RU2692420C2 - Object identification and classification method - Google Patents
Object identification and classification method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692420C2 RU2692420C2 RU2017132647A RU2017132647A RU2692420C2 RU 2692420 C2 RU2692420 C2 RU 2692420C2 RU 2017132647 A RU2017132647 A RU 2017132647A RU 2017132647 A RU2017132647 A RU 2017132647A RU 2692420 C2 RU2692420 C2 RU 2692420C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- point
- class
- points
- predefined
- predefined class
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000012549 training Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000011835 investigation Methods 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 8
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 5
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000003708 edge detection Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F18/00—Pattern recognition
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F18/00—Pattern recognition
- G06F18/20—Analysing
- G06F18/24—Classification techniques
- G06F18/241—Classification techniques relating to the classification model, e.g. parametric or non-parametric approaches
- G06F18/2413—Classification techniques relating to the classification model, e.g. parametric or non-parametric approaches based on distances to training or reference patterns
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N7/00—Computing arrangements based on specific mathematical models
- G06N7/01—Probabilistic graphical models, e.g. probabilistic networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Biology (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Algebra (AREA)
- Probability & Statistics with Applications (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Image Analysis (AREA)
- Information Retrieval, Db Structures And Fs Structures Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цифровой обработке изображений, а именно, к способам распознавания плоских изображений объектов по их форме с извлечением признаков объектов на основе контурного анализа, с последующей обработкой извлеченных признаков на основе статистического анализа, и может быть использовано в системах технического зрения.The invention relates to digital image processing, in particular, to methods for recognizing flat images of objects according to their shape, extracting features of objects based on a contour analysis, followed by processing extracted features based on statistical analysis, and can be used in technical vision systems.
Аналогом является способ идентификации и классификации объектов (патент DE 19731111 В4, МПК G06K 9/62, опубликован 27.10.2005), в котором объект идентифицируется и классифицируется на основании предварительно задаваемых свойств из выходного сигнала, с помощью работающей по векторному принципу схемы. Данный способ базируется на применении решающих правил (индикаторов) в многомерном векторном пространстве, которые позволяют предварительно задать свойства фактического предмета, например летательного аппарата, который регистрируется как объект по меньшей мере одним настроенным на него физическим детектором, например радиолокационной станцией. Таким образом, индикатор является абстрактным понятием для предварительно задаваемой, важной для идентификации качественной и количественной информации. Каждому индикатору присваивается тенденция, которая соответствует базовой тождественности индикатора. Затем индикаторы отображаются как векторы в многомерном векторном пространстве.The analogue is the method of identifying and classifying objects (DE 19731111 B4, IPC G06K 9/62, published 10/27/2005), in which the object is identified and classified on the basis of predefined properties from the output signal, using a vector-based circuit. This method is based on the application of decision rules (indicators) in a multidimensional vector space that allow you to pre-set the properties of an actual object, such as an aircraft, which is registered as an object by at least one physical detector tuned to it, for example, a radar station. Thus, the indicator is an abstract concept for pre-defined, important for identifying qualitative and quantitative information. Each indicator is assigned a trend that corresponds to the basic identity of the indicator. The indicators are then displayed as vectors in multidimensional vector space.
Прототипом заявленного изобретения является способ идентификации и классификации объектов (патент RU 2541158 С2, МПК G06F 17/30, G06K 9/62, опубликован 10.02.2015), согласно которому при идентификации объектов регистрируют предмет, по меньшей мере одним из настроенных на него физических детекторов, по выходному сигналу, по меньшей мере одного детектора, определяют по меньшей мере один объект, для которого получают из выходного сигнала набор n различных физических признаков, далее объект классифицируют на основании предварительно задаваемых свойств при помощи классификатора, предварительно обученного по обучающей выборке, при этом исследуемый объект соотносят с одним из N предварительно заданных классов, N базовых классов в предварительно заданной последовательности упорядочивают в N-мерный вектор V, который соотносят с объектом, причем элементы v1…vN вектора V указывают на принадлежность объекта к соответствующему базовому классу и в зависимости от вектора V объект соотносят с производным классом, который сохранен в справочной базе данных и выбирается из нее, причем в случае принадлежности объекта к соответствующему базовому классу элементу v1…vN вектора присваивают двоичное значение "1", в противном случае присваивают двоичное значение "0".The prototype of the claimed invention is a method of identifying and classifying objects (patent RU 2541158 C2, IPC G06F 17/30, G06K 9/62, published 02/10/2015), according to which at object identification objects are recorded with at least one of the physical detectors tuned to it , at the output of at least one detector, at least one object is determined, for which a set of n different physical features is obtained from the output signal, then the object is classified on the basis of predefined properties for the classifier pre-trained in the training set, the object under study is correlated with one of the N pre-defined classes, N base classes in a pre-determined sequence are ordered into an N-dimensional vector V, which is correlated with the object, and the elements v1 ... vN of vector V indicate whether the object belongs to the corresponding base class and, depending on the vector V, the object is correlated with the derived class, which is stored in the reference database and selected from it, moreover in the case of belonging and an object to the corresponding base class element v1 ... vN of the vector assign a binary value "1", otherwise assign a binary value "0".
