新たに最適化された選択信号を再構成して出力することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。The learning means reconfigures a newly optimized selection signal by deleting a signal portion corresponding to the calculation processing by the learning unit that performs only the calculation of the delay processing from the calculated optimized selection signal. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus outputs the image. 関数処理回路が並列に配置された演算ユニットと前記各関数処理回路に入力するデータを選択する選択器とからなる学習ユニットと、A learning unit comprising an arithmetic unit in which function processing circuits are arranged in parallel and a selector for selecting data to be input to each function processing circuit;
前記学習ユニットによる演算の順序を最適化する学習手段とを備え、Learning means for optimizing the order of operations by the learning unit;
前記学習ユニットは、複数個が直列に連結され、A plurality of the learning units are connected in series,
前記複数の学習ユニットの各選択器は、画像処理の手順を示す選択信号に従って各関数処理回路に入力するデータを選択し、Each selector of the plurality of learning units selects data to be input to each function processing circuit according to a selection signal indicating an image processing procedure,
前記学習手段は、各学習ユニットの選択器に割り当てる前記選択信号を学習により最適化する画像処理装置であって、The learning means is an image processing apparatus that optimizes the selection signal to be assigned to a selector of each learning unit by learning,
前記画像処理装置の学習手段により最適化された前記選択信号に従って画像処理を行わせると遅延処理の演算しか行わない学習ユニットがある場合には、当該学習ユニットによる演算処理を削除し、当該学習ユニットの処理下流側に遅延処理以外の演算を行う他の学習ユニットがある場合には当該他の学習ユニットの演算処理を上流側の学習ユニットに移して、遅延処理以外の演算を行う最下流の学習ユニットから出力される処理結果を出力することを特徴とする画像処理装置。If there is a learning unit that performs only delay processing when image processing is performed according to the selection signal optimized by the learning means of the image processing apparatus, the arithmetic processing by the learning unit is deleted, and the learning unit If there is another learning unit that performs operations other than delay processing on the downstream side of the process, the operation processing of the other learning unit is transferred to the upstream learning unit, and the most downstream learning that performs operations other than delay processing An image processing apparatus that outputs a processing result output from a unit.
関数処理回路が並列に配置された演算ユニットと前記各関数処理回路に入力するデータを選択する選択器とからなる学習ユニットと、
前記学習ユニットによる演算の順序を最適化する学習手段とを備え、
前記学習ユニットは、複数個が直列に連結され、
前記複数の学習ユニットの各選択器は、画像処理の手順を示す選択信号に従って各関数処理回路に入力するデータを選択し、
前記学習手段は、各学習ユニットの選択器に割り当てる前記選択信号を学習により最適化し
最適化された前記選択信号に基づいて画像処理を行う画像処理装置であって、
前記画像処理装置が前記選択信号に従って画像処理を行った場合に遅延処理の演算しか行わない学習ユニットに対応する演算処理があるときは、前記選択信号から当該演算処理に対応する信号部分を削除して選択信号を再構成し、再構成された選択信号に基づいて前記関数処理回路による画像処理回路を構築することを特徴とする画像処理装置。
A learning unit comprising an arithmetic unit in which function processing circuits are arranged in parallel and a selector for selecting data to be input to each function processing circuit;
Learning means for optimizing the order of operations by the learning unit;
A plurality of the learning units are connected in series,
Each selector of the plurality of learning units selects data to be input to each function processing circuit according to a selection signal indicating an image processing procedure,
The learning means optimizes the selection signal assigned to the selector of each learning unit by learning ,
An image processing apparatus that performs image processing based on the optimized selection signal,
When there is an arithmetic process corresponding to a learning unit that performs only a delay process when the image processing apparatus performs an image process according to the selection signal, the signal portion corresponding to the arithmetic process is deleted from the selection signal. An image processing apparatus comprising: reconfiguring a selection signal; and constructing an image processing circuit based on the function processing circuit based on the reconfigured selection signal.
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