JP4463016B2 - Image analysis apparatus, image analysis method, image analysis program, and recording medium - Google Patents
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Description
本発明は、オブジェクトの切り出しや類似画像検索などに応用できる画像解析技術に関し、画像濃度の周期的な変動特徴に基づいて、画像のテクスチャ特徴を解析し、所定領域の抽出を行う画像解析装置、画像解析方法、画像解析プログラムおよびこのプログラムを格納した記録媒体に関する。 The present invention relates to an image analysis technique that can be applied to object extraction, similar image search, and the like, and an image analysis apparatus that analyzes a texture feature of an image and extracts a predetermined region based on a periodic variation feature of image density, The present invention relates to an image analysis method, an image analysis program, and a recording medium storing the program.
テクスチャ画像に対する領域分割の主要な課題は、テクスチャ画像を一様性に関する評価の下に自由度の高い領域形状で分割することである。従来、テクスチャ特徴の抽出には、画像濃度に関するマルコフ確率場を用いたモデル化が多用されている。特に、二次のガウシアンマルコフ確率場モデルが多く利用されている。 The main problem of area division for a texture image is to divide the texture image into areas having a high degree of freedom under evaluation on uniformity. Conventionally, modeling using a Markov random field related to image density is frequently used for extracting texture features. In particular, second-order Gaussian Markov random field models are often used.
ただし、画像濃度に関する二次のガウシアンマルコフ確率場モデルによって捉えられるるテクスチャ特徴は、比較的短い周期に限られる傾向がある。 However, texture features captured by a second-order Gaussian Markov random field model related to image density tend to be limited to a relatively short period.
また、最近では、異なるスケールにわたるテクスチャ特徴によって構成される大域的な特徴を捉える方法として、空間−周波数領域における解析が注目されている。特に、テクスチャ画像に対するシフト不変な解析手段として、ウェーブレットフレームが盛んに取り上げられている。また、空間−周波数領域におけるマルコフ確率場モデルが、テクスチャ認識に大変有効であるとの報告もある。 Recently, analysis in the space-frequency domain has attracted attention as a method for capturing global features composed of texture features over different scales. In particular, wavelet frames have been widely used as a shift-invariant analysis means for texture images. There is also a report that the Markov random field model in the space-frequency domain is very effective for texture recognition.
画像の領域分割の中でも、オブジェクトの切り出しを主眼とする場合、短い周期のテクスチャのみを捉えた局所的な特徴によって画像が多数の小領域に分割されることは望ましくない。なぜなら、オブジェクトに相当する領域をいくつもの小領域に分割するわけにはいかないからである。 Of the image area divisions, when the object is to cut out an object, it is not desirable that the image is divided into a large number of small areas based on local features that capture only short-period textures. This is because the area corresponding to the object cannot be divided into several small areas.
また、ウェーブレットフレーム分解や空間−周波数領域におけるマルコフ確率場モデルといった解析手法をそのまま応用するだけでは、オブジェクトに相当する領域全体を高い自由度で精度よく切り出すことは必ずしもできない。なぜなら、たとえ大域的な特徴を捉えられたとしても、オブジェクトの領域が単一のモデルによって表現できるとは限らず、また、モデルを構成するための領域自体が未知であるためである。 Also, simply applying an analysis method such as wavelet frame decomposition or Markov random field model in the space-frequency domain as it is cannot always accurately cut out the entire region corresponding to the object with a high degree of freedom. This is because even if a global feature is captured, the region of the object cannot always be expressed by a single model, and the region for constructing the model itself is unknown.
本発明は、オブジェクトの切り出しや類似画像検索などに応用できる画像解析技術に関し、画像濃度の周期的な変動特徴に基づいて、画像のテクスチャ特徴を解析し、所定領域の抽出を行う画像解析装置、画像解析方法、画像解析プログラムおよびこのプログラムを格納した記録媒体を提供することを目的としている。 The present invention relates to an image analysis technique that can be applied to such cut or similar image retrieval object, based on the periodic variation characteristics of the image density, analyzing the texture features of an image, the image analyzing device for extracting a predetermined region, An object of the present invention is to provide an image analysis method, an image analysis program, and a recording medium storing the program .
本発明の画像解析装置は、画像濃度の変動を、ウェーブレットフレームにより空間−周波数領域の係数に変換するウェーブレットフレーム分解手段と、上記ウェーブレットフレーム分解手段により変換された係数と近傍領域間のKLダイバージェンスとに基づいて所定の領域の分割と統合を所定の終了条件が満たされるまで反復して実行することにより、上記画像の領域を分割する領域分割手段と、上記領域分割によって得られる所定の領域に所定の数のマルコフ確率場モデルを導入して空間−周波数領域におけるモデルパラメータの推定を行うモデルパラメータ推定手段と、上記モデルパラメータ推定手段によって推定された各モデルパラメータの生起確率に応じて所定の境界形状を修正する境界形状修正手段とを備え、上記モデルパラメータ推定手段及び上記境界形状修正手段が、上記境界形状修正手段による修正後の境界形状に基づく上記モデルパラメータの推定及び境界形状の再修正を、所定の終了条件が満たされるまで反復して実行するようにしたものである。 The image analysis apparatus of the present invention includes: a wavelet frame decomposition unit that converts image density fluctuations into a space-frequency domain coefficient using a wavelet frame; and a KL divergence between a coefficient converted by the wavelet frame decomposition unit and a neighboring region. predetermined integration and division of the predetermined region by performing iteratively until a predetermined end condition is satisfied, a region dividing means for dividing an area of the image, in a predetermined area obtained by the above area division based on the model parameter estimation unit and a predetermined boundary shape according to the probability of occurrence of each model parameter estimated by the model parameter estimation means for estimating the model parameters in the frequency domain - the number of introduced Markov random field model space and a boundary shape correction means for correcting the said model parameters And the boundary shape correcting means repeatedly execute the estimation of the model parameter and the recorrection of the boundary shape based on the boundary shape corrected by the boundary shape correcting means until a predetermined end condition is satisfied. It is what I did.