Основным недостатком аналога и прототипа является недостаточно высокая точность классификации объектов. Это обусловлено тем, что в известных способах отсутствует фильтрация шумовых объектов, так как в них не производят оценку схожести классифицируемого объекта с каждым из производных классов.The main disadvantage of analog and prototype is not sufficiently high accuracy of the classification of objects. This is due to the fact that in the known methods there is no filtering of noise objects, since they do not evaluate the similarity of the classified object with each of the derived classes.
Задачей заявленного изобретения является разработка способа идентификации и классификации объектов, в котором устранен недостаток аналога и прототипа.The objective of the claimed invention is to develop a method for the identification and classification of objects, which eliminated the lack of similar and prototype.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности классификации объектов за счет обеспечения фильтрации шумовых объектов.The technical result of the claimed invention is to improve the accuracy of the classification of objects by providing filtering of noise objects.
Технический результат достигается тем, что в способе идентификации и классификации объектов, согласно которому при идентификации объектовThe technical result is achieved by the fact that in the method of identifying and classifying objects, according to which, when identifying objects
регистрируют по меньшей мере один предмет, по меньшей мере одним из настроенных на него физических детекторов,register at least one item with at least one of the physical detectors tuned to it,
по выходному сигналу, по меньшей мере одного детектора, определяют по меньшей мере один объект, для которого получают из выходного сигнала набор n различных физических признаков,the output signal of the at least one detector determines at least one object for which a set of n different physical features is obtained from the output signal,
далее исследуемый объект классифицируют на основании предварительно задаваемых свойств при помощи классификатора, предварительно обученного по обучающей выборке,then the object under study is classified on the basis of predefined properties using a classifier that has been previously trained in a training set,
при этом исследуемый объект соотносят с одним из N предварительно заданных классов,at the same time, the object under study is associated with one of the N pre-defined classes,
согласно настоящему изобретению,According to the present invention,
указанный классификатор содержит (N+1) предварительно заданных классов,the specified classifier contains (N + 1) predefined classes,
при этом принадлежность исследуемого объекта к N предварительно заданным классам, для которых представлена обучающая выборка, определяют в указанном классификаторе посредством оценки схожести по их физическим признакам,at the same time, the belonging of the object under study to N pre-defined classes for which the training sample is presented is determined in the indicated classifier by assessing the similarity in their physical characteristics,
а принадлежность исследуемого объекта к (N+1)-ому предварительно заданному классу, для которого не может быть представлена обучающая выборка, определяют в указанном классификаторе посредством того, что исследуемый объект не принадлежит ни к одному из N предварительно заданных классов на основе оценки схожести по их физическим признакам.and the belonging of the object under study to the (N + 1) th pre-specified class for which the training sample cannot be represented is determined in the specified classifier by the fact that the object under study does not belong to any of the N pre-defined classes based on the similarity assessment by their physical attributes.
