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JP4660765B2 - Evolutionary image automatic classification apparatus, filter structure generation method, and program - Google Patents
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JP4660765B2 - Evolutionary image automatic classification apparatus, filter structure generation method, and program - Google Patents

Evolutionary image automatic classification apparatus, filter structure generation method, and program Download PDF

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Description

本発明は、画像から算出した特徴量群を用いた識別器(分類器ともいう。)による画像の分類装置に係り、特徴量群算出部の前段に設けたフィルタ列を進化的計算により最適化させることにより、特徴量群算出部のインプット画像として、当該識別器による分類に適した変換画像データを得ることにより、画像の分類の精度を向上させる技術に関する。   The present invention relates to an image classification apparatus using a classifier (also referred to as a classifier) using a feature quantity group calculated from an image, and optimizes a filter string provided in a preceding stage of a feature quantity group calculation unit by evolutionary calculation. The present invention relates to a technique for improving the accuracy of image classification by obtaining converted image data suitable for classification by the classifier as an input image of a feature quantity group calculation unit.

近年工業製品製造ラインにおいて、機械によるオートメーション化が急速に進んでいる。検品ラインにおいても不良品の抽出を画像を用いてコンピュータで処理することにより自動化する取り組みがおこなわれている。しかし現状では疵を認識する際の条件を画像処理の熟練者が手動でプログラムを組むなど、多大なコストと時間が必要とされている。さま最近パターン認識の分野で高い汎化能力を示す学習方法が考案されているが、それらを適用してもなお人間の識別能力に及ばない。   In recent years, automation by machines is rapidly progressing in industrial product production lines. In the inspection line, efforts have been made to automate the extraction of defective products by processing them with a computer using images. However, at present, a great deal of cost and time is required, such as a manual image processing by a person skilled in the image processing that sets conditions for recognizing wrinkles. Recently, learning methods that show high generalization ability have been devised in the field of pattern recognition, but even if they are applied, they still do not reach human recognition ability.

そこで発明者の所属している研究室が提案している進化的画像処理とこれらのパターン認識の手法を組み合わせることにより、高い認識結果を得られる識別器の獲得を目指すのが本発明の目的である。進化的画像処理とは与えられた任意の画像処理を最適化問題として定式化し、その問題を進化的計算法によって解く考え方である。   Therefore, the purpose of the present invention is to obtain a discriminator capable of obtaining a high recognition result by combining the evolutionary image processing proposed by the laboratory to which the inventor belongs and these pattern recognition techniques. is there. Evolutionary image processing is the idea of formulating arbitrary given image processing as an optimization problem and solving the problem by an evolutionary calculation method.

パターン認識とは、認識対象がいくつかの概念に分類できるとき、観測されたパターンをそれらの概念のうちのひとつに対応させる処理である。たとえば数字の認識は入力パターンを0〜9の10種類の数字のいずれかに対応させることが目的である。   Pattern recognition is a process of matching an observed pattern with one of the concepts when the recognition target can be classified into several concepts. For example, the purpose of the recognition of numbers is to make the input pattern correspond to any of 10 numbers from 0 to 9.

パターンを認識する機械を実現するためには特徴量抽出と学習・識別のふたつの課程で行われる。特徴量抽出では認識対象から何らかの特徴量を計測・抽出し、それを数値化する。このような特徴量はまとめて特徴ベクトルx=(x1、x2、…、xMTとして表される。もし特徴ベクトルの選び方が適切ならば、同じクラスの特徴ベクトルは互いに似ており、異なるクラスの特徴ベクトルは互いに違っていると考えられる。ここで得られた特徴ベクトルからその対象がどのクラスに属するかを判定する識別方法を学習する。そのためにはまずクラスの帰属が既知の学習用のサンプル集合から特徴ベクトルとクラスとの確率的な対応関係を知識として学習することが必要である。このような学習は教師あり学習と呼ばれている。次に学習された特徴ベクトルとクラスとの対応関係に関する確率的知識を利用して、与えられた未知の認識対象の特徴からその認識対象がどのクラスに属していたかを決定する方式が必要となる。その際間違って識別する確率をできるだけ小さくすることが望ましい。この未知のデータに対する識別能力を汎化能力とよぶ。パターン認識の手法としてサポートベクタマシン(Support Vector Machine:SVM)を用いた。 In order to realize a machine that recognizes patterns, it is performed in two steps: feature extraction and learning / identification. In feature quantity extraction, some feature quantity is measured and extracted from the recognition target and digitized. Such feature quantities are collectively represented as a feature vector x = (x 1 , x 2 ,..., X M ) T. If the selection of feature vectors is appropriate, feature vectors of the same class are similar to each other, and feature vectors of different classes are considered to be different from each other. From the feature vector obtained here, an identification method for determining which class the object belongs to is learned. For this purpose, it is necessary to first learn as a knowledge a stochastic correspondence between a feature vector and a class from a learning sample set with known class membership. Such learning is called supervised learning. Next, it is necessary to use a probabilistic knowledge about the correspondence between learned feature vectors and classes to determine which class the recognition target belongs to from the features of the given unknown recognition target. . At this time, it is desirable to minimize the probability of erroneous identification. This discrimination ability for unknown data is called generalization ability. A support vector machine (Support Vector Machine: SVM) was used as a pattern recognition technique.

SVMを用いた画像分類装置について説明する。図25は、従来技術における識別器の学習実行処理に係る構成を示す図である。学習用画像データ2502と学習用分類データ2502のセットである学習用画像分類データセット2501をL個用意し、特徴量群算出部2504で学習用画像データ2502から複数の特徴量を算出する。そしてこれらの特徴量群と学習用分類データ2503を対として識別器2505に入力する処理をL個の学習用画像分類データセットについて行ない、学習実行処理を行なう。   An image classification apparatus using SVM will be described. FIG. 25 is a diagram illustrating a configuration related to learning execution processing of a discriminator in the related art. L learning image classification data sets 2501 that are sets of learning image data 2502 and learning classification data 2502 are prepared, and a feature amount group calculation unit 2504 calculates a plurality of feature amounts from the learning image data 2502. Then, a process of inputting these feature quantity groups and learning classification data 2503 as a pair to the discriminator 2505 is performed for the L learning image classification data sets, and a learning execution process is performed.

図26は、従来技術における識別器の分類実行処理に係る構成を示す図である。特徴量群算出部2504で判定用画像データ2601の特徴量群を算出し、その特徴量群を識別器2505に入力し、分類実行処理することにより、判定用画像データ2601の分類結果を得る。   FIG. 26 is a diagram showing a configuration relating to classifier classification execution processing in the prior art. A feature amount group calculation unit 2504 calculates a feature amount group of the determination image data 2601, inputs the feature amount group to the discriminator 2505, and performs classification execution processing, thereby obtaining a classification result of the determination image data 2601.

このようにSVMを用いた画像分類において、分類の正答率を向上させる方法として2通りのアプローチがある。ひとつはSVMの入力として、目的とする分類に適した特徴量を選択すること、もうひとつは画像からより的確に特徴量を抽出することである。   As described above, in image classification using SVM, there are two approaches for improving the correct answer rate of classification. One is to select a feature quantity suitable for the target classification as an input of the SVM, and the other is to extract the feature quantity more accurately from the image.

既存の画像解析ソフトでは、1枚の画像から100を超える特徴量を得ることができる。これらの特徴量すべてをSVMに入力して分類することもできるが、実際には適切な入力特徴を選ぶことが汎化能力の向上につながる。逆に言えば特徴量を増やせば増やすほど汎化能力が向上するとは限らないのである。したがって目的とする分類に適した特徴量を用意することが重要になる。   Existing image analysis software can obtain more than 100 feature values from one image. Although all of these feature quantities can be input to the SVM for classification, in practice, selecting an appropriate input feature leads to an improvement in generalization ability. Conversely, the generalization ability does not necessarily improve as the feature quantity increases. Therefore, it is important to prepare feature quantities suitable for the target classification.

また画像から特徴量を算出する際に、たとえば画像にノイズがのっていて対象とする物体を的確に抽出することができない場合などは特徴量の値も正確ではなくなり、分類に悪影響を及ぼすと考えられる。このようなことを解決するためには画像にあらかじめ画像フィルタを適用し、対象物体の特徴量を的確に抽出できるようにすることが考えられる。しかしながら現在画像処理の分野で用いられているフィルタの数は膨大であり、どのフィルタをどのような順序で適用すればよいかを人手で判断するのは非常に困難である。発明者の所属する研究室ではこのような問題をGAなどの進化計算法を用いて解決する進化的画像処理を提案している。進化的画像処理とはフィルタの構造をGAや遺伝的プログラミング(Genetic Programming; GP)に適用し、目的とする画像処理を自動構築するものである。
特開2001−134763号公報 特開2005−309535号公報
Also, when calculating feature values from an image, for example, if the target object cannot be accurately extracted due to noise in the image, the value of the feature value will not be accurate, and the classification will be adversely affected. Conceivable. In order to solve such a problem, it is conceivable to apply an image filter to the image in advance so that the feature quantity of the target object can be accurately extracted. However, the number of filters currently used in the field of image processing is enormous, and it is very difficult to manually determine which filter should be applied and in what order. The laboratory to which the inventor belongs has proposed evolutionary image processing that solves such problems using evolutionary computation methods such as GA. In evolutionary image processing, the structure of a filter is applied to GA or genetic programming (GP) to automatically construct target image processing.
JP 2001-134763 A JP 2005-309535 A

本発明では画像分類において正答率を向上させることを目標に、画像から的確な特徴量を抽出することに重きを置いて、2通りの方法を提案する。いずれも原画像をSVMでの識別器に入力する前に画像フィルタを複数回適用する構造とし、その構造をGAによって学習するものである。   In the present invention, with the goal of improving the correct answer rate in image classification, two methods are proposed with emphasis on extracting accurate feature values from images. In either case, an image filter is applied a plurality of times before an original image is input to a discriminator in SVM, and the structure is learned by GA.