あるいは、上記領域分割手段が、上記所定の領域の分割と統合を所定の終了条件が満たされるまで反復して実行した後、サブバンドごとの平均エネルギーを要素とする特徴ベクトルに基づいて、各領域をクラスタリングすることにより所定の領域の分割と統合を所定の終了条件が満たされるまで反復して行うようにするとよい。 Alternatively, the area dividing means, after executing repeatedly the integration and division of the predetermined region until a predetermined end condition is satisfied, based on the feature vectors to the average energy of each sub-band as elements, each region better to perform repeated until a predetermined end condition is satisfied and integration division of the predetermined region by clustering.
また、上記モデルパラメータ推定手段が、所定の領域ごとに、クラスタの数を順次増加させながらモデルパラメータを算出し、そのモデルパラメータの優劣を所定の情報量基準に基づいて評価し、導入するマルコフ確率場モデルの数を、クラスタの数がm個の場合にm+1個の場合より高い評価となるような最初のmに決定するようにするとよい。 Further, Markov probability that the model parameter estimation means, for each predetermined region, to calculate the model parameters while sequentially increasing the number of clusters, and evaluated based on the relative merits of the model parameters to a predetermined information criterion, introduced The number of field models may be determined to be the first m that gives a higher evaluation when the number of clusters is m than when m + 1 .
本発明の画像解析方法は、画像濃度の変動を、ウェーブレットフレームにより空間−周波数領域の係数に変換するウェーブレットフレーム分解ステップと、前記ウェーブレットフレーム分解ステップにより変換された係数と近傍領域間のKLダイバージェンスとに基づいて所定の領域の分割と統合を所定の終了条件が満たされるまで反復して実行することにより、上記画像の領域を分割する領域分割ステップと、上記領域分割によって得られる所定の領域に所定の数のマルコフ確率場モデルを導入して空間−周波数領域におけるモデルパラメータの推定を行うモデリングステップと、上記モデリングステップにおいて推定された各モデルパラメータの生起確率に応じて所定の境界形状を修正する境界形状修正ステップとを有し、上記モデルパラメータ推定ステップ及び上記境界形状修正ステップにより、上記境界形状修正ステップによる修正後の境界形状に基づく上記モデルパラメータの推定及び境界形状の再修正を、所定の終了条件が満たされるまで反復して実行するようにしたものである。 The image analysis method of the present invention includes a wavelet frame decomposition step for converting image density variation into a space-frequency domain coefficient using a wavelet frame, and a KL divergence between the coefficient converted by the wavelet frame decomposition step and a neighboring area. predetermined integration and division of the predetermined region by performing iteratively until a predetermined end condition is satisfied, a region dividing step of dividing an area of the image, in a predetermined area obtained by the above area division based on the introducing a Markov random field model space in the number of - the modeling step of estimating the model parameters in the frequency domain, the boundary to correct the predetermined boundary shape according to the probability of occurrence of each model parameter estimated in the modeling step and a shape modification step, the Moderupa By the meter estimation step and the boundary shape correction step, the estimation of the model parameter and the re-correction of the boundary shape based on the boundary shape corrected by the boundary shape correction step are repeatedly performed until a predetermined end condition is satisfied. It is what I did .
あるいは、上記領域分割ステップでは、上記所定の領域の分割と統合を所定の終了条件が満たされるまで反復して行った後、サブバンドごとの平均エネルギーを要素とする特徴ベクトルに基づいて、各領域をクラスタリングすることにより所定の領域の分割と統合を所定の終了条件が満たされるまで反復して行うようにするとよい。 Alternatively, the in region dividing step, after performed iteratively and integration division of the predetermined region until a predetermined end condition is satisfied, based on the feature vectors to the average energy of each sub-band as elements, each region better to perform repeated until a predetermined end condition is satisfied and integration division of the predetermined region by clustering.
上記モデルパラメータ推定ステップでは、所定の領域ごとに、クラスタの数を順次増加させながらモデルパラメータを算出し、そのモデルパラメータの優劣を所定の情報量基準に基づいて評価し、導入するマルコフ確率場モデルの数を、クラスタの数がm個の場合にm+1個の場合より高い評価となるような最初のmに決定するようにするとよい。 In the model parameter estimation step , a model parameter is calculated while sequentially increasing the number of clusters for each predetermined region, the superiority or inferiority of the model parameter is evaluated based on a predetermined information criterion, and the Markov random field to be introduced The number of models may be determined to be the first m that gives a higher evaluation when the number of clusters is m than when m + 1 .