Для выполнения оценки схожести по физическим признакам в указанном классификаторе по меньшей мере одного исследуемого объекта с каждым из N предварительно заданных классов, которые имеют обучающую выборку,To perform a physical similarity assessment in the specified classifier of at least one object under study with each of the N pre-defined classes that have a training set,
осуществляют построение границ для каждого из N предварительно заданных классов посредством анализа плотности и формы распределения обучающей выборки в n-мерном пространстве признаков, при этомcarry out the construction of boundaries for each of the N pre-defined classes by analyzing the density and shape of the distribution of the training sample in the n-dimensional feature space, while
определяют выпуклую границу предварительно заданного класса, соединяя точки , ,define a convex border of a predefined class by connecting points , ,
где bi - i-ая точка выпуклой границы предварительно заданного класса; - координаты точки bi в n-мерном пространстве признаков; F - количество точек, образующих выпуклую границу предварительно заданного класса;where b i is the i-th point of the convex boundary of a predefined class; - coordinates of the point b i in the n-dimensional feature space; F is the number of points forming the convex boundary of a predefined class;
далее определяют центральную точку С предварительно заданного класса ,then determine the center point With a predefined class ,
где - координаты точки С в n-мерном пространстве признаков;Where - coordinates of point C in the n-dimensional feature space;
разделяют область, занимаемую классом в n-мерном пространстве признаков на F секторов, соединяя центральную точку C с каждой точкой выпуклой границы предварительно заданного класса bi,divide the area occupied by the class in the n-dimensional feature space into F sectors, connecting the center point C with each point of the convex boundary of the predefined class b i ,
затем в каждом секторе точки выпуклой границы предварительно заданного класса bi преобразуют, исходя из плотности и формы распределения обучающей выборки предварительно заданного класса, в точки расширенной выпуклой границы предварительно заданного класса ,then, in each sector, the points of the convex boundary of a predetermined class b i are transformed, based on the density and shape of the distribution of the training sample of a predetermined class, into points of the extended convex boundary of a predetermined class ,
где - i-ая точка расширенной выпуклой границы предварительно заданного класса; - координаты точки в n-мерном пространстве признаков; F - количество точек, образующих расширенную выпуклую границу предварительно заданного класса,Where - i-th point of the extended convex boundary of a predefined class; - point coordinates in the n-dimensional feature space; F is the number of points that form the extended convex boundary of a predefined class,
по формуле:according to the formula:
где ρ(С, bi) - евклидово расстояние от центральной точки С предварительно заданного класса до точки bi;where ρ (C, b i ) is the Euclidean distance from the center point C of the predefined class to the point b i ;
- евклидово расстояние от центральной точки С предварительно заданного класса до точки ; - Euclidean distance from the center point C of the predefined class to the point ;
Евклидово расстояние от центральной точки С предварительно заданного класса до точки расширенной выпуклой границы предварительно заданного класса определяют по формуле:Euclidean distance from the center point C of the predefined class to the point The extended convex border of a predetermined class is determined by the formula:
где Н - сумма евклидовых расстояний от центральной точки С предварительно заданного класса до точки bi и соседней точки bi-1; Н' - сумма евклидовых расстояний от центральной точки С предварительно заданного класса до точки и соседней точки , определяемая из плотности и формы распределения объектов предварительно заданного класса в секторе;where H is the sum of the Euclidean distances from the central point C of the predefined class to the point b i and the neighboring point b i-1 ; H ' is the sum of the Euclidean distances from the center point C of the predefined class to the point and neighboring point determined from the density and shape of the distribution of objects of a predefined class in the sector;
сумму евклидовых расстояний Н от центральной точки С предварительно заданного класса до точки bi и соседней точки bi-1 определяют по формуле:the sum of the Euclidean distances H from the central point C of the predefined class to the point b i and the neighboring point b i-1 is determined by the formula:
где ρ(С, bi) - евклидово расстояние от центральной точки С предварительно заданного класса до точки bi;where ρ (C, b i ) is the Euclidean distance from the center point C of the predefined class to the point b i ;
ρ(С, bi-1) - евклидово расстояние от центральной точки С предварительно заданного класса до точки bi-1;ρ (C, b i-1 ) is the Euclidean distance from the central point C of the predefined class to the point b i-1 ;
сумму евклидовых расстояний Н' от центральной точки С предварительно заданного класса до точки и соседней точки , определяемую из плотности и формы распределения объектов предварительно заданного класса в секторе, вычисляют по формуле:the sum of the Euclidean distances H ' from the center point C of the predefined class to the point and neighboring point determined from the density and shape of the distribution of objects of a predetermined class in the sector, is calculated by the formula:
где Sk - количество точек в текущем секторе предварительно заданного класса;where S k - the number of points in the current sector of a predefined class;
k - количество секторов в предварительно заданном классе;k is the number of sectors in a predefined class;
Т - общее количество точек в предварительно заданном классе;T is the total number of points in the predefined class;