本発明に係る進化型画像自動分類装置は、
画像の特徴量群から当該画像の分類を判定する機械学習による識別器に入力する特徴量群を算出する特徴量群算出部に入力する変換画像データを、変換対象の画像データを変換して生成するフィルタ群の構成を定義するフィルタ構造を個体として、世代毎に設けられる個体集団から、適応度に従って一部の個体群を選択し、選択した個体群に含まれる個体の生殖処理により世代交代させる進化的計算により、最適解あるいは実用解となる個体であるフィルタ構造を探索する進化型画像自動分類装置であって、以下の要素を有することを特徴とする。
(1)フィルタ構造を個体として、世代毎に個体集団を記憶する個体集団記憶部
(2)前記特徴量群算出部と前記識別器を有し、世代毎に、個体集団記憶部に記憶している個体集団に含まれる各個体であるフィルタ構造について、学習用画像データを変換対象として当該フィルタ構造に従って学習用の変換画像データを生成し、生成した学習用の変換画像データから特徴量群を算出し、学習用の変換画像データの特徴量群を入力して学習用画像データの正解の分類である学習用分類データを出力するように識別器を学習させ、評価用画像データを変換対象として前記フィルタ構造に従って評価用の変換画像データを生成し、生成した評価用の変換画像データから特徴量群を算出し、前記学習した識別器に、評価用の変換画像データの特徴量群を入力して分類結果を出力させ、分類結果が評価用画像データの正解の分類である評価用分類データと一致する正答率を算出し、算出した正答率を適応度として、各個体の適応度を算出する適応度計算部
(3)世代毎に、算出した適応度に従って個体集団から一部の個体群を選択する個体選択部
(4)世代毎に、選択した個体群に含まれる個体のフィルタ構造から次世代の個体となるフィルタ構造を生殖処理により生成し、生成したフィルタ構造群を次世代の個体集団として個体集団記憶部に記憶させる生殖部。
The evolution type automatic image classification apparatus according to the present invention is:
Convert image data to be converted is generated by converting the image data to be converted, which is input to the feature amount group calculation unit that calculates the feature amount group to be input to the classifier by machine learning that determines the classification of the image from the image feature amount group Using the filter structure that defines the composition of the filter group to be used as an individual, select a part of the individual population according to the fitness from the individual population provided for each generation, and change the generation by reproductive processing of the individuals included in the selected individual group An evolutionary automatic image classification device that searches for a filter structure that is an individual that is an optimal solution or a practical solution by evolutionary calculation, and has the following elements.
(1) An individual group storage unit that stores an individual group for each generation with the filter structure as an individual. (2) The feature group calculation unit and the classifier are included, and each generation is stored in an individual group storage unit. For each filter structure that is included in an individual population, learning image data is generated for conversion according to the filter structure, and feature quantity groups are calculated from the generated converted image data for learning. Then, the classifier is trained to input the feature amount group of the converted image data for learning and output the classification data for learning which is the correct classification of the learning image data, and the evaluation image data as the conversion target A conversion image data for evaluation is generated according to the filter structure, a feature amount group is calculated from the generated conversion image data for evaluation, and a feature amount group of the conversion image data for evaluation is added to the learned discriminator. Input and output the classification result, calculate the correct answer rate where the classification result matches the classification data for evaluation which is the correct classification of the image data for evaluation, and use the calculated correct answer rate as the fitness value to determine the fitness of each individual Fitness calculation unit to be calculated (3) Individual selection unit for selecting a part of the individual population from the individual population according to the calculated fitness (4) Filter structure of individuals included in the selected individual group for each generation The reproductive part which produces | generates the filter structure used as a next-generation individual | organism | solid by reproductive processing, and memorize | stores the produced | generated filter structure group in an individual population memory | storage part as a next-generation individual population.

フィルタ構造は、順次前段フィルタの出力画像データを入力して画像を変換する多段フィルタを示すフィルタ識別情報の列であることを特徴とする。   The filter structure is a sequence of filter identification information indicating a multi-stage filter that sequentially inputs the output image data of the pre-stage filter and converts the image.

進化型画像自動分類装置は、更に、実用解の条件となる適応度基準を、前記算出した適応度が越えた場合に、当該適応度のフィルタ構造を出力する学習個体出力部を有することを特徴とする。   The evolutionary image automatic classification apparatus further includes a learning individual output unit that outputs a filter structure of the fitness when the fitness that exceeds the fitness criterion that is a condition for a practical solution is exceeded. And

本発明に係るフィルタ構造生成方法は、
画像の特徴量群から当該画像の分類を判定する機械学習による識別器と、識別器に入力する特徴量群を算出する特徴量群算出部と、特徴量群算出部に入力する変換画像データを、変換対象の画像データを変換して生成するフィルタ群の構成を定義するフィルタ構造を個体として、世代毎に個体集団を記憶する個体集団記憶部とを有し、世代毎に設けられる個体集団から、適応度に従って一部の個体群を選択し、選択した個体群に含まれる個体の生殖処理により世代交代させる進化的計算により、最適解あるいは実用解となる個体であるフィルタ構造を探索する進化型画像自動分類装置によるフィルタ構造生成方法であって、以下の要素を有することを特徴とする。
(1)世代毎に、個体集団記憶部に記憶している個体集団に含まれる各個体であるフィルタ構造について、学習用画像データを変換対象として当該フィルタ構造に従って学習用の変換画像データを生成し、生成した学習用の変換画像データから特徴量群を算出し、学習用の変換画像データの特徴量群を入力して学習用画像データの正解の分類である学習用分類データを出力するように識別器を学習させ、評価用画像データを変換対象として前記フィルタ構造に従って評価用の変換画像データを生成し、生成した評価用の変換画像データから特徴量群を算出し、前記学習した識別器に、評価用の変換画像データの特徴量群を入力して分類結果を出力させ、分類結果が評価用画像データの正解の分類である評価用分類データと一致する正答率を算出し、算出した正答率を適応度として、各個体の適応度を算出する適応度計算工程
(2)世代毎に、算出した適応度に従って個体集団から一部の個体群を選択する個体選択工程
(3)世代毎に、選択した個体群に含まれる個体のフィルタ構造から次世代の個体となるフィルタ構造を生殖処理により生成し、生成したフィルタ構造群を次世代の個体集団として個体集団記憶部に記憶させる生殖工程。
The filter structure generation method according to the present invention includes:
A classifier by machine learning that determines the classification of the image from the feature quantity group of the image, a feature quantity group calculation unit that calculates a feature quantity group to be input to the classifier, and converted image data to be input to the feature quantity group calculation unit A filter structure that defines the structure of a filter group that is generated by converting image data to be converted as an individual, and an individual group storage unit that stores an individual group for each generation, from an individual group provided for each generation An evolutionary model that searches for the filter structure, which is an individual solution that is an optimal solution or a practical solution, through evolutionary computation that selects a part of the population according to fitness and changes generations by reproductive processing of individuals included in the selected population. A filter structure generation method by an automatic image classification device, characterized by having the following elements.
(1) For each generation, for each filter structure that is an individual included in the individual group stored in the individual group storage unit, learning image data is generated as conversion target, and converted image data for learning is generated according to the filter structure. The feature amount group is calculated from the generated converted image data for learning, the feature amount group of the converted image data for learning is input, and the classification data for learning that is the correct classification of the learning image data is output. Learning the discriminator, generating conversion image data for evaluation according to the filter structure using the evaluation image data as a conversion target, calculating a feature amount group from the generated conversion image data for evaluation, Then, input the feature value group of the converted image data for evaluation, output the classification result, and calculate the correct answer rate that the classification result matches the classification data for evaluation which is the correct classification of the evaluation image data Then, the fitness calculation step of calculating the fitness of each individual using the calculated correct answer rate as the fitness (2) Individual selection step of selecting a part of the individual population from the individual population according to the calculated fitness for each generation ( 3) For each generation, a filter structure to be the next generation individual is generated from the filter structure of the individual included in the selected individual group by reproductive processing, and the generated filter structure group is stored in the individual population storage unit as the next generation individual population. Reproductive process to memorize.

フィルタ構造生成方法は、更に、実用解の条件となる適応度基準を、前記算出した適応度が越えた場合に、当該適応度のフィルタ構造を出力する学習個体出力工程を有することを特徴とする。   The filter structure generation method further includes a learning individual output step of outputting the filter structure of the fitness level when the calculated fitness level exceeds a fitness level that is a practical solution condition. .

本発明に係るプログラムは、
画像の特徴量群から当該画像の分類を判定する機械学習による識別器と、識別器に入力する特徴量群を算出する特徴量群算出部と、特徴量群算出部に入力する変換画像データを、変換対象の画像データを変換して生成するフィルタ群の構成を定義するフィルタ構造を個体として、世代毎に個体集団を記憶する個体集団記憶部とを有し、世代毎に設けられる個体集団から、適応度に従って一部の個体群を選択し、選択した個体群に含まれる個体の生殖処理により世代交代させる進化的計算により、最適解あるいは実用解となる個体であるフィルタ構造を探索する進化型画像自動分類装置となるコンピュータに、以下の手順を実行させることを特徴とする。
(1)世代毎に、個体集団記憶部に記憶している個体集団に含まれる各個体であるフィルタ構造について、学習用画像データを変換対象として当該フィルタ構造に従って学習用の変換画像データを生成し、生成した学習用の変換画像データから特徴量群を算出し、学習用の変換画像データの特徴量群を入力して学習用画像データの正解の分類である学習用分類データを出力するように識別器を学習させ、評価用画像データを変換対象として前記フィルタ構造に従って評価用の変換画像データを生成し、生成した評価用の変換画像データから特徴量群を算出し、前記学習した識別器に、評価用の変換画像データの特徴量群を入力して分類結果を出力させ、分類結果が評価用画像データの正解の分類である評価用分類データと一致する正答率を算出し、算出した正答率を適応度として、各個体の適応度を算出する適応度計算手順
(2)世代毎に、算出した適応度に従って個体集団から一部の個体群を選択する個体選択手順
(3)世代毎に、選択した個体群に含まれる個体のフィルタ構造から次世代の個体となるフィルタ構造を生殖処理により生成し、生成したフィルタ構造群を次世代の個体集団として個体集団記憶部に記憶させる生殖手順。
The program according to the present invention is:
A classifier by machine learning that determines the classification of the image from the feature quantity group of the image, a feature quantity group calculation unit that calculates a feature quantity group to be input to the classifier, and converted image data to be input to the feature quantity group calculation unit A filter structure that defines the structure of a filter group that is generated by converting image data to be converted as an individual, and an individual group storage unit that stores an individual group for each generation, from an individual group provided for each generation An evolutionary model that searches for the filter structure, which is an individual solution that is an optimal solution or a practical solution, through evolutionary computation that selects a part of the population according to fitness and changes generations by reproductive processing of individuals included in the selected population. A computer that is an automatic image classification apparatus is caused to execute the following procedure.
(1) For each generation, for each filter structure that is an individual included in the individual group stored in the individual group storage unit, learning image data is generated as conversion target, and converted image data for learning is generated according to the filter structure. The feature amount group is calculated from the generated converted image data for learning, the feature amount group of the converted image data for learning is input, and the classification data for learning that is the correct classification of the learning image data is output. Learning the discriminator, generating conversion image data for evaluation according to the filter structure using the evaluation image data as a conversion target, calculating a feature amount group from the generated conversion image data for evaluation, Then, input the feature value group of the converted image data for evaluation, output the classification result, and calculate the correct answer rate that the classification result matches the classification data for evaluation which is the correct classification of the evaluation image data The fitness calculation procedure for calculating the fitness of each individual using the calculated correct answer rate as the fitness (2) Individual selection procedure for selecting a part of the individual population from the individual population according to the calculated fitness for each generation ( 3) For each generation, a filter structure to be the next generation individual is generated from the filter structure of the individual included in the selected individual group by reproductive processing, and the generated filter structure group is stored in the individual population storage unit as the next generation individual population. Reproductive procedure to remember.

