JPH06309492A - 複数分類器出力合成方法及び合成システム - Google Patents

複数分類器出力合成方法及び合成システム

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JPH06309492A
JPH06309492A JP6073323A JP7332394A JPH06309492A JP H06309492 A JPH06309492 A JP H06309492A JP 6073323 A JP6073323 A JP 6073323A JP 7332394 A JP7332394 A JP 7332394A JP H06309492 A JPH06309492 A JP H06309492A
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JP
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classification
classifier
reliability
equation
classifiers
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JP6073323A
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Galina Rogova
ロゴバ ガリナ
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Eastman Kodak Co
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    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
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    • G06F18/254Fusion techniques of classification results, e.g. of results related to same input data

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の分類器による結果を効果的に合成し
て、高い信頼度を得る。 【構成】 複数の分類器の結果を効果的に合成する方法
は、対象となるすべての分類器12,14,16の各分
類決定の信頼度を計算する方法を提供する。デンプスタ
−シェーファ証拠理論によりこの信頼度は合成される。
より詳細には、まず、データブロック18からの入力デ
ータに対し、各分類器12,14,16に対する基本確
率割当が計算され、これを用いて各分類器の信頼度が計
算される。続いて、決定器(ボーター)20ですべての
分類器に対する信頼度が合成される。この合成された信
頼度を用いて、分類器のデータ入力の分類が決定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パターン分類および認
識の分野に関し、より詳細には、分類決定の信頼度を計
算する方法及びシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】機械による文字あるいは手書き文字の分
類など、パターン認識の諸問題は、近年、異なる種類の
従来の分類器またはニューラルネットワークなどにより
解決されており、かなり正確な結果をもたらしている。
同じ正確さを得るためには、新しい構成または特徴検出
システムを新たに発明するよりは、同一の認識作業に複
数の分類器を適用して合成システムにおける認識能力を
改善する方がより簡単である場合が多い。しかしなが
ら、複数の分類器の合成を可能にするためには、システ
ムを構成する各分類器の分類決定に確実度を割り当てる
必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、確実度
を割り当てる場合、特にその分類数が大きい場合には、
非常に多くの近似値が発生し、これによりコンピュータ
操作が困難となり、その認識能力の質を劣化してしま
う。
【0004】確実度を表し、合成するための手段とし
て、デンプスタ−シェーファ セオリー オブ エビデ
ンス(Dempster-Shafer Theory of Evidence:以下、デ
ンプスタ−シェーファ証拠理論という)を用いることが
周知である。従来の技術においては、米国特許第5,1
23,057号は、このデンプスタ−シェーファ証拠理
論を用いてデータ事象部分とモデル部分の一致の程度を
計算する。デンプスタ−シェーファ証拠理論を用いて予
備的な一致が行われた後、確実性が収集され処理され
る。さらに、米国特許第5,077,807号(ボスカ
ー)は、入力特徴ベクトルを処理する方法を開示する。
この米国特許第5,077,807号もまたパターン認
識のための処理手段に関する。このように従来技術にお
いてパターン分類及び認識の問題を取り上げられている
にもかかわらず、現行の技術は、複数の分類器の結果を
合成するための認識後すなわち処理後の手段としてのデ
ンプスタ−シェーファ証拠理論の利用を扱っていない。
【0005】従って、分類の結果を向上するための手段
を有することが望まれる。本発明の目的は、認識能力の
質を向上することのできる、分類決定の信頼度を計算す
るためのメカニズムを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、請求項1記載の複数分類器出力合成方法
は、各分類器に対して基本確率割当を計算するステップ
と、前記基本確率割当を用いて各分類器の信頼度を計算
するステップと、すべての分類器の前記信頼度を合成す
るステップと、合成された信頼度を用いて分類器へ入力