hz - сумма евклидовых расстояний от точки внутри сектора tƒ, до точки bi и точки bi-1;h z - the sum of the Euclidean distances from a point inside the sector t ƒ , to point b i and point b i-1 ;
сумму евклидовых расстояний hz от точки внутри сектора tƒ до точки bi и точки bi-1 определяют по формуле:the sum of the Euclidean distances h z from a point inside the sector t ƒ to the point b i and the point b i-1 is determined by the formula:
для каждой точки , расширенной выпуклой границы предварительно заданного класса, входящей одновременно в два соседних сектора, вычисляют и усредняют между собой, соответственно, два комплекта координат,for each point the extended convex boundary of a predefined class, which is simultaneously included in two adjacent sectors, calculates and averages between each other, respectively, two sets of coordinates,
определяют расширенную выпуклую границу предварительно заданного класса, соединяя точки ,determine the extended convex boundary of a predefined class by connecting points ,
далее в каждом секторе в выпуклую границу предварительно заданного класса добавляют точки aj, которые находятся на минимальном расстоянии от двух соседних точек bi и bi-1 выпуклой границы предварительно заданного класса, причем их добавление в границу производят при условии, что другие точки не окажутся вне границы класса, при этом , ,then, in each sector, points a j , which are at the minimum distance from two adjacent points b i and b i-1 of the convex border of a predetermined class, are added to the convex border of the predetermined class, and adding them to the border is performed provided that the other points are not will be outside the class boundary, while , ,
где aj - j-ая точка, добавленная в выпуклую границу предварительно заданного класса;where a j is the j-th point added to the convex boundary of a predefined class;
- координаты точки aj в n-мерном пространстве признаков; - coordinates of the point a j in the n-dimensional feature space;
G - количество добавленных точек aj;G is the number of added points a j ;
формируют вогнутую границу предварительно заданного класса, соединяя точки bi и точки aj,form the concave border of a predetermined class, connecting the points b i and the points a j ,
затем добавленные в выпуклую границу предварительно заданного класса точки aj преобразуют в точки , ,then the points a j added to the convex boundary of a predefined class are transformed into dots , ,
где - преобразованная j-ая точка, добавленная в выпуклую границу предварительно заданного класса;Where - the transformed j-th point added to the convex boundary of a predefined class;
- координаты точки в n-мерном пространстве признаков; - point coordinates in the n-dimensional feature space;
G - количество добавленных точек ,G - the number of added points ,
по формуле:according to the formula:
где ρ(bi, bi-1) - евклидово расстояние между соседними точками выпуклой границы bi и bi-1;where ρ (b i , b i-1 ) is the Euclidean distance between adjacent points of the convex boundary b i and b i-1 ;
- евклидово расстояние между соседними точками расширенной выпуклой границы и , - Euclidean distance between adjacent points of the extended convex boundary and ,
далее формируют окончательную границу предварительно заданного класса, соединяя точки и точки ,further form the final boundary of the predefined class, connecting the points and points ,
затем осуществляют проверку попадания исследуемого объекта по его координатам в n-мерном пространстве признаков в каждую из областей, определяемых границами N предварительно заданных классов.then check the hit of the object under study according to its coordinates in the n-dimensional feature space in each of the areas defined by the boundaries N of predefined classes.
Сущность изобретения поясняется рисунками.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена схема, поясняющая основные этапы выполнения (фиг. 1а - фиг. 1д) предлагаемого способа идентификации и классификации объектов.FIG. 1 is a diagram explaining the main stages of implementation (Fig. 1a - Fig. 1e) of the proposed method for identifying and classifying objects.
На фиг. 1а цифрами обозначены следующие элементы:FIG. 1a denote the following elements:
1 - элемент произвольной формы (шумовой объект),1 - an element of arbitrary shape (noise object),
2 - элемент «незавершенный прямоугольник»,2 - the element “incomplete rectangle”,
3 - элемент «прямоугольник»,3 - the element "rectangle",
4 - элемент «отрезок».4 - the element "segment".
На фиг. 2 представлена схема, поясняющая основные этапы обучения классификатора для построения границ (фиг. 2а - фиг. 2з) каждого из N предварительно заданных классов в целях выполнения оценки схожести по физическим признакам исследуемого объекта с каждым из N предварительно заданных классов, которые имеют обучающую выборку.FIG. 2 is a diagram explaining the main stages of classifier training for constructing boundaries (Fig. 2a - Fig. 2h) of each of the N pre-defined classes in order to assess the similarity on the physical characteristics of the object under study with each of the N pre-defined classes that have a training set.
На фиг. 3 изображен сектор, в котором выполнено преобразование выпуклой границы предварительно заданного класса в расширенную выпуклую границу.FIG. 3 depicts a sector in which the convex boundary of a predetermined class is transformed into an extended convex boundary.
На фиг. 4 изображен сектор, в котором выполнено добавление точек в расширенную выпуклую границу предварительно заданного класса.FIG. 4 shows the sector in which the points are added to the extended convex boundary of a predefined class.
На фиг. 5 представлена схема, поясняющая основные этапы построения границы (фиг. 5а - фиг. 5в) предварительно заданного класса «прямоугольник».FIG. 5 is a diagram explaining the main stages of the construction of the border (Fig. 5a - Fig. 5c) of a predefined class "rectangle".