プログラムは、更に、実用解の条件となる適応度基準を、前記算出した適応度が越えた場合に、当該適応度のフィルタ構造を出力する学習個体出力手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。   The program further causes the computer to execute a learning individual output procedure for outputting a filter structure of the fitness when the calculated fitness exceeds a fitness criterion that is a condition for a practical solution. .

本発明によれば、画像から算出した特徴量群を用いた識別器による画像分類装置において、特徴量群算出部の前段に設けたフィルタ列を進化的計算により最適化させることにより、特徴量群算出部のインプット画像として、当該識別器による分類に適した変換画像データを得ることが出来る。これにより、画像分類の精度を向上させることができる。   According to the present invention, in the image classification device using the classifier using the feature amount group calculated from the image, the feature amount group is optimized by performing evolutionary calculation on the filter row provided in the preceding stage of the feature amount group calculating unit. Converted image data suitable for classification by the classifier can be obtained as an input image of the calculation unit. Thereby, the accuracy of image classification can be improved.

実施の形態1.
SVMでの識別器構成の前にフィルタ列を適用する構造として、まず図1及び図2に示すような構造を考えた。つまりSVMの入力である全特徴量に対して、ある特定の1つのフィルタ列を対応させるものである。(以下この構造を[1:全]構造と表現する。)ここでフィルタ列をGAの学習対象とする。
Embodiment 1 FIG.
As a structure in which a filter array is applied before the classifier configuration in SVM, first, a structure as shown in FIGS. 1 and 2 was considered. That is, one specific filter row is made to correspond to all the feature quantities that are input to the SVM. (Hereinafter, this structure is expressed as a [1: all] structure.) Here, the filter train is a GA learning target.

識別器は、機械学習により画像の特徴量群から当該画像の分類を判定するように構成されている。そして、本装置は、この識別器による学習実行処理と分類実行処理の二段階の処理を通じてフィルタ列の適応度を算出する。図1は、識別器の学習実行処理に係る構成を示す図である。学習用画像データ102と学習用分類データ103のセットである学習用画像分類データセット101をN個用意し、学習用画像データ102をフィルタ列104で画像変換し、特徴量群算出部105でその学習用の変換画像データから異なる複数の特徴量を算出する。そしてこれらの特徴量群と学習用分類データ103を対として識別器2505に入力する処理をN個の学習用画像分類データセットについて行ない、学習実行処理を行なう。学習用分類データ103は、学習用画像データ102の正解の分類を示している。   The discriminator is configured to determine the classification of the image from the feature amount group of the image by machine learning. And this apparatus calculates the fitness of a filter row | line | column through the process of two steps of the learning execution process and classification | category execution process by this discriminator. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration related to learning execution processing of a classifier. N learning image classification data sets 101, which are sets of learning image data 102 and learning classification data 103, are prepared. The learning image data 102 is image-converted by the filter array 104, and the feature amount group calculation unit 105 performs the image conversion. A plurality of different feature amounts are calculated from the converted image data for learning. Then, a process of inputting these feature quantity groups and the learning classification data 103 as a pair to the discriminator 2505 is performed on the N learning image classification data sets, and a learning execution process is performed. The learning classification data 103 indicates correct classification of the learning image data 102.

このようにして識別器106で学習した結果を用いて、別に用意した評価用画像データを分類し、その結果の正答率を評価する。図2は、識別器の分類実行処理に係る構成を示す図である。評価用画像データ202と評価用分類データ203のセットである評価用画像分類データセット201をM個用意し、評価用画像データ202をフィルタ列104で画像変換し、特徴量群算出部105でその評価用の変換画像データから異なる複数の特徴量を算出する。そしてこれらの特徴量群を識別器2505に入力し、分類実行処理を行なう。そして分類結果が評価用分類データ203と一致するか否かを判定する。一致する場合には正答とし、不一致の場合には誤答とする。これらの処理をM個の評価用画像分類データセットについて行ない、正答率を算出する。そして、この正答率をGAの適応率として扱い、最適あるいは実用的なフィルタ列を導き出す。   Using the result learned by the discriminator 106 in this way, separately prepared image data for evaluation is classified, and the correct answer rate of the result is evaluated. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration related to classifier classification execution processing. M pieces of evaluation image classification data sets 201, which are sets of evaluation image data 202 and evaluation classification data 203, are prepared. The evaluation image data 202 is image-converted by the filter array 104, and the feature amount group calculation unit 105 converts the image data. A plurality of different feature amounts are calculated from the converted image data for evaluation. These feature amount groups are input to the discriminator 2505, and classification execution processing is performed. Then, it is determined whether or not the classification result matches the evaluation classification data 203. If they match, the answer is correct. If they do not match, the answer is incorrect. These processes are performed on the M image classification data sets for evaluation, and the correct answer rate is calculated. Then, this correct answer rate is treated as the GA adaptation rate, and an optimum or practical filter array is derived.

評価用分類データ203は、評価用画像データ102の正解の分類を示している。また、フィルタ列は、変換対象の画像データを変換して生成するフィルタ群の構成を定義するフィルタ構造の例である。   The evaluation classification data 203 indicates the correct classification of the evaluation image data 102. The filter string is an example of a filter structure that defines the configuration of a filter group that is generated by converting image data to be converted.

このモデルは、たとえば画像が撮影された環境やカメラの性能が原因で全体的に暗くなってしまった画像やノイズがのってしまった画像に対し、それぞれガンマ補正フィルタなどで明るくしたり、ノイズ除去系のフィルタでノイズ除去する構造が学習されることを期待している。このようなフィルタ列が得られれば画像中の対象物がより鮮明になり、SVMでの分類が容易になって正答率の向上に結びつくのではないかと考えた。ここでフィルタ列の構造として様々なものが考えられる。たとえば木構造状フィルタやネットワーク状フィルタ、階層型フィルタなどである。これらのフィルタ構造は表現力が高く、高い性能を得ることが期待できる。従って、1本の直列構造のフィルタ列に限らず、他のフィルタ構造であっても構わない。   For example, this model uses a gamma correction filter to brighten an image that has become dark overall due to the environment in which the image was taken or the performance of the camera, or an image that has noise on it. It is expected that a structure for removing noise will be learned by a removal filter. If such a filter row is obtained, the object in the image becomes clearer, and it is considered that the classification by SVM is facilitated, leading to an improvement in the correct answer rate. Here, various structures of the filter row are conceivable. For example, a tree structure filter, a network filter, a hierarchical filter, and the like. These filter structures are highly expressive and can be expected to achieve high performance. Therefore, the filter row is not limited to one in series, and other filter structures may be used.

学習は染色体をビット列ではなく実数値をそのまま用いる実数値GAを使用した。用意したフィルタ群のそれぞれに固有のフィルタ番号を割り振り、その番号を染色体に用いた。つまり、この例ではフィルタ列は、順次前段フィルタの出力画像データを入力して画像を変換する多段フィルタを示すフィルタ識別情報の列である。フィルタの長さは固定とし、画像に対して何も手を加えないNOPフィルタ(NonOperator)を用意して擬似的に可変となるようにした。また用いるフィルタとして、画像を急激に変換するようなフィルタはその画像の特徴量が失われてしまう可能性が高く適切でない。したがってあまり急激に変化しないようなフィルタを用意した。   For learning, a real value GA using a real value as it is instead of a bit string as a chromosome was used. A unique filter number was assigned to each of the prepared filter groups, and that number was used for the chromosome. That is, in this example, the filter sequence is a sequence of filter identification information indicating a multi-stage filter that sequentially inputs the output image data of the pre-filter and converts the image. The length of the filter is fixed, and a NOP filter (NonOperator) that does not modify the image is prepared so as to be pseudo variable. Further, as a filter to be used, a filter that abruptly converts an image is not appropriate because a feature amount of the image is likely to be lost. Therefore, a filter that does not change so rapidly was prepared.