本発明の画像解析プログラムは、上記の画像解析方法における各ステップをコンピュータに実行させるための画像解析プログラムである。
また、本発明は、上記のプログラムを記録したコンピュータに読み取り可能な記録媒体も提供する。
The image analysis program of the present invention is an image analysis program for causing a computer to execute each step in the above-described image analysis method .
The present invention also provides a computer-readable recording medium in which the above program is recorded.
以上の画像解析装置、画像解析方法、画像解析プログラムおよび記録媒体によれば、テクスチャ特徴に基づくオブジェクトの切り出しができるようになり、さらに、得られた領域情報や領域特徴を利用することにより、類似画像検索等を実現できるという効果を得る。 More image analyzer, image analyzing method, according to the image analysis program, and a recording medium, Ri Na As can cut the object based on the texture feature further, by utilizing the obtained area information and area features, The effect that a similar image search etc. is realizable is acquired.
すなわち、本発明では、ウェーブレットフレームによる解析に基づく粗い領域分割をまず先に行い、分割された所定の領域ごとにその後所定の数のガウシアンマルコフ確率場モデルを空間−周波数領域において構成する。更に、それらのモデルに基づいて、オブジェクトに相当する領域の境界形状の修正とモデルパラメータの更新とを繰り返すことで、オブジェクトを切り出す。これにより得られた領域情報や領域特徴を利用することにより、類似画像検索等を高速かつ高精度で行うことができる。 That is, in the present invention, the rough region division based on the analysis by the wavelet frame is first performed, and then a predetermined number of Gaussian Markov random field models are configured in the space-frequency region for each predetermined divided region. Further, based on those models, the object is cut out by repeatedly correcting the boundary shape of the region corresponding to the object and updating the model parameters. By using the region information and region features obtained in this way, it is possible to perform a similar image search and the like with high speed and high accuracy.
本発明の一実施の形態について説明する。 An embodiment of the present invention will be described.
図1は、本発明の一実施形態である画像解析装置11のハードウェア構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a hardware configuration of an image analysis apparatus 11 according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、画像解析装置11は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータであり、これらはバス100に接続された、CPU111と、メモリ112と、磁気記憶装置113と、入力装置114と、表示装置115と、記憶媒体読取り装置116と、通信インタフェース117とを備えている。 As shown in FIG. 1, the image analysis apparatus 11 is a computer such as a personal computer, and these are connected to a bus 100, a CPU 111, a memory 112, a magnetic storage device 113, an input device 114, and a display device. 115, a storage medium reader 116, and a communication interface 117.
CPU111は、画像解析装置11全体を統括制御し、メモリ112は、システムプログラム,各種ドライバ,各種設定値等が格納されたROM、CPU111の作業領域等が確保されたRAMからなる。磁気記憶装置113はハードディスクであり、入力装置114はマウスやキーボードであり、表示装置115はLCDやCRTであり、記憶媒体読取装置116は記憶媒体MM(CD,DVD等の光ディスク、光磁気ディスク、フロッピーディスク等の記憶メディア)の読み取り装置であり、通信インターフェイス(I/F)117はインターネットなどのネットワーク200との通信装置である。 The CPU 111 performs overall control of the entire image analysis apparatus 11, and the memory 112 includes a ROM in which system programs, various drivers, various setting values, and the like are stored, and a RAM in which a work area of the CPU 111 is secured. The magnetic storage device 113 is a hard disk, the input device 114 is a mouse or a keyboard, the display device 115 is an LCD or a CRT, and the storage medium reader 116 is a storage medium MM (optical disk such as CD or DVD, magneto-optical disk, The communication interface (I / F) 117 is a communication device with the network 200 such as the Internet.
本実施形態では、本発明における画像解析プログラムは磁気記憶装置113に記憶されている。この画像解析プログラムは、記憶媒体読取装置116が記憶媒体MMから読み取り磁気記憶装置113にインストールすることもできるし、ネットワーク200からダウンロードして磁気記憶装置113にインストールすることもできる。このインストールにより、画像解析装置11は動作可能な状態となる。この画像解析プログラムは、特定のアプリケーションソフトの一部をなすものであってもよいし、所定のOS上で動作するものであってもよい。 In the present embodiment, the image analysis program according to the present invention is stored in the magnetic storage device 113. This image analysis program can be read from the storage medium reading device 116 from the storage medium MM and installed in the magnetic storage device 113, or can be downloaded from the network 200 and installed in the magnetic storage device 113. By this installation, the image analysis apparatus 11 becomes operable. This image analysis program may be a part of specific application software, or may operate on a predetermined OS.
以下、画像解析プログラムに基づいて画像解析装置11が行う処理(ステップS101〜S113)の内容について説明する。 Hereinafter, the contents of the processing (steps S101 to S113) performed by the image analysis apparatus 11 based on the image analysis program will be described.
