JP5172749B2 - 信号探索装置、信号探索方法及びプログラム - Google Patents
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Description
また、特許文献2では、2つの窓間の類似度を用いた特徴抽出処理に関して、窓を移動しても類似度が急激に変化しない性質を利用して、その類似度を算出した窓の位置の周辺において、類似度が予め与えられた閾値θを明らかに下回らない位置での照合処理を省略することによって特徴抽出処理を高速化した。
本実施例の信号探索装置について図3に基づいて説明する。図3は本実施例に係る信号探索装置の構成図である。
図1a〜hは、本実施例に係る信号探索装置において、画像のエッジ検出で用いる第1の探索窓と第2の探索窓である。
図5は、探索窓を多少縮小してもエッジを検出しないことが明らかな例を説明するための図である。
図6は、本実施例において、探索窓の縮小率の算出方法を説明する図である。
L1’=(L1/2−(1−α2)/2)/(α2/2)
=(L1−1+α2)/α2
L2’=L2/α2
D’=L1’−L2’
=(L1−L2−1+α2)/α2
=(D−1+α2)/α2
D’>θを解くと以下の関係を導ける。
α2>(1−D)/(1−θ) ・・・(1)
縮小率αが、式1の範囲内であれば、エッジを検出し得ない。
β(i+1)=β(i)×α
=β(i)×√((1−Dmin)/(1−θ))・・・(2)
以上の処理を繰り返して探索窓の大きさがβ(i)≦βminになるまで繰り返す。
図8は、探索窓の伸縮率を固定幅ずつ変化させながら探索する従来方法を示す。
図9に本実施例によって伸縮率を可変に変化させながら探索する様子を示す。
また、本発明は上記実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
L1”=L1/α2
L2”=(L2/2+(α2−1)/2)/(α2/2)
=(L2+α2−1)/α2
D”=L1”−L2”
=(L1−L2−α2+1)/α2
=(D−α2+1)/α2
D”>θを解くと以下の関係を導ける。
α2<(1+D)/(1+θ) ・・・(3)
拡大率αが、式3の範囲内であれば、エッジを検出し得ない。
(1−D)/(1−θ)<α2<(1+D)/(1+θ) ・・・(4)
縮小及び拡大を含めて、伸縮率αがこの範囲内であれば、エッジを検出し得ない。
変更例2について説明する。
変更例3について説明する。
S’=(S−(1−α2)/2)/α2
=(S−1+α2)/α2
S’<θを解くと以下の式5を導ける。
α2>(1−2S)/(1−2θ) ・・・(5)
一方、各探索窓w1、w2を拡大する場合は、拡大した各探索窓w1”、w2”によってはみ出した全ての領域が類似度増加に寄与しない場合にSが最も減少する。拡大率をαとすると、拡大後の類似度S”は以下の式で表せる。
S”=(S−(α2−1)/2)/α2
S”<θを解くと以下の式6を導ける。
α2<(1+2S)/(1+2θ) ・・・(6)
式5と式6をまとめると以下の式7のようになる。
(1−2S)/(1−2θ)<α2<(1+2S)/(1+2θ)
・・・(7)
両探索窓の伸縮率αが式7を満たす範囲内であればエッジを検出し得ない。
実施例1では、縮小時には伸縮率の下限、拡大時には伸縮率の上限のみを用いて信号探索処理を高速化した。この変更例4では、その両方を用いて信号探索処理を高速化する。実施例1と同様に、探索窓W(i)をα倍して探索窓W(i+1)に縮小する場合を説明する。但し、探索窓W(i)は探索窓w1と探索窓w2の組を表し、α<1とする。
α2>(1−D)/(1−θ) ・・・(7−1)
一方、探索窓W(i+1)’の輝度差分値を仮に予測輝度差分値D’とすると、探索窓W(i+1)’から見た伸縮率の上限は式3より以下の式7−2のように表せる。
αp2<(1+D’)/(1+θ) ・・・(7−2)
探索窓W(i)から見た探索窓の最小の大きさをβ(i)’とすると、β(i)’=β(i)×αと表せる。探索窓W(i+1)から見た探索窓の最大の大きさをβ”(i)とすると、β(i)”=β(i+1)/αpと表せる。β(i)<β(i)”ならば探索を省略できる伸縮の区間が連続する。この式を解くと以下の式7−3を導ける。
β(i+1)’<β(i)×α/αp
=β(i)×√((1−D)(1+θ)/(1+D’)(1−θ))
・・・(7−3)
式7−1は伸縮率の下限を利用した範囲であり、式7−2は伸縮率の上限を利用した範囲である。式7−3はこれらの両方を利用できるため、実施例1のように伸縮率の下限のみ利用したり、実施例1の変更例1のように伸縮率の上限のみ利用したりするのと比較すると、スキップできる伸縮率の範囲が広い。但し、探索窓W(i+1)’の大きさβ(i+1)’は式7−3を満たすものを選ぶ必要がある。