画像フィルタの例を示す。
番号 名称:内容
F0 NOP:何もしない(Non Operator)
F1 反転:階調値を反転させる
F2 最大値:注目画素の8近傍の階調値の最大値に置き換える
F3 最小値:注目画素の8近傍の階調値の最小値に置き換える
F4 中央値:注目画素の8近傍の階調値の中央値に置き換える
F5 平均値:注目画素の8近傍の階調値の平均値に置き換える
F6 レンジ:注目画素の8近傍の階調値の最大値と最小値の差に置き換える
F7 分散:注目画素の8近傍の分散に置き換える
F8 Prewitt:プレヴィットフィルタ
F9 Sobel:ゾーベルフィルタ
F10 縦エッジ:縦エッジを強調する
F11 横エッジ:横エッジを強調する
F12 Laplacian:ラプラシアンフィルタ
F13 鮮鋭化:エッジを強調して先鋭化する
F14 原画像差分:原画像との階調値の差分
F15 LightPixel:判別分析法による二値化しきい値より暗い画素を0
F16 DarkPixel:判別分析法による二値化しきい値より明るい画素を255
F17 二値化しきい値距離:注目画素の階調値と二値化しきい値との差に置き換える
F18 ガンマ補正(+):ガンマ補正(γ=2)
F19 ガンマ補正(−):ガンマ補正(γ=0。5)
F20 線形濃度変換:最小階調値と最大階調値の間で線形の濃度変換を行う
F21 非線形濃度変換:階調値0と255の間で非線形の濃度変換を行う
特徴量の例を示す。
番号 名称:内容
P0 平均階調値:画像中に含まれる階調値の平均値
P1 標準偏差:全画素の階調値の標準偏差
P2 最大階調値:画像中に含まれる階調値の最大値
P3 最小階調値:画像中に含まれる階調値の最小値
P4 レンジ:全画素の階調値の最大値から最小値を引いたもの
P5 1σ内確率:平均階調値±標準偏差に収まっている画素数の割合
P6 3σ外確率:平均階調値±3×標準偏差に収まっていない画素数の割合
P7 第1四分位数:階調値を昇順に並べたとき下から1/4の位置にあたる階調値
P8 中央値:階調値を昇順に並べたとき中央の位置にあたる階調値
P9 第3四分位数:階調値を昇順に並べたとき下から3/4の位置にあたる階調値
P10 最頻値:もっとも出現頻度の高い階調値
P11 歪度:階調値分布の非対称性をあらわす
P12 尖度:階調値分布のとがり具合をあらわす
P13 判別分析法しきい値:判別分析法による二値化の際のしきい値
P14 低位クラス内分散:二値化時の階調値の低い方のグループ内の分散
P15 高位クラス内分散:二値化時の階調値の高い方のグループ内の分散
P16 クラス間分散:二値化時の高低のグループ間の分散
P17 領域数:二値化後の対象領域数
P18 平均周長:二値化後の対象領域の周長の平均値
P19 最大周長:二値化後の対象領域の周長の最大値
P20 平均フェレ径縦横比:二値化後の対象領域の外接矩形の縦横比の平均値
P21 最大フェレ径縦横比:二値化後の対象領域の外接矩形の縦横比の最大値
P22 合計領域面積:二値化後の対象領域の面積の合計値
P23 平均領域面積:二値化後の対象領域の面積の平均値
P24 最大領域面積:二値化後の対象領域の面積の最大値
P25 平均円形度:二値化後の対象領域の円形度(4πS/L2)の平均
P26 水平ライン差分率:二値化後の水平ラインスキャン時に上下ラインでの階調値相違画素数の割合
P27 垂直ライン差分率:二値化後の垂直ラインスキャン時に左右ラインでの階調値相違画素数の割合
P28 最大角度:二値化後の対象領域の傾き角度の最大値
P29 最小角度:二値化後の対象領域の傾き角度の最小値
P30 平均角度:二値化後の対象領域の傾き角度の平均値
続いて、本発明に係る進化型画像自動分類装置について詳述する。図3は、進化型画像自動分類装置の構成を示す図である。進化型画像自動分類装置は、セットデータ入力部301、学習用画像分類データセット評価用画像分類データセット記憶部302、初期個体入力部303、個体集団記憶部304、適応度計算部305、適応度記憶部306、個体選択部307、選択個体記憶部308、生殖部309、及び学習個体出力部310を有している。
An example of an image filter is shown.
Number Name: Contents F0 NOP: Do nothing (Non Operator)
F1 Inversion: Invert the gradation value F2 Maximum value: Replace with the maximum value of the gradation value near 8 of the target pixel F3 Minimum value: Replace with the minimum value of the gradation value near 8 of the target pixel F4 Median value: Attention F5 average value to be replaced with the median of the gradation values in the vicinity of the pixel 8: F6 range to be replaced with the average value of the gradation values in the vicinity of the pixel of interest F6 range: the maximum and minimum values of the gradation values in the vicinity of the pixel of interest 8 F7 variance replaced with difference: F8 replaced with variance in the vicinity of the pixel of interest F8 Prewitt: Previt filter F9 Sobel: Sobel filter F10 Vertical edge: F11 enhancing the vertical edge Horizontal edge: F12 enhancing the horizontal edge Laplacian: Laplacian filter F13 Sharpening: Sharpening by enhancing the edge F14 Original image difference: Difference in gradation value from the original image F15 LightPixel The dark pixels than binarization threshold by discriminant analysis 0
F16 DarkPixel: 255 pixels brighter than the binarization threshold by the discriminant analysis method
F17 Binary threshold distance: Replace with the difference between the gradation value of the target pixel and the binary threshold F18 Gamma correction (+): Gamma correction (γ = 2)
F19 Gamma correction (−): Gamma correction (γ = 0.5)
F20 Linear density conversion: Linear density conversion is performed between the minimum gradation value and the maximum gradation value. F21 Nonlinear density conversion: Non-linear density conversion is performed between the gradation values 0 and 255.
Number Name: Contents P0 Average gradation value: Average value of gradation values included in image P1 Standard deviation: Standard deviation of gradation values of all pixels P2 Maximum gradation value: Maximum gradation value included in image Value P3 Minimum gradation value: Minimum gradation value P4 included in image P4 Range: Maximum gradation value of all pixels minus minimum value P5 Probability within 1σ: Average gradation value ± standard deviation Proportion of number of pixels P6 3σ out-of-probability: average gradation value ± 3 × ratio of number of pixels not within standard deviation P7 First quartile: 1 / from the bottom when the gradation values are arranged in ascending order Gradation value P8 corresponding to position 4 Median: gradation value P9 corresponding to the central position when gradation values are arranged in ascending order Third quartile: 3/4 from the bottom when gradation values are arranged in ascending order Tone value P10 corresponding to the position Mode: Tone value P11 having the highest appearance frequency Distortion: Asymmetry of tone value distribution P12 Kurtosis: Degree of gradation value distribution P13 Discriminant analysis threshold value: Threshold value for binarization by discriminant analysis method P14 Low class variance: Tone value at binarization Dispersion P15 in the lower group Higher class dispersion: Dispersion P16 in the group with the higher gradation value in binarization Interclass dispersion: Dispersion P17 in the lower group in binarization Number of regions: Number of target areas after binarization P18 Average circumference: Average value of circumference of target area after binarization P19 Maximum circumference: Maximum value of circumference of target area after binarization P20 Average ferret diameter aspect ratio : Average value of aspect ratio of circumscribed rectangle of target area after binarization P21 Maximum ferret diameter aspect ratio: Maximum value of aspect ratio of circumscribed rectangle of target area after binarization P22 Total area area: After binarization Total value P23 of the area of the target area Average area area: of the target area after binarization Average area value P24 Maximum area area: Maximum area value of target area after binarization P25 Average circularity: Average degree of circularity (4πS / L2) of target area after binarization P26 Horizontal line difference ratio: 2 Ratio of the number of pixels with different gradation values in the upper and lower lines during horizontal line scan after binarization P27 Vertical line difference ratio: Ratio of the number of pixels with different gradation values in the left and right lines during vertical line scanning after binarization P28 Maximum angle : Maximum value P29 of the inclination angle of the target area after binarization Minimum angle: Minimum value P30 of the inclination angle of the target area after binarization Average angle: Average value of the inclination angle of the target area after binarization The evolution type automatic image classification apparatus according to the present invention will be described in detail. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the evolutionary image automatic classification apparatus. The evolution type automatic image classification apparatus includes a set data input unit 301, a learning image classification data set evaluation image classification data set storage unit 302, an initial individual input unit 303, an individual group storage unit 304, a fitness calculation unit 305, and a fitness. A storage unit 306, an individual selection unit 307, a selected individual storage unit 308, a reproduction unit 309, and a learning individual output unit 310 are provided.

図4は、進化計算アルゴリズムによる学習処理のフローを示す図である。まず、セットデータ入力部301による学習用画像分類データセット、評価用画像分類データセット入力処理(S401)を行ない、入力した学習用画像分類データセットと評価用画像分類データセットを学習用画像分類データセット評価用画像分類データセット記憶部302に記憶させる。   FIG. 4 is a diagram showing a flow of learning processing by the evolutionary calculation algorithm. First, learning image classification data set and evaluation image classification data set input processing (S401) is performed by the set data input unit 301, and the input learning image classification data set and evaluation image classification data set are used as learning image classification data. It is stored in the set evaluation image classification data set storage unit 302.

次に、初期個体入力部303による初期個体入力処理(S402)で、初期個体となるフィルタ列を入力し、個体集団記憶部304に記憶させる。フィルタ列は無作為に生成されたものでよい。   Next, in the initial individual input process (S 402) by the initial individual input unit 303, a filter string to be an initial individual is input and stored in the individual group storage unit 304. The filter sequence may be randomly generated.

世代交代終了判定処理(S406)で、終了と判定するまで世代交代の処理を繰り返す。具体的には、適応度計算部305による適応度計算処理(S403)、個体選択部307による個体選択処理(S404)、生殖部309による生殖処理(S405)を繰り返す。当該世代の各個体(フィルタ列)の適応度を算出する適応度計算処理(S403)については、図5〜図15を用いて後述する。個体選択部307による個体選択処理(S404)では、適応度に従って一部の個体群を選択する。例えば、適応度の高い個体から順に所定数の個体を選択する。生殖処理(S405)では、選択された所定数の個体を元に次世代の個体(フィルタ列)を生成する。この処理については、図16を用いて後述する。   In the generation change end determination process (S406), the generation change process is repeated until it is determined to end. Specifically, fitness calculation processing (S403) by the fitness calculation unit 305, individual selection processing (S404) by the individual selection unit 307, and reproduction processing (S405) by the reproduction unit 309 are repeated. The fitness calculation process (S403) for calculating the fitness of each individual (filter array) of the generation will be described later with reference to FIGS. In the individual selection processing (S404) by the individual selection unit 307, a part of the individual group is selected according to the fitness. For example, a predetermined number of individuals are selected in descending order of fitness. In the reproduction process (S405), a next generation individual (filter array) is generated based on the selected predetermined number of individuals. This process will be described later with reference to FIG.