図2は、画像解析装置11が行う処理の概略を示すフローチャートである。CPU111は、メモリ112に格納されたウェーブレットフレーム分解プログラム、領域分割プログラム、モデルパラメータ推定プログラムおよび境界形状修正プログラムを実行することで、本発明におけるウェーブレットフレーム分解手段、領域分割手段、モデルパラメータ推定手段および境界形状修正手段としての機能を奏することができる。すなわち、ウェーブレットフレーム分解手段は画像濃度の変動を、ウェーブレットフレームにより空間−周波数領域の係数に変換し、領域分割手段は、分割統合法により画像の領域を分割し、モデルパラメータ推定手段は前記領域分割によって得られる所定の領域に所定の数のマルコフ確率場モデルを導入して空間−周波数領域におけるモデルパラメータの推定を行い、境界形状修正手段は前記モデルパラメータ推定手段によって推定された各モデルパラメータの生起確率に応じて所定の境界形状を修正する。ウェーブレットフレーム分解手段、領域分割手段、モデルパラメータ推定手段および境界形状修正手段は、ウェーブレットフレーム分解ステップ、領域分割ステップ、モデルパラメータ推定ステップおよび境界形状修正ステップにより実現される。 FIG. 2 is a flowchart illustrating an outline of processing performed by the image analysis apparatus 11. The CPU 111 executes a wavelet frame decomposition program, a region division program, a model parameter estimation program, and a boundary shape correction program stored in the memory 112, so that the wavelet frame decomposition unit, region division unit, model parameter estimation unit, and The function as the boundary shape correcting means can be achieved. That is, the wavelet frame decomposition means converts the fluctuation of the image density into a space-frequency domain coefficient by the wavelet frame, the area dividing means divides the area of the image by the division integration method, and the model parameter estimation means is the area dividing A predetermined number of Markov random field models are introduced into a predetermined region obtained by the above-described method to estimate model parameters in the space-frequency domain, and the boundary shape correcting means generates each model parameter estimated by the model parameter estimating means. A predetermined boundary shape is corrected according to the probability. The wavelet frame decomposition means, the area dividing means, the model parameter estimating means, and the boundary shape correcting means are realized by a wavelet frame decomposition step, a region dividing step, a model parameter estimating step, and a boundary shape correcting step.
図2に示すように、CPU111は、まず、所定のカウンタのカウント値nを所定の整数に初期化する(S101)。次に、ウェーブレットフレーム分解A1により、所定の分解レベルJまでウェーブレットフレーム分解を実行する(S102)。 As shown in FIG. 2, the CPU 111 first initializes a count value n of a predetermined counter to a predetermined integer (S101). Next, wavelet frame decomposition is performed up to a predetermined decomposition level J by wavelet frame decomposition A1 (S102).
S103では、カウント値nと繰り返し回数の上限N2を比較する。ここで、N2は所定の自然数である。カウント値nがN2に達していないときは(n<N2:S103の「Y」)、対象とする処理対象画像Gを22n個の矩形タイル(本発明領域)に分割する(S104)。その結果、分解レベルごとに、LL,HL,LHおよびHHの4種類のサブバンドにそれぞれ対応するウェーブレット係数がタイルの画素数と同数ずつ得られる。一方、カウント値nがN2に達しているときは(S103の「N」)、S113に進む。 In S103, it compares the upper limit N 2 of the count value n and the number of repetitions. Here, N 2 is a predetermined natural number. When the count value n has not reached N 2 is (n <N 2: "Y" in S103), and divides the target image G of interest in 2 2n pieces of rectangular tiles (invention region) (S104) . As a result, for each decomposition level, the same number of wavelet coefficients respectively corresponding to the four types of subbands LL, HL, LH, and HH are obtained as the number of pixels of the tile. On the other hand, when the count value n has reached N 2 (“N” in S103), the process proceeds to S113.
次のS105では、カウンタnと繰り返し回数の上限N1とを比較する。ここで、N1は所定の自然数である。nがN1に達していないときは(n<N1:S105の「Y」)、各タイルのラベリング処理を行い(S106)、nを1だけインクリメントして(S107)、処理をS103に戻す。一方、nがN1に達したときは(n=N1:S105の「N」)、S108に処理を進める。 In the next S105, and compares the upper bound N 1 of the counter n and number of repetitions. Here, N 1 is a predetermined natural number. When n does not reach N 1 (n <N 1 : “Y” in S105), each tile is labeled (S106), n is incremented by 1 (S107), and the process returns to S103. . On the other hand, when n reaches N 1 (n = N 1 : “N” in S105), the process proceeds to S108.
S108では、カウンタnと繰り返し回数の上限N1との異同を判定する。nがN1に等しいときは(n=N1:S108の「Y」)、注目するオブジェクトに含まれるとみなされる所定の領域(以降、「選択領域」と称する)を選択し(S109)、S110に進む。ここで、選択領域は、S106によって設定された領域ラベルの中から画像の中心に最も近いものを選択することで設定する。ただし、画素数が所定の数に満たない領域ラベルについては選択領域の候補からは除外し、候補となる領域ラベルが存在しない際には全体の処理を終了する。 In S108, it determines difference between the upper limit N 1 of the counter n and number of repetitions. When n is equal to N 1 (n = N 1 : “Y” in S108), a predetermined area considered to be included in the object of interest (hereinafter referred to as “selected area”) is selected (S109). Proceed to S110. Here, the selection area is set by selecting the area label closest to the center of the image from the area labels set in S106. However, area labels whose number of pixels is less than the predetermined number are excluded from selection area candidates, and the entire process is terminated when there is no candidate area label.