されたデータの分類を決定するステップとを有すること
を特徴とする。
【0007】また、上記目的を達成するために、請求項
2記載の複数分類器出力合成システムは、各分類器に対
して基本確率割当を計算する手段と、前記基本確率割当
を用いて各分類器の信頼度を計算する手段と、すべての
分類器の前記信頼度を合成する手段と、合成された信頼
度を用いて分類器へ入力されたデータの分類を決定する
手段とを有することを特徴とする。
【0008】また、上記目的を達成するために、請求項
3記載の複数分類器出力合成システムは、請求項2記載
の複数分類器出力合成システムにおいて、前記基本確率
割当及び各分類器の信頼度を計算する手段は証拠理論を
用いることを特徴とする。
【0009】このように、本発明は、複数の分類器の結
果を効果的に合成することにより分類の結果を向上させ
る。本発明は、さらに、分類及び認識能力の正確さと質
を低減する結果となる多数の近似値を削除することによ
り分類結果を向上する。より詳細には、本発明は、分類
器出力ベクトルと、各類に対応するトレーニングデータ
の部分集合の平均ベクトルとの間の距離量を用いる。デ
ンプスタ−シェーファ証拠理論のフレームワークにおい
て、これらの距離を基本確率割当(basicprobability a
ssignments )に用いることにより、各分類器のすべて
の分類決定に対する確実性が計算され、合成される。
【0010】本発明の1態様によれば、複数の分類器の
結果を合成する方法は一連のステップから成る。基本確
率割当が分類器のそれぞれに対し計算され、各分類器の
信頼度の計算に用いられる。そしてすべての分類器に対
する信頼度が合成される。最終的に、この合成された信
頼度を用いて、上記複数の分類器へのデータ入力の分類
が決定される。
【0011】
【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
説明する。本発明は、複数の分類器の結果を合成するた
めのメカニズムに関する。図1は、複数の分類器の合成
を示すブロック図10である。図1においては、説明上
3つの分類器12、14、16が示されているが、本発
明の概念は、1からNまでの任意の数の分類器を有する
システムに適用が可能である。
【0012】図1からわかるように、データブロック1
8からのデータは、各分類器12、14、16に入力さ
れる。本発明は、分類器12、14、16に入力され
る、データブロック18からのデータの分類を、分類器
から決定器(ボーター)20への出力に基づき決定する
ことができる。
【0013】図2について説明する。図1の各分類器1
2、14、16において、図2のステップ22に示され
るように、基本確率割当が計算される。この基本確率割
当は、ステップ24に示されるように、各分類器に対す
る信頼度を計算するために用いられる。各分類器から出
力された信頼度は、ステップ26に示されるように、決
定器(ボーター)20において合成される。この決定器
(ボーター)20は、複数の分類器の出力を入力として
用いて各分類器の出力に対する信頼度、すなわち確実性
を計算し、これらの信頼度を合成する。各分類器に対す
る信頼度つまり確実性は、その分類器が生成する応答の
正確さの程度である。次に、図2のステップ28に示さ
れるように分類が行われ、データブロック18から分類
器に入力される認識すべき入力を、決定器(ボーター)
20の合成された信頼度に基づき識別する。決定器(ボ
ーター)20からの出力は、本発明の分類処理の結果と
なる。本発明は、異なる分類器の異なる決定を考慮する
ことにより改良された結果を提供する。
【0014】好適な実施例においては、基本確率割当は
デンプスタ−シェーファ証拠理論により距離量を用いて
決定される。信頼度及びその合成もこのデンプスタ−シ
ェーファ証拠理論に従って計算される。デンプスタ−シ
ェーファ証拠理論のフレームワークにおいて、基本確率
割当を求めるための距離量を用い、各分類器のすべての
分類決定の確実性が計算され、合成される。
【0015】本発明を適用するために、
【数1】 を分類kに対応するトレーニングデータの部分集合をす
る。さらに、
【数2】 を各分類器fn と各分類kの組
【数3】 の平均ベクトルとする。つぎに、
【数4】 を各分類kの基準ベクトルとし、
【数5】
【数6】
【数7】 の間の距離量とする。
【0016】この距離量を用いて、デンプスタ−シェー
ファ証拠理論に従い、図2のステップ22の基本確率割
当が計算される。
【0017】デンプスタ−シェーファ証拠理論に従い、
認識フレームを、
【数8】 とする。ただし、
【数9】 は、ベクトル
【数10】 は分類kに属するという仮説である。分類器fn 及び各
分類kに対し、距離量di n は、i=kであれば仮説
【数11】 を支持する確実性を表すことができ、iがkでなければ
仮説
【数12】 を支持する、または仮説
【数13】 に反する確実性を表すことができる。
【0018】Θを認識のフレームとし、2θはΘの部分
集合のすべての組を示す。
【0019】m:2θ→[0,1]として、
【数14】
【数15】 (ただし、m(A)は仮説Aにおける確実な信頼を表
す)であれば、関数mは基本確率割当といえる。従っ
て、mが基本確率割当であれば、
【数16】 を満たす関数Bel:2θ→[0,1]は、信用関数
(belief function )となる。
【0020】信用関数と指定基本確率の間には一対一の
対応がある。m1 とm2 がΘに関する基本確率割当であ
れば、これらの組み合わせすなわち直交和
【数17】 は、
【数18】 と定義される。ここで、
【数19】
【数20】
【数21】 である。
【0021】関数Belとmは一対一で対応するので、
信用関数の直交和
【数22】 が定義されるのは自明である。
【0022】特別な種類の信用関数は、信用を表すのに
たいへん効果的である。これらの関数は、単純分離支持