世代交代終了判定処理(S406)で終了と判定すると、最終世代の個体(フィルタ列)について適応度計算部305で適応度を計算し(S407)、学習個体出力部310による学習個体出力処理(S408)でそのフィルタ列と適応度を出力する。世代交代終了判定部(図示せず)では、最適解あるいは実用解を得られたと判断した場合に、終了とする。例えば、適応度が所定世代数を交代しても一定になった場合に最適解と判断して、終了する。あるいは、予め実用解の条件となる適応度基準を設定しておき、その適応度基準を前記算出した適応度が越えた場合に、終了する。   If it is determined in the generation change end determination process (S406) that the process ends, the fitness calculation unit 305 calculates the fitness for the final generation individual (filter string) (S407), and the learning individual output process (S408) by the learning individual output unit 310 ) To output the filter sequence and fitness. When the generation change end determination unit (not shown) determines that an optimal solution or a practical solution has been obtained, the determination is ended. For example, when the fitness level is constant even when the predetermined number of generations are changed, the optimal solution is determined and the process ends. Alternatively, a fitness standard that is a practical solution condition is set in advance, and the process ends when the calculated fitness exceeds the fitness standard.

前述の適応度計算部305による適応度計算処理(S403)について詳述する。図5は、適応度計算部の構成を示す図である。適応度計算部305は、分類学習部501、評価分類部502、及び正答率算出部503を有している。   The fitness calculation processing (S403) by the fitness calculation unit 305 will be described in detail. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the fitness calculation unit. The fitness calculation unit 305 includes a classification learning unit 501, an evaluation classification unit 502, and a correct answer rate calculation unit 503.

図6は、適応度計算処理フローを示す図である。個体(フィルタ列)毎に以下の処理を繰り返す(S601)。まず、分類学習部501による分類学習処理(S602)を行なう。この処理では、当該フィルタ列を識別器の前段に設けて識別器の学習を行なう。   FIG. 6 is a diagram showing a fitness calculation processing flow. The following processing is repeated for each individual (filter row) (S601). First, classification learning processing (S602) by the classification learning unit 501 is performed. In this process, the filter train is provided in the preceding stage of the classifier to learn the classifier.

図7は、分類学習部の構成を示す図である。分類学習部501は、フィルタ列画像変換部701、特徴量群算出部702、識別器学習実行部703、及び識別器学習データ記憶部704を有している。識別器学習実行部703と識別器学習データ記憶部704は、識別器106の一部を構成している。つまり、分類学習部501は、識別器106の学習実行に係る構成を利用している。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the classification learning unit. The classification learning unit 501 includes a filter array image conversion unit 701, a feature amount group calculation unit 702, a classifier learning execution unit 703, and a classifier learning data storage unit 704. The discriminator learning execution unit 703 and the discriminator learning data storage unit 704 constitute a part of the discriminator 106. That is, the classification learning unit 501 uses a configuration related to learning execution of the classifier 106.

図8は、分類学習処理フローを示す図である。学習用画像データ毎に以下の処理を繰り返す(S801)。まず、フィルタ列画像変換部701によるフィルタ列画像変換処理(S802)を行なう。   FIG. 8 is a diagram showing a classification learning process flow. The following processing is repeated for each learning image data (S801). First, filter row image conversion processing (S802) by the filter row image conversion unit 701 is performed.

図9は、フィルタ列画像変換部の構成を示す図である。フィルタ列画像変換部701は、フィルタ選択部901、フィルタ実行部902〜904、及び画像データバッファ906,907を有している。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the filter array image conversion unit. The filter row image conversion unit 701 includes a filter selection unit 901, filter execution units 902 to 904, and image data buffers 906 and 907.

図10は、フィルタ列画像変換処理フローを示す図である。まず、学習用画像データを画像データバッファAに書き込み(S1001)、入力バッファポインタに画像データバッファAのポインタを設定し、出力バッファポインタに画像データバッファBのポインタを設定する(S1002)。入力バッファポインタと出力バッファポインタは、フィルタ選択部901内に設けられている。そして、フィルタの列に従って、順次フィルタ番号毎に以下の処理を繰り返す(S1003)。フィルタ番号により特定されるフィルタ実行部に入力バッファポインタと出力バッファポインタをセットし、当該フィルタ実行部を起動する(S1004)。フィルタ実行部は、入力バッファポインタにより特定される画像データバッファから画像データを読込み、画像を変換し、変換した画像を出力バッファポインタにより特定される画像データバッファに書込む。フィルタ実行部の処理が終了すると、入力バッファポインタと出力バッファポインタを切り替える(S1005)。この処理を、すべてのフィルタ番号について行なった時点で(S1006)、出力バッファポインタで特定される画像データバッファから変換画像データを出力する(S1007)。   FIG. 10 is a diagram showing a filter row image conversion processing flow. First, the learning image data is written into the image data buffer A (S1001), the pointer of the image data buffer A is set as the input buffer pointer, and the pointer of the image data buffer B is set as the output buffer pointer (S1002). The input buffer pointer and the output buffer pointer are provided in the filter selection unit 901. Then, the following processing is sequentially repeated for each filter number in accordance with the filter column (S1003). The input buffer pointer and the output buffer pointer are set in the filter execution unit specified by the filter number, and the filter execution unit is activated (S1004). The filter execution unit reads the image data from the image data buffer specified by the input buffer pointer, converts the image, and writes the converted image into the image data buffer specified by the output buffer pointer. When the processing of the filter execution unit is completed, the input buffer pointer and the output buffer pointer are switched (S1005). When this process is performed for all the filter numbers (S1006), the converted image data is output from the image data buffer specified by the output buffer pointer (S1007).

次に、特徴量群算出部702による特徴量群算出処理(図8のS803)を行なう。図11は、特徴量群算出部の構成を示す図である。複数の特徴量算出部1101〜1103を有している。これらの特徴量算出部は、識別器のインプットの仕様として決定された所定の特徴量に対応する。   Next, a feature value group calculation process (S803 in FIG. 8) by the feature value group calculation unit 702 is performed. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the feature amount group calculation unit. A plurality of feature amount calculation units 1101 to 1103 are provided. These feature amount calculation units correspond to predetermined feature amounts determined as the specifications of the input of the classifier.

図12は、特徴量群算出処理フローを示す図である。それぞれの特徴量算出部に、変換画像データを入力して特徴量を算出する。この例では、第一特徴量算出部1101による第一特徴量算出処理(S1201)、第二特徴量算出部1102による第二特徴量算出処理(S1202)、第三特徴量算出部1103による第三特徴量算出処理(S1203)を行なっている。   FIG. 12 is a diagram showing a feature quantity group calculation processing flow. The converted image data is input to each feature amount calculation unit to calculate the feature amount. In this example, a first feature value calculation process (S1201) by the first feature value calculation unit 1101, a second feature value calculation process (S1202) by the second feature value calculation unit 1102, and a third feature value calculation unit 1103 by the third feature value calculation unit 1103. A feature amount calculation process (S1203) is performed.

そして、すべての学習用画像データについて特徴量群を算出した時点(図8のS804)で、識別器学習実行部703による識別器学習実行処理(S805)を行なう。特徴量群と学習用分類データの対をN個入力し、識別器としての学習を行なう。学習の結果は、識別器学習データ(SVMでは、分類値ということもある。)として識別器学習データ記憶部704に格納される。このデータは、後述する識別器の分類実行処理で用いられる。   Then, at the time when the feature amount group is calculated for all the learning image data (S804 in FIG. 8), the classifier learning execution process (S805) by the classifier learning execution unit 703 is performed. N pairs of feature quantity groups and classification data for learning are input, and learning as a classifier is performed. The learning result is stored in the discriminator learning data storage unit 704 as discriminator learning data (sometimes referred to as a classification value in SVM). This data is used in the classifier classification execution process described later.

次に、評価分類部502による評価分類処理(図6のS603)を行なう。この処理では、学習した識別器の前段に当該フィルタ列を設けて、識別器による評価用画像の分類を行なう。   Next, evaluation classification processing (S603 in FIG. 6) by the evaluation classification unit 502 is performed. In this process, the filter row is provided before the learned discriminator, and the evaluation image is classified by the discriminator.

図13は、評価分類部の構成を示す図である。評価分類部502は、フィルタ列画像変換部701、特徴量群算出部702、識別器分類実行部1301、及び識別器学習データ記憶部704を有している。識別器分類実行部1301と識別器学習データ記憶部704は、識別器106の一部を構成している。つまり、評価分類部502は、識別器106の分類実行に係る構成を利用している。   FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the evaluation classification unit. The evaluation classification unit 502 includes a filter array image conversion unit 701, a feature amount group calculation unit 702, a classifier classification execution unit 1301, and a classifier learning data storage unit 704. The classifier classification execution unit 1301 and the classifier learning data storage unit 704 constitute part of the classifier 106. That is, the evaluation classification unit 502 uses the configuration related to the classification execution of the classifier 106.

図14は、評価分類処理フローを示す図である。評価用画像データ毎に以下の処理を繰り返し(S1401〜S1404)、それぞれに分類結果を得る。分類学習処理と同様にフィルタ列画像変換部701によるフィルタ列画像変換処理(S1402)を行ない、次に特徴量群算出部702による特徴量群算出処理(S1403)を行なう。そして、識別器分類実行部1301による識別器分類実行処理(S1404)を行なう。この処理では、評価用の変換画像データの特徴量群を入力し、識別器学習データを用いて分類結果を算出する。そして、すべての評価用画像データについて処理した時点で終了する(S1405)。   FIG. 14 is a diagram showing an evaluation classification process flow. The following processing is repeated for each evaluation image data (S1401 to S1404), and a classification result is obtained for each. Similarly to the classification learning process, the filter column image conversion unit 701 performs filter column image conversion processing (S1402), and then the feature amount group calculation unit 702 performs feature amount group calculation processing (S1403). Then, a classifier classification execution process (S1404) by the classifier classification execution unit 1301 is performed. In this processing, a feature amount group of converted image data for evaluation is input, and a classification result is calculated using classifier learning data. Then, the process ends when all the evaluation image data has been processed (S1405).

次に、正答率算出部503による正答率算出処理(図6のS604)を行なう。この処理では、評価用画像に対する分類結果の正答率を算出する。   Next, a correct answer rate calculation process (S604 in FIG. 6) is performed by the correct answer rate calculator 503. In this process, the correct answer rate of the classification result for the evaluation image is calculated.