β(i+1)=Cp×β(i+1)’
=Cp×β(i)×√((1−D)(1+θ)/(1+D’)(1−θ)) ・・・(7−4)
次に、検出器102が、探索窓W(i)を実際にβ(i+1)に縮小した探索窓W(i+1)を用いてエッジを探索し、類似度選択部103に実際の最小輝度差分値Daを記憶する。この際に結果出力部108が出力する結果には未決定のマークを付けておく。
β(i+1)>β(i+1)’ ・・・(7−5)
式7−5を満たす場合は、結果出力部108が出力した未決定のマークを付けられた出力結果に決定のマークを付けて有効な結果とし、探索を進める。
β(i+1)’>β(i)×√((1+D’)(1−θ)/(1−D)(1+θ))
・・・(7−6)
を満たすまでバックトラックを繰り返す。
変更例5について説明する。
複雑な場合の探索窓の第1の変形例について図10に基づいて説明する。
複雑な場合の探索窓の第2の変形例について図11に基づいて説明する。
そのため、特徴量に平均輝度を用いる場合は、輝度の平均値を算出する段階で単位面積当たりの値に換算する。これにより、両探索窓の面積が異なっても実施例1と同じ式を用いて伸縮率を算出できる。
一方、特徴量にヒストグラム重なり率を用いる場合は、実施例1と式が異なる。両探索窓w1、w2の面積の比率がγとする。両探索窓w1、w2を縮小する場合に、縮小前後の類似度をS、S’とする。縮小された両探索窓w1’、w2’から探索窓の範囲外となった全ての領域が類似度増加に寄与する場合にSが最も減少する。縮小率をα、ε=min(γ,1−γ)/max(γ,1−γ)、min(・)は最小値を出力する関数、max(・)は最大値を出力する関数とすると、S’は以下の式で表せる。
S’=(S−(1−α2)/ε)/α2
=(εS−1+α2)/εα2
但し、両探索窓w1、w2の領域間の面積が異なるため、類似度は最大でもεであり、0≦S≦ε、0≦S’≦εである。
S’>(1−εS)/(1−εθ) ・・・(8)
但し、0≦θ≦εである。
S”=S/α2
S”<θを解くと以下の式9を導ける。
α2<S/θ ・・・(9)
式8と式9をまとめると以下のようになる。
(1−εS)/(1−εθ)<α2<S/θ ・・・(10)
(11−3)探索窓の第3の変形例
複雑な場合の探索窓の第3の変形例について図12に基づいて説明する。
上記実施例では、伸縮率算出部104が、繰り返し制御部を兼ねていたが、これに限らず、別体で設けてもよい。
まず、信号入力部101には、映像としてグレースケール画像列が入力される。
L1’=(L1−1+α)/α
L2’=L2/α
D’=L1’−L2’のため、D’は以下の式で表せる。
D’=(L1−L2−1+α)/α
D’>θを解くと以下の式11の関係を導ける。
α>(1−L1+L2)/(1−θ) ・・・(11)
(2)拡大の処理
以上では、両探索窓w1、w2を縮小したが、各探索窓w1、w2を拡大しても拡大幅の伸縮率を導ける。
L1”=L1/α
L2”=(L2+α−1)/α
D”=L1”−L2”
=(L1−L2−α+1)/α
=(D+1)/α
Ld’>θをαについて解くと以下の式12の関係を導ける。
α<(1+D)/(1−θ) ・・・(12)
(3)まとめ
式11と式12をまとめると以下のようになる。
(1−D)/(1+θ)<α<(1+D)/(1−θ)
本実施例に係る信号探索装置の処理手順は、実施例1に係る信号探索装置の処理手順と同一であり、説明を省略する。
実施例2の変更例1について説明する。
S’=(S−(1−α))/α
=(S−1+α)/α
S’>θを解くと以下の式13を導ける
α>(1−S)/(1−θ) ・・・(13)
探索窓を拡大する場合は、拡大後の探索窓をw1”、w2”、類似度輝度差分をS”とすると、拡大によってはみ出した全ての領域のヒストグラムが合致しない場合にSが最も減少する。よってS”は以下のように表せる。
S”=S/α
S’>θを解くと以下の式14の関係を導ける。
α<S/θ ・・・(14)
式13と式14をまとめると以下の式15のようになる。
(1−S)/(1−θ)<α<S/θ ・・・(15)
(5)変更例2
実施例2の変更例2について説明する。
(1−D)/(1+θ)<αn<(1−D)/(1−θ) ・・・(16)
類似度をヒストグラム重なり率で算出する場合は、以下の式17の関係を導ける。
(1−S)/(1−θ)<αn<S/θ ・・・(17)
1−D<α2<1+D ・・・(18)
(1)顔検出方法
以下に実施例1を適用して顔検出方法を説明する。