Согласно предлагаемому способу идентификации и классификации объектовAccording to the proposed method for the identification and classification of objects
при идентификации объектов регистрируют по меньшей мере один предмет, по меньшей мере одним из настроенных на него физических детекторов (фиг. 1а),when identifying objects, at least one item is registered with at least one of the physical detectors tuned to it (Fig. 1a),
по выходному сигналу, по меньшей мере одного детектора, определяют по меньшей мере один объект (фиг. 1б), для которого получают из выходного сигнала набор n различных физических признаков - совокупность координат в n-мерном пространстве признаков (фиг. 1в),the output signal of at least one detector determines at least one object (Fig. 1b), for which a set of n different physical features is obtained from the output signal - a set of coordinates in the n-dimensional feature space (Fig. 1c),
далее исследуемый объект классифицируют на основании предварительно задаваемых свойств при помощи классификатора (фиг. 1г), предварительно обученного по обучающей выборке, при этом исследуемый объект соотносят с одним из N предварительно заданных классов.then, the object under study is classified on the basis of preset properties with the help of a classifier (Fig. 1d), previously trained in a training set, and the object under study is assigned to one of the N pre-defined classes.
Принцип действия предлагаемого способа идентификации и классификации объектов рассмотрим на следующем примере.The principle of operation of the proposed method of identifying and classifying objects will be considered in the following example.
Допустим, необходимо идентифицировать и классифицировать исследуемый объект заранее неизвестной формы (фиг. 1а, элемент 2).Suppose it is necessary to identify and classify the object under study in a previously unknown form (Fig. 1a, element 2).
В процессе идентификации объекта регистрируют тепловизионным прибором (физическим детектором) предмет, являющийся источником ИК-излучения.In the process of identifying an object, an object that is a source of infrared radiation is recorded by a thermal imaging device (physical detector).
Получают изображение (фиг. 1а), представленное в цифровом виде в градациях серого цвета.Get the image (Fig. 1A), presented in digital form in gradations of gray.
В рамках предлагаемого способа объект определяется как отклик на применение детектора границ Канни (Canny J.A Computational Approach for Edge Detection. IEEE Trans. Pattern Anal. Machine Intel., 1986, vol. 8, no. 6, pp. 679-698) к выходному сигналу физического (оптического) детектора или комбинации детекторов. Таким образом, на исходном изображении выделяют контур исследуемого объекта (фиг. 1б).In the framework of the proposed method, an object is defined as a response to the application of a Canny Boundary Detector (Canny JA Computational Approach for Edge Detection. IEEE Trans. Pattern Anal. Machine Intel., 1986, vol. 8, no. 6, pp. 679-698) to the output signal of a physical (optical) detector or combination of detectors. Thus, on the original image, the contour of the object to be investigated is highlighted (Fig. 1b).
В данном примере конкретного выполнения исследуемый объект анализируют на несколько физических свойств. Объект определяется как односвязная область, которая имеет определенные физические свойства, которые однозначно отличают его от других объектов.In this specific example, the test object is analyzed for several physical properties. An object is defined as a simply-connected domain that has certain physical properties that uniquely distinguish it from other objects.
Далее для контура исследуемого объекта вычисляют значения четырех компонент преобразования Уолша над автокорреляционной функцией контура, результат которого выглядит как четыре столбца графика (фиг. 1в), отражающих значения соответствующих компонентов преобразования Уолша. Компоненты преобразования Уолша являются координатами исследуемого объекта в двумерном пространстве признаков, в котором реализован заранее обученный классификатор (фиг. 1г, фиг. 2).Next, for the contour of the object under study, the values of the four Walsh transform components are calculated over the autocorrelation function of the contour, the result of which looks like the four columns of the graph (Fig. 1c) reflecting the values of the corresponding Walsh transform components. The Walsh transform components are the coordinates of the object under study in a two-dimensional feature space in which a previously trained classifier is implemented (Fig. 1d, Fig. 2).
Таким образом, указанными выше действиями осуществляют идентификацию исследуемого объекта.Thus, the above actions carry out the identification of the object under study.
Затем осуществляют процесс классификации исследуемого объекта.Then carry out the classification process of the object.
Для выполнения процесса классификации исследуемого объекта заранее обучают классификатор, который позволяет определить принадлежность исследуемого объекта к одному из предварительно заданных классов. В качестве предварительно заданных классов могут выступать, например, класс «незавершенный прямоугольник» (1-ый класс), класс «прямоугольник» (2-ой класс), класс объектов формы «отрезок» (3-ий класс).To perform the classification process of the object under study, a classifier is trained in advance, which allows to determine the belonging of the object under study to one of the predefined classes. For example, the class “incomplete rectangle” (1st class), class “rectangle” (2nd class), the class of objects of the form “segment” (3rd class) can act as pre-defined classes.