図15は、正答率算出処理フローを示す図である。分類結果毎に以下の処理を繰り返す(S1501)。分類結果は、元となった評価用画像データに対応する評価用分類データと一致するか判定し(S1502)、一致した場合には、正答数(初期値=0)をインクリメントしてカウントアップする(S1503)。そして、すべての分類結果について処理した時点で(S1504)、正答数を分類結果数(M)で割って、商を正答率とする(S1505)。   FIG. 15 is a diagram showing a correct answer rate calculation processing flow. The following processing is repeated for each classification result (S1501). It is determined whether the classification result matches the evaluation classification data corresponding to the original evaluation image data (S1502). If they match, the number of correct answers (initial value = 0) is incremented and counted up. (S1503). When all the classification results are processed (S1504), the number of correct answers is divided by the number of classification results (M) to obtain the quotient as the correct answer rate (S1505).

図6の適応度算出処理は、すべての個体について上述の処理した時点で終了する。(図6のS605)
前述の生殖部309による生殖処理(図4のS405)について説明する。図16は、生殖処理フローを示す図である。交叉処理により得る個体数と、突然変異処理により得る個体数と、延命処理により得る個体数を決定する(S1601)。交叉処理(S1602)では、その個体数分の新たな個体を得る交叉を行なう。交叉は、選択個体記憶部308から複数の個体を選択し、その個体であるフィルタ列の交叉点を設定し、複数のフィルタ列間で交叉点以降の列や交叉点間のフィルタ番号列(染色体列)を相互に交換し、新たなフィルタ列を生成する。突然変異処理(S1603)では、その個体数分の新たな個体を得る突然変異を行なう。突然変異は、選択個体記憶部308から個体を選択し、変異させる単数あるいは部分列のフィルタ番号(染色体)を選択し、他のフィルタに置き換える処理を行なう。他のフィルタは、無作為に決定してよい。延命処理(S1604)では、その個体数分の個体を選択個体記憶部308から選択し、そのまま次世代の個体とする。このようにして得られた新たな個体群を、個体集団更新処理(S1605)により個体集団記憶部304に書き込む。つまり、現世代の個体群を次世代の個体群に更新する。
The fitness calculation processing in FIG. 6 ends when the above processing is performed for all individuals. (S605 in FIG. 6)
The reproduction process (S405 in FIG. 4) by the above-described reproduction unit 309 will be described. FIG. 16 is a diagram showing a reproductive processing flow. The number of individuals obtained by the crossover process, the number of individuals obtained by the mutation process, and the number of individuals obtained by the life extension process are determined (S1601). In the crossover process (S1602), crossover is performed to obtain new individuals for the number of individuals. Crossover is performed by selecting a plurality of individuals from the selected individual storage unit 308, setting a crossover point of the filter row that is the individual, and a row of filter numbers between the crossover points and a filter number row (chromosome between the crossover points). Column) are exchanged with each other to generate a new filter column. In the mutation process (S1603), mutation is performed to obtain new individuals for the number of individuals. Mutation is performed by selecting an individual from the selected individual storage unit 308, selecting a filter number (chromosome) of a single or substring to be mutated, and replacing it with another filter. Other filters may be determined randomly. In the life extension process (S1604), individuals corresponding to the number of individuals are selected from the selected individual storage unit 308 and used as the next generation individuals as they are. The new individual group obtained in this way is written into the individual group storage unit 304 by the individual group update process (S1605). That is, the current generation population is updated to the next generation population.

実施の形態2.
前述の[1:全]構造では、SVMの入力にあたる特徴量の意味を無視して1つのフィルタ列を学習する構造であった。これに対し、それぞれの特徴量に、より分類しやすくなるような値を入力できるように図17から図19のような構造を考えた。つまりSVMの入力である特徴量それぞれに対して、1つのフィルタ列を対応させるものである。(以下この構造を[1:1]構造と表現する。)[1:全]構造と同様に、フィルタ列をGAの学習対象とする。
Embodiment 2. FIG.
In the above-mentioned [1: all] structure, the structure of learning one filter row is ignored while ignoring the meaning of the feature quantity corresponding to the input of the SVM. On the other hand, the structures as shown in FIGS. 17 to 19 are considered so that values that can be easily classified can be input to the respective feature amounts. That is, one filter row is associated with each feature quantity that is an input of the SVM. (Hereinafter, this structure is expressed as a [1: 1] structure.) Similar to the [1: all] structure, the filter train is a GA learning target.

この構造は前述の改善に加え、SVMに入力するある特徴量に対し、その特徴量が画像の種類ごとに明確にされるようなフィルタ列が得られることを期待したものである。たとえば希望する画像の分類がエッジが多い画像とそうでない画像であったときに、エッジ検出のフィルタと領域面積の特徴量を対応させることによって分類が容易になると考えられる。ここで、全特徴量にエッジ検出フィルタを適用することはよい結果を得られるとは考えにくく、特徴量ごとにフィルタを用意することは有用であると考えた。その一方で特徴量ごとにフィルタ列を用意することから、GAでの最適化において探索空間が膨大になり、最適解が得られにくい、あるいは時間がかかることが考えられる。   In addition to the above-described improvements, this structure is expected to provide a filter row in which a certain feature value input to the SVM is clarified for each type of image. For example, when the desired image classification is an image with many edges and an image with no edges, the classification can be facilitated by associating the edge detection filter with the feature amount of the area. Here, it is unlikely that applying an edge detection filter to all feature quantities will yield good results, and it was considered useful to prepare a filter for each feature quantity. On the other hand, since a filter row is prepared for each feature quantity, it is conceivable that the search space becomes enormous in optimization by GA, and it is difficult to obtain an optimal solution or it takes time.

フィルタ列の学習は、それぞれのフィルタ列部分を1つにつなげて1フィルタ列とみなし、[1:全]構造と同様の手法で学習した。   The learning of the filter row was performed by connecting the respective filter row portions to one and considering it as one filter row, and learning was performed in the same manner as in the [1: all] structure.

図17は、実施の形態2に係るフィルタ列の構成を示す図である。図に示すように、1つのフィルタ列を、複数のフィルタ列部分1701〜1703の連なりとして扱う。   FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a filter array according to the second embodiment. As shown in the figure, one filter row is treated as a series of a plurality of filter row portions 1701 to 1703.

図18は、実施の形態2に係る識別器の学習実行処理に係る構成を示す図である。第一特徴量用フィルタ列部分1701により変換した第一特徴量用変換画像データを、特徴量群算出部105による第一特徴量算出に用い、同様に第二特徴量用フィルタ列部分1702により変換した第二特徴量用変換画像データを、特徴量群算出部105による第二特徴量算出に用い、第三特徴量用フィルタ列部分1703により変換した第三特徴量用変換画像データを、特徴量群算出部105による第三特徴量算出に用いる。   FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration relating to learning execution processing of the classifier according to the second embodiment. The first feature amount converted image data converted by the first feature amount filter row portion 1701 is used for the first feature amount calculation by the feature amount group calculation unit 105, and similarly converted by the second feature amount filter row portion 1702. The second feature quantity converted image data is used for the second feature quantity calculation by the feature quantity group calculation unit 105, and the third feature quantity converted image data converted by the third feature quantity filter row portion 1703 is used as the feature quantity. It is used for the third feature amount calculation by the group calculation unit 105.

図19は、実施の形態2に係る識別器の分類実行処理に係る構成を示す図である。分類実行処理でも、学習実行処理と同様にそれぞれの特徴量別変換画像データ(第一特徴量用変換画像データ、第二特徴量用変換画像データ、第三特徴量用変換画像データのこと)をそれぞれの特徴量算出に用いる。   FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration related to classification execution processing of the classifier according to the second embodiment. Also in the classification execution process, the converted image data for each feature amount (the first feature amount conversion image data, the second feature amount conversion image data, and the third feature amount conversion image data) as in the learning execution processing. Used to calculate each feature amount.

図20は、実施の形態2に係る分類学習部の構成を示す図である。フィルタ列画像変換部701への入力が、複数の特徴量別フィルタ列部分(第一特徴量用フィルタ列部分、第二特徴量用フィルタ列部分、第三特徴量用フィルタ列部分のこと)となる。   FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of the classification learning unit according to the second embodiment. The input to the filter row image conversion unit 701 is a plurality of feature amount-specific filter row portions (first feature amount filter row portion, second feature amount filter row portion, third feature amount filter row portion) and Become.

図21は、実施の形態2に係るフィルタ列画像変換部の構成を示す図である。図22は、実施の形態2に係るフィルタ列画像変換処理フローを示す図である。特徴量別フィルタ列部分毎に以下の処理を繰り返す(S2201)。S2204では、当該特徴量用フィルタ列部分から、順次フィルタ番号毎に以下の処理を繰り返す。特徴量別フィルタ列部分に対応するループ処理が終了する毎に(S2201〜S2207)、出力バッファポインタで特定される画像データバッファから特徴量別変換画像データを出力する(S2208)。そして、すべての特徴量別フィルタ列部分について処理した時点で終了する(S2209)。   FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of a filter array image conversion unit according to the second embodiment. FIG. 22 is a diagram showing a filter array image conversion processing flow according to the second embodiment. The following processing is repeated for each feature quantity filter row portion (S2201). In step S2204, the following processing is repeated for each filter number in order from the feature amount filter array portion. Every time the loop processing corresponding to the filter column portion classified by feature amount is completed (S2201 to S2207), the converted image data classified by feature amount is output from the image data buffer specified by the output buffer pointer (S2208). Then, the process is terminated when all the filter columns for each feature amount are processed (S2209).

図23は、実施の形態2に係る特徴量群算出部の構成を示す図である。各特徴量算出部は、専用に変換された特徴量別変換画像データを用いてそれぞれの特徴量を算出する。
図24は、実施の形態2に係る評価分類部の構成を示す図である。分類学習部の構成と同様に、フィルタ列画像変換部701への入力が、複数の特徴量別フィルタ列部分となる。
FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of a feature amount group calculation unit according to the second embodiment. Each feature amount calculation unit calculates each feature amount using the converted image data classified by feature amount converted exclusively.
FIG. 24 is a diagram illustrating a configuration of the evaluation classification unit according to the second embodiment. Similar to the configuration of the classification learning unit, the input to the filter array image conversion unit 701 is a plurality of feature amount-specific filter arrays.