1−D(1)<α(1)2<1+D(1) ・・・(19)
α(1)>Afixの場合は、エッジが検出されないとして、第1段の両探索窓w1、w2の伸縮率αを式19の下限値に設定して、α=√(1−D(1))とし、第1段の両探索窓w1、w2を縮小して、第1の分割領域において探索を継続する。なお、ここでは伸縮率を最大にするためにαを式19の下限値に設定したが、αに設定する値は式19を満たす範囲ならばどの値でも良い。
102 検出器
103 類似度選択部
104 伸縮率算出部
105 注目領域抽出部
106 特徴抽出部
107 類似度算出部
108 結果出力部
Claims (10)
- 入力信号上の領域に任意の大きさの第1の探索窓と第2の探索窓をそれぞれ配置する注目領域抽出部と、
前記各探索窓の特徴量をそれぞれ抽出する特徴抽出部と、
前記各特徴量を用いて、前記探索窓間の前記両特徴量が類似する程に値が大きくなる類似度を算出する類似度算出部と、
前記類似度が予め定めた閾値より大きくなる場合には、前記探索窓の大きさと前記領域の位置を出力する結果出力部と、
前記類似度が前記閾値を下回り得ないように、前記探索窓の大きさを伸縮する伸縮率を、前記閾値と前記類似度とを用いて算出する伸縮率算出部と、
前記伸縮率によって前記各探索窓の大きさを伸縮し、(1)前記伸縮した探索窓の大きさが予め定められた大きさになれば信号探索処理を終了し、(2)前記伸縮した探索窓の大きさが前記予め定められた大きさにならなければ、前記特徴抽出部へ前記伸縮した前記探索窓の大きさを出力し、前記特徴抽出部の前記抽出処理、前記類似度算出部の前記算出処理、前記結果出力部の前記出力処理、前記伸縮率の前記算出処理を前記信号探索処理が終了するまでそれぞれ繰り返す繰り返し制御部と、
を有することを特徴とする信号探索装置。 - 前記類似度算出部が前記入力信号の前記領域中の位置毎に算出したそれぞれの前記類似度から最大類似度を選択する類似度選択部をさらに有し、
前記伸縮率算出部は、前記最大類似度を用いて、前記伸縮率を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。 - 前記入力信号を複数の領域に分割し、前記分割された領域毎に前記探索窓の大きさを伸縮させる、
ことを特徴とする請求項2に記載の信号探索装置。 - 前記伸縮率算出部は、前記伸縮部で伸縮した前記両探索窓の現在の大きさを用いて、次に伸縮したい前記両探索窓の大きさを予測し、
前記類似度算出部は、前記予測した大きさの前記両探索窓を用いて前記類似度を求め、
前記繰り返し制御部は、前記予測した大きさから求めた前記類似度から計算される前記伸縮率が、前記両探索窓の伸縮可能な範囲外の場合には、前記予測した両探索窓の大きさを、前記両探索窓の現在の大きさに近づけるバックトラックを行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。 - 前記第1の探索窓と前記第2の探索窓が隣接し、かつ、同じ形状であるか、前記第1の探索窓と前記第2の探索窓のそれぞれが複数の領域を有するか、又は、前記第1の探索窓の面積と前記第2の探索窓の面積が異なる、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。 - 前記特徴抽出部が算出する前記特徴量は、前記入力信号の信号値のヒストグラム、又は、信号値の平均である、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。 - 前記類似度算出部が算出する前記類似度は、前記入力信号の信号値の平均値の差、又は、前記信号値のヒストグラム重なり率である、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。 - 前記類似度算出部が算出する前記類似度は、前記探索窓の大きさが前記伸縮率によって変化するときの前記類似度の上限を求める式で表されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。 - 前記入力信号は、映像信号、画像信号、時空間画像信号、音声信号、文字列、又は、3次元ボリューム信号である、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。 - 前記類似度として、前記探索窓間の前記両特徴量が類似する程に値が小さくなる距離の逆数を用いる、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号探索装置。
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