また、複数の領域ラベルが画像の中心から等距離にある場合には、それらの中で画素数の最も多い領域ラベルを選択する。更に、距離、画素数共等しい場合には、それらの中から任意の領域ラベルを選択する。一方、nとN 1 が異なるときは(S108の「N」)、S110に進む。 When a plurality of area labels are equidistant from the center of the image, the area label having the largest number of pixels is selected from them. Furthermore, if the distance and the number of pixels are equal, an arbitrary region label is selected from them. On the other hand, when n and N 1 are different (“N” in S108), the process proceeds to S110.
S110では、タイルごとに所定の特徴ベクトルaxyを抽出する。ここで、axyは、タイルxyの空間−周波数領域における各サブバンドの平均エネルギーを要素とする3J+1次元数ベクトルである。次のS111では、選択領域内の特徴ベクトルからm個のクラスタ中心を設定する。ここで、mは所定の自然数である。続いて、全タイルを対象にクラスタリングを行い(S112)、S107の処理に戻る。 In S110, a predetermined feature vector a xy is extracted for each tile. Here, a xy is a 3J + 1 dimensional number vector having the average energy of each subband in the space-frequency domain of the tile xy as an element. In next S111, m cluster centers are set from the feature vectors in the selected region. Here, m is a predetermined natural number. Subsequently, clustering is performed on all tiles (S112), and the process returns to S107.
S113では、S112におけるクラスタリングの結果から得られる所定の領域(以降、注目領域と呼ぶ)とその周辺の所定の領域(以降、周辺領域と呼ぶ)との間で、ガウシアンマルコフ確率場モデルに基づく境界形状の修正を行い(S113)、処理を終了する。 In S113, a boundary based on a Gaussian Markov random field model between a predetermined region (hereinafter referred to as a region of interest) obtained from the result of clustering in S112 and a predetermined region around it (hereinafter referred to as a peripheral region). The shape is corrected (S113), and the process ends.
図3は、S106におけるラベリング処理について説明するフローチャートである。領域ラベルの設定は、4近傍タイルとの間の分離度に基づいて行う。本処理においては、まず、すべてのタイルxy(x=0,1,・・・,Nx−1:y=0,1,・・・,Ny−1)について、その近傍タイルxy+τ(τ∈τ{(−1,0)、(0,−1)、(1,0)、(0,1)})との分離度D(x,y,τ)を次の式(1)により求める(S201)。 FIG. 3 is a flowchart for explaining the labeling process in S106. The region label is set based on the degree of separation between the four neighboring tiles. In this process, first, for all tiles xy (x = 0, 1,..., N x −1: y = 0, 1,..., N y −1), the neighboring tiles xy + τ (τ ∈τ {(-1, 0), (0, -1), (1, 0), (0, 1)}) and the degree of separation D (x, y, τ) by the following equation (1) Obtain (S201).
とのKLダイバージェンスを表し、ウェーブレット係数cに関するタイルxyにおける密度関数
Density function in tile xy with respect to wavelet coefficient c
と近傍タイルxy+
And neighboring tiles xy +
における密度関数hxy+τ(c)との偽距離に相当する。なお、同様の定義が、dLL(j){hxy|hxy+τ}についてもあてはまる。すなわち、 This corresponds to a pseudo distance with the density function h xy + τ (c) in FIG. Note that the same definition applies to d LL (j) {h xy | h xy + τ }. That is,
S202では、領域ラベルを設定する際の基準となる閾値θを分離度の頻度分布(ヒストグラム)の移動平均rから次の式(5)による条件に従って設定する。 In S202, a threshold value θ that serves as a reference when setting the region label is set according to the condition of the following equation (5) from the moving average r of the frequency distribution (histogram) of the separation degree.
S204では、lxyについての判定を行う。lxyが0に等しい場合(S204の「Y」)、D(x,y,τ)<θとなる近傍タイルのラベルlxy+τの集合をLxyと定義し(S205)、S206に進む。一方、lxyが0に等しくない場合(S204の「N」)、S208に進む。 In S204, a determination on l xy is made. When l xy is equal to 0 (“Y” in S204), a set of neighboring tile labels l xy + τ satisfying D (x, y, τ) <θ is defined as L xy (S205), and the process proceeds to S206. On the other hand, if l xy is not equal to 0 (“N” in S204), the process proceeds to S208.
S206では、Lxyについての判定を行う。Lxyが空集合でない場合(S206の「Y」)、次の式(6)により領域ラベルを設定する(S207)。 In S206, it is determined for L xy. If L xy is not an empty set (“Y” in S206), a region label is set by the following equation (6) (S207).
min{lxy+τ∈Lxy}に変更する。
S208では、xについての判定を行う。xが上限Nxに達しない場合(S208の「Y」)、xを1だけインクリメントし(S209)、S204に戻る。一方、xが上限Nxに達した場合(S208の「N」)、S210に進む。 In S208, the determination about x is performed. When x does not reach the upper limit N x (“Y” in S208), x is incremented by 1 (S209), and the process returns to S204. On the other hand, when x reaches the upper limit N x (“N” in S208), the process proceeds to S210.