生殖処理では、前述の形態と同様にフィルタ列全体として交叉処理、突然変異処理、及び延命処理を行なう方法の他、特徴量別フィルタ列部分毎に交叉処理、突然変異処理、及び延命処理を行なう方法も有効である。   In the reproductive process, the crossover process, the mutation process, and the life extension process are performed for the entire filter row in the same manner as described above, and the crossover process, the mutation process, and the life extension process are performed for each filter row portion by feature amount. The method is also effective.

前述の例では、識別器の例としては、SVMに限らず他のクラスタリングを用いてもよい。例えば、ニューラルネットワークなどの他の機械学習による識別器を用いても良い。その場合には、特徴量群を入力し、分類データを出力するように、学習用神経回路網を誤差逆伝播法で学習させ、その結果得られた結合荷重が識別器学習データとなる。そして、学習用神経回路網と同様の構成の分類用神経回路網に、特徴量群を入力し、識別器学習データ記憶部の結合荷重に従って神経回路網演算処理を行い、処理結果として分類結果を出力する。   In the above example, the classifier is not limited to SVM, and other clustering may be used. For example, another machine learning classifier such as a neural network may be used. In that case, the learning neural network is trained by the error back-propagation method so as to input the feature amount group and output the classification data, and the resultant connection weight becomes the discriminator learning data. Then, a feature group is input to the classification neural network having the same configuration as the learning neural network, and the neural network calculation processing is performed according to the coupling weight of the discriminator learning data storage unit, and the classification result is obtained as a processing result. Output.

進化型画像自動分類装置は、コンピュータであり、各要素はプログラムにより処理を実行することができる。また、プログラムを記憶媒体に記憶させ、記憶媒体からコンピュータに読み取られるようにすることができる。コンピュータは、バスに、演算装置、データ記憶装置、メモリが接続されている。データ記憶装置は、例えばROM(Read Only Memory)やハードディスクである。メモリは、通常RAM(Random Access Memory)である。プログラムは、通常データ記憶装置に記憶されており、メモリにロードされた状態で、順次演算装置に読み込まれ処理を行う。   The evolutionary automatic image classification apparatus is a computer, and each element can execute processing by a program. Further, the program can be stored in a storage medium so that the computer can read the program from the storage medium. In the computer, an arithmetic device, a data storage device, and a memory are connected to a bus. The data storage device is, for example, a ROM (Read Only Memory) or a hard disk. The memory is usually a RAM (Random Access Memory). The program is normally stored in the data storage device, and is loaded into the memory and sequentially read into the arithmetic device for processing.

識別器の学習実行処理に係る構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which concerns on the learning execution process of a discriminator. 識別器の分類実行処理に係る構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which concerns on the classification | category execution process of a discriminator. 進化型画像自動分類装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an evolution type automatic image classification device. 進化計算アルゴリズムによる学習処理のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the learning process by an evolution calculation algorithm. 適応度計算部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a fitness calculation part. 適応度計算処理フローを示す図である。It is a figure which shows a fitness calculation processing flow. 分類学習部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a classification | category learning part. 分類学習処理フローを示す図である。It is a figure which shows a classification | category learning process flow. フィルタ列画像変換部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a filter row | line | column image conversion part. フィルタ列画像変換処理フローを示す図である。It is a figure which shows a filter sequence image conversion processing flow. 特徴量群算出部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a feature-value group calculation part. 特徴量群算出処理フローを示す図である。It is a figure which shows the feature-value group calculation processing flow. 評価分類部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an evaluation classification | category part. 評価分類処理フローを示す図である。It is a figure which shows an evaluation classification process flow. 正答率算出処理フローを示す図である。It is a figure which shows a correct rate calculation process flow. 生殖処理フローを示す図である。It is a figure which shows a reproductive process flow. 実施の形態2に係るフィルタ列の構成を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration of a filter array according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る識別器の学習実行処理に係る構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which concerns on the learning execution process of the discriminator which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る識別器の分類実行処理に係る構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which concerns on the classification | category execution process of the discriminator which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る分類学習部の構成を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration of a classification learning unit according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係るフィルタ列画像変換部の構成を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration of a filter array image conversion unit according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係るフィルタ列画像変換処理フローを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a filter array image conversion processing flow according to the second embodiment. 実施の形態2に係る特徴量群算出部の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a feature amount group calculation unit according to Embodiment 2. 実施の形態2に係る評価分類部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the evaluation classification | category part which concerns on Embodiment 2. FIG. 従来技術における識別器の学習実行処理に係る構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which concerns on the learning execution process of the discriminator in a prior art. 従来技術における識別器の分類実行処理に係る構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which concerns on the classification | category classification | category execution process in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

101 学習用画像分類データセット、102 学習用画像データ、103 学習用分類データ、104 フィルタ列、105 特徴量群算出部、106 識別器201、 評価用画像分類データセット、202 評価用画像データ、203 評価用分類データ、204 正答率算出部、301 セットデータ入力部302、 学習用画像分類データセット評価用画像分類データセット記憶部、303 初期個体入力部、304 個体集団記憶部、305 適応度計算部、306 適応度記憶部、307 個体選択部、308 選択個体記憶部、309 生殖部、310 学習個体出力部、501 分類学習部、502 評価分類部、503 正答率算出部、701 フィルタ列画像変換部、702 特徴量群算出部、703 識別器学習実行部、704 識別器学習データ記憶部、901 フィルタ選択部、902〜904 フィルタ実行部、905 画像データバッファA、906 画像データバッファB、1101 第一特徴量算出部、1102 第二特徴量算出部、1103 第三特徴量算出部、1301 識別器分類実行部、1701 第一特徴量用フィルタ列部分、1702 第二特徴量用フィルタ列部分、1703 第三特徴量用フィルタ列部分、2501 学習用画像分類データセット、2502 学習用画像データ、2503 学習用分類データ、2504 特徴量群算出部、2505 識別器、2601 判定用画像データ。
101 learning image classification data set, 102 learning image data, 103 learning classification data, 104 filter train, 105 feature quantity group calculation unit, 106 classifier 201, evaluation image classification data set, 202 evaluation image data, 203 Classification data for evaluation, 204 correct answer rate calculation unit, 301 set data input unit 302, learning image classification data set evaluation image classification data set storage unit, 303 initial individual input unit, 304 individual group storage unit, 305 fitness calculation unit , 306 fitness storage unit, 307 individual selection unit, 308 selected individual storage unit, 309 reproduction unit, 310 learning individual output unit, 501 classification learning unit, 502 evaluation classification unit, 503 correct answer rate calculation unit, 701 filter sequence image conversion unit 702, feature quantity group calculation unit, 703 classifier learning execution unit, 704 classifier learning data storage unit 901 Filter selection unit, 902 to 904 Filter execution unit, 905 Image data buffer A, 906 Image data buffer B, 1101 First feature value calculation unit, 1102 Second feature value calculation unit, 1103 Third feature value calculation unit, 1301 Identification Device classification execution unit, 1701 first feature amount filter row portion, 1702 second feature amount filter row portion, 1703 third feature amount filter row portion, 2501 learning image classification data set, 2502 learning image data, 2503 Classification data for learning, 2504 feature quantity group calculation unit, 2505 classifier, 2601 determination image data.

Claims (9)