Заранее обученный классификатор представляет собой три замкнутые границы предварительно заданных классов (классы объектов типов «незавершенный прямоугольник», «прямоугольник», «отрезок») в двумерном пространстве признаков (фиг. 1г), внутри которых расположены объекты, принадлежащие данным классам, а снаружи - объекты 4-го (N+1) класса, отличающиеся от объектов трех обозначенных классов.A pre-trained classifier consists of three closed boundaries of predefined classes (object classes of the type “incomplete rectangle”, “rectangle”, “segment”) in a two-dimensional feature space (Fig. 1d), inside which are objects belonging to these classes, and outside objects of the 4th (N + 1) class, differing from objects of the three designated classes.
Обучение классификатора производят по обучающей выборке, которая представляет собой три компактные группы точек (фиг. 2а), причем для каждой точки известны ее физические признаки (координаты х1 и х2), а также, к какому из трех предварительно заданных классов она принадлежит.The classifier is trained according to a training sample, which consists of three compact groups of points (Fig. 2a), and for each point its physical characteristics (coordinates x 1 and x 2 ) are known, and to which of the three predefined classes it belongs.
В указанном классификаторе для выполнения оценки схожести по физическим признакам исследуемого объекта с каждым из трех предварительно заданных классов, которые имеют обучающую выборку, осуществляют построение границ для каждого из трех предварительно заданных классов посредством анализа плотности и формы распределения обучающей выборки в двумерном пространстве признаков.In the specified classifier to perform the assessment of the similarity of the physical characteristics of the object under study with each of the three pre-defined classes that have a training set, build boundaries for each of the three pre-defined classes by analyzing the density and shape of the distribution of the training set in a two-dimensional feature space.
В данном примере конкретного выполнения подробно рассмотрим формирование границы класса «незавершенный прямоугольник» (аналогично формируют границы классов «прямоугольник» и «отрезок»).In this example of specific implementation, we consider in detail the formation of the “incomplete rectangle” class border (the borders of the “rectangle” and “segment” classes are similarly formed).
Вначале определяют выпуклую границу класса (фиг. 2б, фиг. 5а) методом Грэхема (R.L. Graham, An efficient algorithm for determining the convex hull of a finite planar set, 28.01.1972). Точки, через которые проходит граница, обозначают bi, . Значения координат х1 и х2 точек bi, в двумерном пространстве признаков приведены в следующей таблице:First, determine the convex boundary of the class (Fig. 2b, Fig. 5a) by the method of Graham (RL Graham, finite planar set, 01.28.1972). The points through which the boundary passes denote b i , . The values of the coordinates x 1 and x 2 points b i , in the two-dimensional feature space are given in the following table:
После этого определяют центральную точку С класса (фиг. 2в, фиг. 5а), ее координаты х1 и х2 равны средним значениям соответствующих координат обучающей выборки, и, соответственно, равны (357,427; 258,611). Соединяя центральную точку C с каждой точкой выпуклой границы предварительно заданного класса bi, , разделяют область, занимаемую классом в двумерном пространстве признаков на 8 секторов (фиг. 2г).After that, the center point C of the class is determined (Fig. 2c, Fig. 5a), its coordinates x 1 and x 2 are equal to the mean values of the corresponding coordinates of the training set, and, respectively, equal (357,427; 258,611). Connecting the center point C with each point of the convex boundary of a predefined class b i , , divide the area occupied by the class in the two-dimensional feature space into 8 sectors (Fig. 2d).
Разделение на секторы осуществляют для того, чтобы выполнить в каждом секторе локальный анализ плотности и формы распределения обучающей выборки.The division into sectors is carried out in order to perform in each sector a local analysis of the density and distribution form of the training sample.