S210では、yについての判定を行う。yが上限Nyに達しない場合(S210の「Y」)、xに0を代入すると共にyを1だけインクリメントし(S211)、S204に戻る。一方、yが上限Nyに達した場合(S210の「N」)、対応する画素の数が所定の値に満たないラベルの値を0に初期化した上で(S212)、ラベリング処理を終了し、S107に進む。 In S210, the determination about y is performed. If y does not reach the upper limit N y (“Y” in S210), 0 is substituted for x, y is incremented by 1 (S211), and the process returns to S204. On the other hand, if y reaches the upper limit N y (S210 "N") of, in terms of the number of the corresponding pixels are initialized to 0 the value of the label less than the predetermined value (S212), ends the labeling process Then, the process proceeds to S107.
図4は、S112におけるクラスタリング処理について説明するフローチャートである。クラスタリングは、部分空間法に基づいて行う。本処理においては、まず、S111において設定したクラスタごとに、平均二乗誤差最小基準に基づくKL展開によって、そのクラスタの部分空間を表す固有値と固有ベクトルを求める。(S301)。 FIG. 4 is a flowchart for explaining the clustering process in S112. Clustering is performed based on the subspace method. In this process, first, for each cluster set in S111, eigenvalues and eigenvectors representing a subspace of the cluster are obtained by KL expansion based on the minimum mean square error criterion. (S301).
S302では、すべてのタイルxyについて、クラスタiに関する部分空間との類似度Siを次の式(7)により求める。 In S302, the similarity S i with the partial space related to the cluster i is obtained for all tiles xy by the following equation (7).
S303では、クラスタを設定する際の基準となる閾値ηを類似度のヒストグラムの移動平均rから次の式(8)による条件に従って設定する。 In S303, a threshold value η serving as a reference for setting a cluster is set from the moving average r of the histogram of similarity according to the condition of the following equation (8).
S305では、lxyおよびmax{Si(axy)}についての判定を行う。ここで、選択領域のラベルを
In S305, a determination is made for l xy and max {S i (a xy )}. Here, select the label of the selected area
と表すことにする。lxyが
It will be expressed as l xy is
と異なりかつmax{Si(axy)}が閾値ηiより大きい場合(S305の「Y」)、タイルxyのクラスタ番号bxyに
And max {S i (a xy )} is larger than the threshold η i (“Y” in S305), the cluster number b xy of the tile xy is
を代入し(S306)、S307に進む。一方、lxyが
Is substituted (S306), and the process proceeds to S307. On the other hand, l xy is
に等しいまたはmax{Si(axy)}が閾値ηi以下の場合(S305の「N」)、S307に進む。 Or max {S i (a xy )} is equal to or smaller than the threshold η i (“N” in S305), the process proceeds to S307.
S307では、xについての判定を行う。xが上限Nxに達しない場合(S307の「Y」)、xに1を加算し(S308)、S305に戻る。一方、xが上限Nxに達した場合(S307の「N」)、S309に進む。 In S307, the determination for x is performed. When x does not reach the upper limit N x (“Y” in S307), 1 is added to x (S308), and the process returns to S305. On the other hand, when x reaches the upper limit N x (“N” in S307), the process proceeds to S309.
S309では、yについての判定を行う。yが上限Nyに達しない場合(S309の「Y」)、xに0を代入すると共にyに1を加算し(S310)、S305に戻る。一方、yが上限Nyに達した場合(S309の「N」)、S311に進む。 In S309, the determination for y is performed. When y does not reach the upper limit N y (“Y” in S309), 0 is substituted for x, 1 is added to y (S310), and the process returns to S305. On the other hand, ( "N" in S309) if y reaches the upper limit N y, the process proceeds to S311.
S311では、ラベル値
In S311, the label value
をもつタイルの8近傍に隣接するクラスタ番号
Cluster number adjacent to 8 neighbors of tile with
のタイルのラベル値を
The tile label value of
に変更する。この処理は、ラベル値を変更するタイルがなくなるまで再帰的に繰り返す。この処理が済んだら、クラスタリングの処理を終了し、S107に進む。 Change to This process is recursively repeated until there are no more tiles whose label values are to be changed. When this process is completed, the clustering process is terminated, and the process proceeds to S107.
図5は、S113における境界形状の修正処理について説明するフローチャートである。本処理においては、まず、オブジェクトとして切り出す注目領域とその周辺領域とを設定する(S401)。注目領域については、ラベル値
FIG. 5 is a flowchart for explaining the boundary shape correction processing in S113. In this process, first, an attention area to be cut out as an object and its peripheral area are set (S401). For attention areas, label values
をもつタイルを設定する。周辺領域については、その他のラベル値をもつタイルの中から、同一ラベル領域の面積が大きいものから順に所定の数の領域を設定する。 Set the tile with. For the peripheral area, a predetermined number of areas are set in order from the tile having the other label value, in the order of the area of the same label area.