関数(simple and separable support functions)と呼
ばれる。関数Belの焦点と呼ばれる
【数23】 が存在し、
【数24】
【数25】 の条件を共に満たして、Bel(Θ)=1、Bel
(A)=s(ただしsはBelの支持度である)であれ
ば、Belは単純支持関数である。それ以外の場合は、
Bel(A)=0である。分離支持関数は、単純支持関
数、あるいは単純支持関数の直交和である。分離支持関
数は、複数の源からの確実性を合成したい場合に極めて
効果的である。Belが、焦点
【数26】 を有する単純支持関数であれば、m(F)=s、m
(Θ)=1−s、そしてその他の場合はmは0である。
ここでFを、それぞれ支持度s1 、s2 を有する2つの
単純支持関数の焦点とする。
【0023】もし、
【数27】 であれば、m(F)=1−(1−s1 )(1−s2 )、
m(Θ)=(1−s1 )(1−s2 )、そしてその他の
場合はm=0である。
【0024】単純信用関数はこれらの特性を有するの
で、i=kであれば、di n は焦点
【数28】 を有するBelの支持度として用いることができる。さ
らに、iがkでない場合には、di n は焦点
【数29】 を有するBelの支持度となる。これにより、確率割当
【数30】 となる。
【0025】焦点についてのこれらすべての特徴を組み
合わせることにより、分類kおよび分類器nに対して以
下のように確実性を得ることができる:
【数31】 上式を展開すると以下のようになる:
【数32】 最後に、デンプスタ−シェーファ規則に従い、全分類器
の確実性が合成され、入力ベクトルx、
【数33】 の各分類kに対する信頼程度が得られる。ここで、
【数34】 である。この場合、
【数35】 であるから、
【数36】 である。
【0026】入力ベクトル
【数37】 に対し、もし
【数38】 である場合、分類mを割り当てることができる。
【0027】本発明によれば、ベクトル
【数39】
【数40】 の間の距離量を表す2つのほぼ同値の最適な関数があ
る。
【0028】これらの距離量関数の1つは、分類器出力
ベクトルと、各分類に対応するトレーニングデータの部
分集合の平均ベクトルとの間のコサイン、またはcos
2(αk n )となる。ここで、αk n は、
【数41】
【数42】 の間の角度である。または、
【数43】 となる。
【0029】他方の距離量関数は、分類器出力ベクトル
と、各分類に対応するトレーニングデータの部分集合の
平均ベクトルの間のユークリッド距離、すなわち、
【数44】
【数45】 の間のユークリッド距離の特定関数であり、
【数46】 となる。
【0030】本発明は、指定基本確率を計算するための
簡単で効果的な方法を提供する。この方法により、個々
の分類決定に対する信頼度が得られる。本発明のプロセ
ス及び方法は、複数の分類器の信頼度の評価、及び複数
分類器の結果の合成のために用いることができる。
【0031】好適な実施例を参照して本発明を詳細に説
明してきたが、請求項に定義される発明の範囲を逸脱せ
ずにその他の修正及び変更が可能であることは明白であ
る。
【0032】
【発明の効果】本発明はパターン分類及び認識の分野に
おいて効果的であり、分類能力及び認識能力を向上する
ために異なる分類器からの複数の結果を用いるという利
点を有する。本発明は、さらに、分類数が大きい場合に
特に禁止されるべき近似値を削除でき、これにより、分
類及び認識能力の質が向上する。また、基本確率割当の
簡単で効果的な計算により、個々の分類決定に対する信
頼度を得ることができる。本発明は、さらに、複数の分
類器の信頼度の評価、及び複数の分類器の結果の合成を
可能にする。さらに、本発明は、従来からの統計的分類
器または異なる特徴の組に基づく異なる構成のニューラ
ルネットワークに対して、また各分類決定の信頼度の計
算が必要である異なる装置に対して、適用可能であると
いう利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】複数の分類器の合成を示したブロック図であ
る。
【図2】図1の複数分類器の合成を行うためのステップ
を示したフローチャートである。
【符号の説明】
12、14、16 分類器 18 データブロック 20 決定器(ボーター)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の分類器からの結果を合成する方法
    であって、 各分類器に対して基本確率割当を計算するステップと、 前記基本確率割当を用いて各分類器の信頼度を計算する
    ステップと、 すべての分類器の前記信頼度を合成するステップと、 合成された信頼度を用いて分類器へ入力されたデータの
    分類を決定するステップと、 を有することを特徴とする複数分類器出力合成方法。
  2. 【請求項2】 複数の分類器からの結果を合成するシス
    テムであって、 各分類器に対して基本確率割当を計算する手段と、 前記基本確率割当を用いて各分類器の信頼度を計算する
    手段と、 すべての分類器の前記信頼度を合成する手段と、 合成された信頼度を用いて分類器へ入力されたデータの
    分類を決定する手段と、 を有することを特徴とする複数分類器出力合成システ
    ム。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の複数分類器出力合成シス
    テムにおいて、 前記基本確率割当及び各分類器の信頼度を計算する手段
    は証拠理論を用いることを特徴とする複数分類器出力合
    成システム。
JP6073323A 1993-04-21 1994-04-12 複数分類器出力合成方法及び合成システム Pending JPH06309492A (ja)

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