После этого в каждом из 8 секторов производят преобразование координат точек bi, по формулам (1), (2), (3), (4), (5). Полученные значения координат х1 и х2 точек расширенной выпуклой границы , в двумерном пространстве признаков (фиг. 2д, фиг. 3) приведены в следующей таблице:After that, in each of 8 sectors, the coordinates of the points b i are transformed according to the formulas (1), (2), (3), (4), (5). The obtained values of the coordinates x 1 and x 2 points of the extended convex boundary , in the two-dimensional feature space (Fig. 2d, Fig. 3) are given in the following table:
Если точки обучающей выборки распределены в пространстве признаков, например, как у класса «незавершенный прямоугольник» (фиг. 5а), то расширенная выпуклая граница может не точно отображать форму класса. Для устранения этого в каждом секторе в выпуклую границу предварительно заданного класса добавляют точки aj, , которые находятся на минимальном расстоянии от двух соседних точек bi и bi-1 выпуклой границы предварительно заданного класса, причем их добавление в границу производят при условии, что другие точки не окажутся вне границы класса.If the points of the training sample are distributed in the feature space, for example, as in the class “incomplete rectangle” (Fig. 5a), then the extended convex boundary may not accurately represent the form of the class. To eliminate this in each sector, points a j are added to the convex border of the pre-defined class, which are at the minimum distance from two neighboring points b i and b i-1 of the convex border of a predetermined class, and adding them to the border is carried out under the condition that the other points are not outside the class boundary.
После этого формируют вогнутую границу предварительно заданного класса (фиг. 2е, фиг. 5б), соединяя точки bi, и точки aj, .After that, a concave border of a predetermined class is formed (Fig. 2e, Fig. 5b), connecting the points b i , and points a j , .
Значения координат х1 и х2 точек вогнутой границы в двумерном пространстве признаков приведены в следующей таблице:The coordinates x 1 and x 2 points of the concave boundary in the two-dimensional feature space are given in the following table:
Затем точки вогнутой границы предварительно заданного класса aj, преобразуют по формуле (6) в точки , (фиг. 2ж, фиг. 4), после чего формируют окончательную границу предварительно заданного класса (фиг. 2з, фиг. 5в), соединяя точки , и точки , .Then the points of the concave boundary of a predefined class a j , convert by the formula (6) points , (Fig. 2g, Fig. 4), after which they form the final border of a predetermined class (Fig. 2h, Fig. 5c), connecting the points , and points , .
Значения координат х1 и х2 точек окончательной границы предварительно заданного класса «незавершенный прямоугольник» в двумерном пространстве признаков приведены в следующей таблице:The values of the coordinates x 1 and x 2 points of the final boundary of the predefined class “incomplete rectangle” in the two-dimensional feature space are given in the following table:
Таким образом, указанными выше действиями осуществляют обучение классификатора по обучающей выборке.Thus, the aforementioned actions carry out the training of the classifier on the training set.
Далее, на основании исследованных и определенных физических признаков, исследуемый объект классифицируют по четырем предварительно заданным классам (фиг. 1д), осуществляя проверку попадания исследуемого объекта по его координатам в двумерном пространстве признаков в каждую из областей, определяемых границами предварительно заданных классов «незавершенный прямоугольник», «прямоугольник», «отрезок», и, таким образом, определяют его расположение внутри одной из трех замкнутых границ или снаружи - в качестве объекта 4-го (N+1) класса.Further, on the basis of the studied and determined physical signs, the object under study is classified into four predefined classes (Fig. 1e), checking whether the object under investigation is located in its two-dimensional feature space in each of the areas defined by the boundaries of the predefined “incomplete rectangle” classes. , "Rectangle", "segment", and, thus, determine its location inside one of the three closed borders or outside - as an object of the 4th (N + 1) class.
Если объект соотносят с 4-ым классом, это говорит о том, что на основании оценки схожести он был отфильтрован как шумовой объект (фиг. 1д).If the object is correlated with the 4th class, it means that, based on the similarity assessment, it was filtered as a noise object (Fig. 1e).
Исследуемый объект на основании физических признаков соотносят с предварительно заданным 1-ым классом и, таким образом, исследуемый объект классифицируют как объект класса «незавершенный прямоугольник» (фиг. 1д).On the basis of physical signs, the object under study is correlated with the previously specified 1st class and, thus, the object under study is classified as an object of the “incomplete rectangle” class (Fig. 1e).
Использование предлагаемого способа идентификации и классификации объектов позволит повысить точность классификации объектов за счет обеспечения фильтрации шумовых объектов.Using the proposed method of identification and classification of objects will improve the accuracy of the classification of objects by providing filtering of noise objects.