S402では、注目領域と各周辺領域とにおいて、ガウシアンマルコフ確率場モデルパラメータの推定を行う。この際、最小記述長基準などの所定の情報量基準を用いて、それぞれの領域において最適なモデル数を決定する。具体的には、まず、領域内の画素をm個のクラスタに分ける。このとき使用する特徴ベクトルは、各サブバンドのウェーブレット係数を要素とする3J+1次元数ベクトルである。クラスタが決定されたら、仮のモデルパラメータの推定をクラスタごとに行う。その後、推定したモデルパラメータに基づいて、領域内のすべての画素について、生起確率が最大となるクラスタを求める。この結果に従って、各画素の属するクラスタを更新し、仮のモデルパラメータ推定以降の処理をクラスタの更新がなくなるまで続ける。ただし、繰り返し回数が所定の値に達した場合は、その時点でのモデルパラメータを採用し、m+1個のクラスタに分けた場合のモデルパラメータとの優劣を所定の情報量基準によって判定する。m個のクラスタに分けた場合の情報量基準による評価が高ければ、m個のモデルを採用する。一方、m+1個のクラスタに分けた場合の情報量基準による評価が高ければ、mに1を加算して上記の処理を再度繰り返す。なお、クラスタ数には、所定の上限値を設ける。また、自由パラメータ数は、パラメータセットから分散のパラメータを除いた数になる。次のS403では、注目領域の境界画素の内外を判定する変数flagを1に、ラベル変更の有無を表す変数eを1に、繰り返し回数を表す変数zを0にそれぞれ初期化する。 In S402, Gaussian Markov random field model parameters are estimated in the attention area and each peripheral area. At this time, the optimum number of models in each region is determined using a predetermined information criterion such as a minimum description length criterion. Specifically, first, the pixels in the region are divided into m clusters. The feature vector used at this time is a 3J + 1-dimensional number vector whose elements are wavelet coefficients of each subband. When clusters are determined, temporary model parameters are estimated for each cluster. Thereafter, based on the estimated model parameter, a cluster having the maximum occurrence probability is obtained for all the pixels in the region. According to this result, the cluster to which each pixel belongs is updated, and the processing after the provisional model parameter estimation is continued until there is no cluster update. However, when the number of repetitions reaches a predetermined value, the model parameter at that time is adopted, and the superiority or inferiority of the model parameter when divided into m + 1 clusters is determined according to a predetermined information amount criterion. If the evaluation based on the information amount criterion is high when divided into m clusters, m models are adopted. On the other hand, if the evaluation based on the information amount criterion is high when divided into m + 1 clusters, 1 is added to m and the above process is repeated again. Note that a predetermined upper limit is set for the number of clusters. The number of free parameters is the number obtained by excluding the variance parameter from the parameter set. In next step S403, a variable flag for determining the inside / outside of the boundary pixel of the region of interest is initialized to 1, a variable e indicating whether or not a label is changed is set to 1, and a variable z indicating the number of repetitions is initialized to 0.
S404では、画素の位置を表す変数u、vに0を代入すると共に、flagに−1をかける。次のS405では、画素uvについての判定を行う。具体的には、次の条件を満たすとき、uvが注目領域の境界画素と判定される。 In S404, 0 is substituted into variables u and v representing pixel positions, and -1 is applied to flag. In the next step S405, the pixel uv is determined. Specifically, when the following condition is satisfied, uv is determined as the boundary pixel of the attention area.
S407では、画素uvのラベルを次の条件に従って更新する。 In S407, the label of the pixel uv is updated according to the following condition.
(1)flag=−1かつlnewが注目領域に対応するとき、lxyにlnew、eに0を代入してS408に進む。 (1) When flag = −1 and l new corresponds to the region of interest, l new is substituted into l xy and 0 is substituted into e, and the process proceeds to S408.
(2)flag=−1かつlnewが周辺領域に対応するとき、S408に進む。 (2) When flag = −1 and l new corresponds to the peripheral region, the process proceeds to S408.
(3)flag=1かつlnewが周辺領域に対応するとき、lxyに0、eに0を代入してS408に進む。 (3) When flag = 1 and l new corresponds to the peripheral region, 0 is substituted into l xy and 0 is substituted into e, and the process proceeds to S408.
(4)flag=1かつlnewが注目領域に対応するとき、S408に進む。 (4) When flag = 1 and l new corresponds to the region of interest, the process proceeds to S408.
S408では、uについての判定を行う。uが上限Nuに達しない場合(S408の「Y」)、uに1を加算し(S409)、S405に戻る。一方、uが上限Nuに達した場合(S408の「N」)、S410に進む。 In S408, the determination for u is performed. If u does not reach the upper limit N u (“Y” in S408), 1 is added to u (S409), and the process returns to S405. On the other hand, if u has reached the upper limit Nu (“N” in S408), the process proceeds to S410.