画像の特徴量群から当該画像の分類を判定する機械学習による識別器に入力する特徴量群を算出する特徴量群算出部に入力する変換画像データを、変換対象の画像データを変換して生成するフィルタ群の構成を定義するフィルタ構造を個体として、世代毎に設けられる個体集団から、適応度に従って一部の個体群を選択し、選択した個体群に含まれる個体の生殖処理により世代交代させる進化的計算により、最適解あるいは実用解となる個体であるフィルタ構造を探索する進化型画像自動分類装置であって、以下の要素を有することを特徴とする進化型画像自動分類装置
(1)フィルタ構造を個体として、世代毎に個体集団を記憶する個体集団記憶部
(2)前記特徴量群算出部と前記識別器を有し、世代毎に、個体集団記憶部に記憶している個体集団に含まれる各個体であるフィルタ構造について、学習用画像データを変換対象として当該フィルタ構造に従って学習用の変換画像データを生成し、生成した学習用の変換画像データから特徴量群を算出し、学習用の変換画像データの特徴量群を入力して学習用画像データの正解の分類である学習用分類データを出力するように識別器を学習させ、評価用画像データを変換対象として前記フィルタ構造に従って評価用の変換画像データを生成し、生成した評価用の変換画像データから特徴量群を算出し、前記学習した識別器に、評価用の変換画像データの特徴量群を入力して分類結果を出力させ、分類結果が評価用画像データの正解の分類である評価用分類データと一致する正答率を算出し、算出した正答率を適応度として、各個体の適応度を算出する適応度計算部
(3)世代毎に、算出した適応度に従って個体集団から一部の個体群を選択する個体選択部
(4)世代毎に、選択した個体群に含まれる個体のフィルタ構造から次世代の個体となるフィルタ構造を生殖処理により生成し、生成したフィルタ構造群を次世代の個体集団として個体集団記憶部に記憶させる生殖部。
Convert image data to be converted is generated by converting the image data to be converted, which is input to the feature amount group calculation unit that calculates the feature amount group to be input to the classifier by machine learning that determines the classification of the image from the image feature amount group Using the filter structure that defines the composition of the filter group to be used as an individual, select a part of the individual population according to the fitness from the individual population provided for each generation, and change the generation by reproductive processing of the individuals included in the selected individual group An evolutionary automatic image classification device that searches for a filter structure that is an individual that is an optimal solution or a practical solution by evolutionary computation, and has the following elements: (1) Filter An individual group storage unit that stores an individual group for each generation with the structure as an individual (2) has the feature value group calculation unit and the discriminator, and stores them in the individual group storage unit for each generation For the filter structure that is each individual included in the body group, learning image data is generated according to the filter structure with the learning image data as a conversion target, and a feature amount group is calculated from the generated converted image data for learning. The classifier is trained to input a feature amount group of converted image data for learning and output learning classification data that is a correct classification of the image data for learning, and the filter using the evaluation image data as a conversion target Generate converted image data for evaluation according to the structure, calculate a feature amount group from the generated converted image data for evaluation, and input the feature amount group of the converted image data for evaluation into the learned discriminator to classify The result is output, and the correct answer rate that the classification result matches with the classification data for evaluation that is the correct classification of the evaluation image data is calculated. Fitness calculation unit for calculating the fitness (3) Individual selection unit for selecting a part of the individual population from the individual population according to the calculated fitness (4) Individuals included in the selected individual group for each generation The reproductive part which produces | generates the filter structure used as a next generation individual from the filter structure of this by reproductive processing, and memorize | stores the produced | generated filter structure group as a next generation individual population in an individual population memory | storage part.
フィルタ構造は、順次前段フィルタの出力画像データを入力して画像を変換する多段フィルタを示すフィルタ識別情報の列であることを特徴とする請求項1記載の進化型画像自動分類装置。   2. The evolution type automatic image classification apparatus according to claim 1, wherein the filter structure is a sequence of filter identification information indicating a multi-stage filter for sequentially inputting the output image data of the preceding filter and converting the image. 進化型画像自動分類装置は、更に、実用解の条件となる適応度基準を、前記算出した適応度が越えた場合に、当該適応度のフィルタ構造を出力する学習個体出力部を有することを特徴とする請求項1記載の進化型画像自動分類装置。   The evolutionary image automatic classification apparatus further includes a learning individual output unit that outputs a filter structure of the fitness when the fitness that exceeds the fitness criterion that is a condition for a practical solution is exceeded. The evolution type automatic image classification apparatus according to claim 1. 画像の特徴量群から当該画像の分類を判定する機械学習による識別器と、識別器に入力する特徴量群を算出する特徴量群算出部と、特徴量群算出部に入力する変換画像データを、変換対象の画像データを変換して生成するフィルタ群の構成を定義するフィルタ構造を個体として、世代毎に個体集団を記憶する個体集団記憶部とを有し、世代毎に設けられる個体集団から、適応度に従って一部の個体群を選択し、選択した個体群に含まれる個体の生殖処理により世代交代させる進化的計算により、最適解あるいは実用解となる個体であるフィルタ構造を探索する進化型画像自動分類装置によるフィルタ構造生成方法であって、以下の要素を有することを特徴とするフィルタ構造生成方法
(1)世代毎に、個体集団記憶部に記憶している個体集団に含まれる各個体であるフィルタ構造について、学習用画像データを変換対象として当該フィルタ構造に従って学習用の変換画像データを生成し、生成した学習用の変換画像データから特徴量群を算出し、学習用の変換画像データの特徴量群を入力して学習用画像データの正解の分類である学習用分類データを出力するように識別器を学習させ、評価用画像データを変換対象として前記フィルタ構造に従って評価用の変換画像データを生成し、生成した評価用の変換画像データから特徴量群を算出し、前記学習した識別器に、評価用の変換画像データの特徴量群を入力して分類結果を出力させ、分類結果が評価用画像データの正解の分類である評価用分類データと一致する正答率を算出し、算出した正答率を適応度として、各個体の適応度を算出する適応度計算工程
(2)世代毎に、算出した適応度に従って個体集団から一部の個体群を選択する個体選択工程
(3)世代毎に、選択した個体群に含まれる個体のフィルタ構造から次世代の個体となるフィルタ構造を生殖処理により生成し、生成したフィルタ構造群を次世代の個体集団として個体集団記憶部に記憶させる生殖工程。
A classifier by machine learning that determines the classification of the image from the feature quantity group of the image, a feature quantity group calculation unit that calculates a feature quantity group to be input to the classifier, and converted image data to be input to the feature quantity group calculation unit A filter structure that defines the structure of a filter group that is generated by converting image data to be converted as an individual, and an individual group storage unit that stores an individual group for each generation, from an individual group provided for each generation An evolutionary model that searches for the filter structure, which is an individual that is the optimal solution or practical solution, through evolutionary computation that selects a part of the population according to fitness and changes generations by reproductive processing of individuals included in the selected population A filter structure generation method using an automatic image classification apparatus, characterized by having the following elements: (1) Individual population stored in an individual population storage unit for each generation For each filter structure that is included, learning image data is converted into learning object, conversion image data for learning is generated according to the filter structure, a feature amount group is calculated from the generated conversion image data for learning, and learning The classifier is trained to input a feature amount group of converted image data and output learning classification data that is a correct classification of the learning image data, and evaluation image data is subjected to evaluation according to the filter structure. Conversion image data is generated, a feature amount group is calculated from the generated conversion image data for evaluation, and the classification amount is output by inputting the feature amount group of the conversion image data for evaluation into the learned classifier And calculate the correct answer rate that matches the classification data for evaluation, which is the correct classification of the image data for evaluation, and use the calculated correct answer rate as the fitness value to determine the fitness of each individual. Fitness calculation step to be performed (2) individual selection step of selecting a part of the individual population from the individual population according to the calculated fitness (3) filter structure of individuals included in the selected individual population for each generation The reproductive process which produces | generates the filter structure used as the next generation individual | organism | solid by reproductive processing, and memorize | stores the produced | generated filter structure group in the individual population memory | storage part as a next generation individual population.
フィルタ構造は、順次前段フィルタの出力画像データを入力して画像を変換する多段フィルタを示すフィルタ識別情報の列であることを特徴とする請求項4記載のフィルタ構造生成方法。   5. The filter structure generation method according to claim 4, wherein the filter structure is a sequence of filter identification information indicating a multi-stage filter for sequentially inputting the output image data of the preceding filter and converting the image. フィルタ構造生成方法は、更に、実用解の条件となる適応度基準を、前記算出した適応度が越えた場合に、当該適応度のフィルタ構造を出力する学習個体出力工程を有することを特徴とする請求項4記載のフィルタ構造生成方法。   The filter structure generation method further includes a learning individual output step of outputting the filter structure of the fitness level when the calculated fitness level exceeds a fitness level that is a practical solution condition. The filter structure generation method according to claim 4. 画像の特徴量群から当該画像の分類を判定する機械学習による識別器と、識別器に入力する特徴量群を算出する特徴量群算出部と、特徴量群算出部に入力する変換画像データを、変換対象の画像データを変換して生成するフィルタ群の構成を定義するフィルタ構造を個体として、世代毎に個体集団を記憶する個体集団記憶部とを有し、世代毎に設けられる個体集団から、適応度に従って一部の個体群を選択し、選択した個体群に含まれる個体の生殖処理により世代交代させる進化的計算により、最適解あるいは実用解となる個体であるフィルタ構造を探索する進化型画像自動分類装置となるコンピュータに、以下の手順を実行させるためのプログラム
(1)世代毎に、個体集団記憶部に記憶している個体集団に含まれる各個体であるフィルタ構造について、学習用画像データを変換対象として当該フィルタ構造に従って学習用の変換画像データを生成し、生成した学習用の変換画像データから特徴量群を算出し、学習用の変換画像データの特徴量群を入力して学習用画像データの正解の分類である学習用分類データを出力するように識別器を学習させ、評価用画像データを変換対象として前記フィルタ構造に従って評価用の変換画像データを生成し、生成した評価用の変換画像データから特徴量群を算出し、前記学習した識別器に、評価用の変換画像データの特徴量群を入力して分類結果を出力させ、分類結果が評価用画像データの正解の分類である評価用分類データと一致する正答率を算出し、算出した正答率を適応度として、各個体の適応度を算出する適応度計算手順
(2)世代毎に、算出した適応度に従って個体集団から一部の個体群を選択する個体選択手順
(3)世代毎に、選択した個体群に含まれる個体のフィルタ構造から次世代の個体となるフィルタ構造を生殖処理により生成し、生成したフィルタ構造群を次世代の個体集団として個体集団記憶部に記憶させる生殖手順。
A classifier by machine learning that determines the classification of the image from the feature quantity group of the image, a feature quantity group calculation unit that calculates a feature quantity group to be input to the classifier, and converted image data to be input to the feature quantity group calculation unit A filter structure that defines the structure of a filter group that is generated by converting image data to be converted as an individual, and an individual group storage unit that stores an individual group for each generation, from an individual group provided for each generation An evolutionary model that searches for the filter structure, which is an individual that is the optimal solution or practical solution, through evolutionary computation that selects a part of the population according to fitness and changes generations by reproductive processing of individuals included in the selected population A program for causing a computer to be an automatic image classification apparatus to execute the following procedure (1) A filter that is each individual included in the individual group stored in the individual group storage unit for each generation The learning image data is converted into the conversion target data according to the filter structure, the feature amount group is calculated from the generated conversion image data for learning, and the feature amount of the converted conversion image data for learning The classifier is trained to input a group and output learning classification data that is the correct classification of the learning image data, and generates evaluation converted image data according to the filter structure with the evaluation image data as a conversion target. Then, a feature value group is calculated from the generated converted image data for evaluation, and the learned discriminator is input with the feature value group of the converted image data for evaluation and outputs a classification result. The fitness calculation procedure for calculating the fitness of each individual using the calculated correct response rate as the fitness, and calculating the fitness rate corresponding to the classification data for evaluation, which is the correct answer classification of the image data (2) Individual selection procedure for selecting a part of the individual population from the individual population according to the calculated fitness (3) For each generation, the filter structure to be the next generation individual from the filter structure of the individual included in the selected individual group A reproductive procedure that is generated by reproductive processing and stores the generated filter structure group in the individual population storage unit as the next generation individual population.
フィルタ構造は、順次前段フィルタの出力画像データを入力して画像を変換する多段フィルタを示すフィルタ識別情報の列であることを特徴とする請求項7記載のプログラム。   8. The program according to claim 7, wherein the filter structure is a sequence of filter identification information indicating a multi-stage filter for sequentially inputting the output image data of the preceding-stage filter and converting the image. プログラムは、更に、実用解の条件となる適応度基準を、前記算出した適応度が越えた場合に、当該適応度のフィルタ構造を出力する学習個体出力手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項7記載のプログラム。
The program further causes the computer to execute a learning individual output procedure for outputting a filter structure of the fitness when the calculated fitness exceeds a fitness criterion that is a condition for a practical solution. The program according to claim 7.
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