Claims (54)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017132647A RU2692420C2 (en) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | Object identification and classification method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017132647A RU2692420C2 (en) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | Object identification and classification method |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017132647A RU2017132647A (en) | 2019-03-18 |
RU2017132647A3 RU2017132647A3 (en) | 2019-03-18 |
RU2692420C2 true RU2692420C2 (en) | 2019-06-24 |
Family
ID=65759364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017132647A RU2692420C2 (en) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | Object identification and classification method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2692420C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726027C1 (en) * | 2020-01-28 | 2020-07-08 | Юрий Иванович Стародубцев | Method of identifying elements of a complex system in variable conditions |
RU2756778C1 (en) * | 2020-06-17 | 2021-10-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН) | Method for image classification |
RU2795745C1 (en) * | 2019-09-03 | 2023-05-11 | Аугури Системс Лтд. | Sensor-independent machine fault identification |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2438182C1 (en) * | 2010-04-08 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс") | Method of processing banknotes (versions) |
US20140201126A1 (en) * | 2012-09-15 | 2014-07-17 | Lotfi A. Zadeh | Methods and Systems for Applications for Z-numbers |
RU2541158C2 (en) * | 2009-02-19 | 2015-02-10 | Еадс Дойчланд Гмбх | Object identification and classification method |
US9091780B2 (en) * | 2009-09-17 | 2015-07-28 | Quantum Technology Sciences, Inc. (Qtsi) | Methods for identifying a signal of interest and for making a classification of identity |
-
2017
- 2017-09-18 RU RU2017132647A patent/RU2692420C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2541158C2 (en) * | 2009-02-19 | 2015-02-10 | Еадс Дойчланд Гмбх | Object identification and classification method |
US9091780B2 (en) * | 2009-09-17 | 2015-07-28 | Quantum Technology Sciences, Inc. (Qtsi) | Methods for identifying a signal of interest and for making a classification of identity |
RU2438182C1 (en) * | 2010-04-08 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Конструкторское Бюро "Дорс" (Ооо "Кб "Дорс") | Method of processing banknotes (versions) |
US20140201126A1 (en) * | 2012-09-15 | 2014-07-17 | Lotfi A. Zadeh | Methods and Systems for Applications for Z-numbers |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2795745C1 (en) * | 2019-09-03 | 2023-05-11 | Аугури Системс Лтд. | Sensor-independent machine fault identification |
RU2726027C1 (en) * | 2020-01-28 | 2020-07-08 | Юрий Иванович Стародубцев | Method of identifying elements of a complex system in variable conditions |
RU2756778C1 (en) * | 2020-06-17 | 2021-10-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук (ИПМаш РАН) | Method for image classification |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017132647A (en) | 2019-03-18 |
RU2017132647A3 (en) | 2019-03-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Prakash et al. | Detection of leaf diseases and classification using digital image processing | |
EP3657392A1 (en) | Image feature acquisition | |
US20100014755A1 (en) | System and method for grid-based image segmentation and matching | |
Hlaing et al. | Model-based statistical features for mobile phone image of tomato plant disease classification | |
CN109934278B (en) | High-dimensionality feature selection method for information gain mixed neighborhood rough set | |
CN108280396A (en) | Hyperspectral image classification method based on depth multiple features active migration network | |
WO2009158700A1 (en) | Assessing biometric sample quality using wavelets and a boosted classifier | |
CN103235929B (en) | Identification method and identification device on basis of hand vein images | |
CN112990282B (en) | Classification method and device for fine-granularity small sample images | |
CN111784665B (en) | OCT image quality evaluation method, system and device based on Fourier transform | |
CN104573699A (en) | Trypetid identification method based on medium field intensity magnetic resonance dissection imaging | |
Nateghi et al. | Automatic detection of mitosis cell in breast cancer histopathology images using genetic algorithm | |
RU2692420C2 (en) | Object identification and classification method | |
CN113191359A (en) | Small sample target detection method and system based on support and query samples | |
CN110163274B (en) | Object classification method based on ghost imaging and linear discriminant analysis | |
KR101612779B1 (en) | Method of detecting view-invariant, partially occluded human in a plurality of still images using part bases and random forest and a computing device performing the method | |
Oliveira et al. | A multi-objective approach for calibration and detection of cervical cells nuclei | |
CN108319935B (en) | Face group identification method based on region sparsity | |
CN107330429B (en) | Certificate item positioning method and device | |
Nayak et al. | Fruit recognition using image processing | |
Chen et al. | A novel multiscale edge detection approach based on nonsubsampled contourlet transform and edge tracking | |
KR20150114088A (en) | Device, method and computer readable recording medium for detecting object from an input image | |
Abdullah et al. | Support vector machine, multilayer perceptron neural network, bayes net and k-nearest neighbor in classifying gender using fingerprint features | |
Nijhawan et al. | Real-time object detection for visually impaired with optimal combination of scores | |
CN107679528A (en) | A kind of pedestrian detection method based on AdaBoost SVM Ensemble Learning Algorithms |