S410では、vについての判定を行う。vが上限Nvに達しない場合(S410の「Y」)、uに0を代入すると共にvに1を加算し(S411)、S405に戻る。一方、vが上限Nvに達した場合(S410の「N」)、S412に進む。 In S410, the determination for v is performed. v may not reach the upper limit N v (S410 "Y"), and adds 1 to v with 0 is substituted into u (S411), the flow returns to S405. On the other hand, if v reaches the upper limit Nv (“N” in S410), the process proceeds to S412.
S412では、変数zと繰り返し回数の上限Zを比較すると共に、変数eの判定を行う。ここで、Zは所定の自然数である。zがZ未満かつeが0であるときは(S412の「Y」)、画素uvの属するモデルをmodelmax(uv)に従って変更し、モデルパラメータを再推定(S413)後、S404以降の処理を繰り返す。一方、zがZ以上またはeが0でないときは(S412の「N」)、領域の境界形状修正の処理を終了し、提案法におけるすべての処理を終了する。 In S412, the variable z is compared with the upper limit Z of the number of repetitions, and the variable e is determined. Here, Z is a predetermined natural number. When z is less than Z and e is 0 (“Y” in S412), the model to which the pixel uv belongs is changed according to model max (uv), the model parameters are re-estimated (S413), and the processing after S404 is performed. repeat. On the other hand, when z is equal to or greater than Z or e is not 0 (“N” in S412), the region boundary shape correction process is terminated, and all the processes in the proposed method are terminated.
11 画像解析装置
100 バス
111 CPU
112 メモリ
113 磁気記憶装置
114 入力装置
115 表示装置
116 記憶媒体読取り装置
117 通信インタフェース
117とを備えている。
11 Image Analysis Device 100 Bus 111 CPU
112 memory 113 magnetic storage device 114 input device 115 display device 116 storage medium reader 117 communication interface 117
200 ネットワーク 200 network
Claims (8)
前記ウェーブレットフレーム分解手段により変換された係数と近傍領域間のKLダイバージェンスとに基づいて所定の領域の分割と統合を所定の終了条件が満たされるまで反復して実行することにより、前記画像の領域を分割する領域分割手段と、
前記領域分割によって得られる所定の領域に所定の数のマルコフ確率場モデルを導入して空間−周波数領域におけるモデルパラメータの推定を行うモデルパラメータ推定手段と、
前記モデルパラメータ推定手段によって推定された各モデルパラメータの生起確率に応じて所定の境界形状を修正する境界形状修正手段とを備え、
前記モデルパラメータ推定手段及び前記境界形状修正手段が、前記境界形状修正手段による修正後の境界形状に基づく前記モデルパラメータの推定及び境界形状の再修正を、所定の終了条件が満たされるまで反復して実行することを特徴とする画像解析装置。 Wavelet frame decomposition means for converting fluctuations in image density into space-frequency domain coefficients using wavelet frames;
Based on the coefficients transformed by the wavelet frame decomposing means and the KL divergence between neighboring regions, division and integration of a predetermined region are repeatedly performed until a predetermined end condition is satisfied , whereby the region of the image is Area dividing means for dividing;
Model parameter estimation means for estimating a model parameter in the space-frequency domain by introducing a predetermined number of Markov random field models into the predetermined region obtained by the region division;
Boundary shape correcting means for correcting a predetermined boundary shape according to the occurrence probability of each model parameter estimated by the model parameter estimating means,
The model parameter estimating means and the boundary shape correcting means repeat the estimation of the model parameters and the recorrection of the boundary shape based on the boundary shape corrected by the boundary shape correcting means until a predetermined end condition is satisfied. An image analysis apparatus characterized by being executed .
前記ウェーブレットフレーム分解ステップにより変換された係数と近傍領域間のKLダイバージェンスとに基づいて所定の領域の分割と統合を所定の終了条件が満たされるまで反復して実行することにより、前記画像の領域を分割する領域分割ステップと、
前記領域分割によって得られる所定の領域に所定の数のマルコフ確率場モデルを導入して空間−周波数領域におけるモデルパラメータの推定を行うモデリングステップと、
前記モデリングステップにおいて推定された各モデルパラメータの生起確率に応じて所定の境界形状を修正する境界形状修正ステップとを有し、
前記モデルパラメータ推定ステップ及び前記境界形状修正ステップにより、前記境界形状修正ステップによる修正後の境界形状に基づく前記モデルパラメータの推定及び境界形状の再修正を、所定の終了条件が満たされるまで反復して実行することを特徴とする画像解析方法。 A wavelet frame decomposition step for converting image density variation into a space-frequency domain coefficient by wavelet frames;
By repeatedly carrying out up and integration division of the predetermined area a predetermined end condition is satisfied based on the KL divergence between the wavelet frame converted by cracking step coefficients and the neighboring region, the area of the image An area dividing step to divide;
A modeling step of estimating a model parameter in a space-frequency domain by introducing a predetermined number of Markov random field models into a predetermined region obtained by the region division;
And a boundary shape modification step of modifying the predetermined boundary shape according to the probability of occurrence of each model parameter estimated in the modeling step,
By the model parameter estimation step and the boundary shape correction step, the estimation of the model parameter and the re-correction of the boundary shape based on the boundary shape corrected by the boundary shape correction step are repeated until a predetermined end condition is satisfied. An image analysis method characterized by being executed .
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