JP7208610B2 - Vehicle recognition system and vehicle recognition method - Google Patents
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Description
本発明は、撮像された画像の中から車両を認識して抽出する車両認識装置および車両認識方法に関する。 The present invention relates to a vehicle recognition apparatus and a vehicle recognition method for recognizing and extracting a vehicle from captured images.
地震や台風、火山などの災害の多い日本では建造物の倒壊、河川の氾濫や土砂災害などが多く発生する。これらの災害現場の早急な復旧作業が求められるが、危険性が高いため人が立ち入ることができない。そこで現在、安全な場所からの遠隔操作により重機に復旧作業を行わせる、無人化施工の技術開発・導入がされている。重機操作者は現場に設置した監視カメラの映像を頼りに重機に施工作業を行わせる。しかし現在、監視カメラに広範囲内を作業する重機を撮像させるために、カメラ操作者が遠隔操作により監視カメラの方向を制御している。 Japan is prone to natural disasters such as earthquakes, typhoons, and volcanoes. These disaster sites require immediate recovery work, but they are too dangerous for people to enter. Therefore, currently, unmanned construction technology is being developed and introduced, in which heavy machinery is remotely operated from a safe location to perform restoration work. Heavy equipment operators rely on the images from surveillance cameras installed on site to have heavy equipment perform construction work. However, at present, a camera operator remotely controls the direction of the surveillance camera in order to allow the surveillance camera to capture images of heavy machinery working in a wide range.
このカメラ操作者の業務軽減及び効率化を図るため、自動的に重機を追尾する追尾カメラが求められている。一部の重機には高精度GPSが搭載されており、GPSに連動させて自動的にカメラを重機に追従させることは技術的に可能である。しかし、実際の現場では、すべての重機にGPSを搭載することは困難である。 In order to reduce the work of the camera operator and increase efficiency, there is a demand for a tracking camera that automatically tracks the heavy machinery. Some heavy machinery is equipped with a high-precision GPS, and it is technically possible to have the camera automatically follow the heavy machinery in conjunction with the GPS. However, in the actual field, it is difficult to equip all heavy equipment with GPS.
撮像した画像から重機を認識する手法として、ニューラルネットワークを用いた学習を行って撮像された画像から重機を抽出する車両認識方法がある。しかしながら、従来のニューラルネットワークによる車両認識では、重機の一部が隠れている場合や、重機の向きが変わっていた際に重機を認識できない場合があり、これを解決する技術として非特許文献1に記載された車両認識方法が提案されている。しかしながら、それでもなお、ニューラルネットワークによる車両認識では、その認識精度は決して高くなく、また、現場に存在する別の車両を誤認識するなどの課題があった。 As a technique for recognizing heavy machinery from captured images, there is a vehicle recognition method that performs learning using a neural network and extracts heavy machinery from captured images. However, in vehicle recognition using conventional neural networks, there are cases where heavy machinery cannot be recognized when part of the machinery is hidden or when the orientation of the machinery has changed. A described vehicle recognition method is proposed. However, the vehicle recognition by the neural network still does not have high recognition accuracy, and there are problems such as erroneously recognizing another vehicle existing at the site.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、監視カメラ映像に基づいて、安定的に重機を追従することができる車両認識システム及び車両認識方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vehicle recognition system and a vehicle recognition method that can stably follow heavy machinery based on surveillance camera images.
本発明の一態様に係る車両認識システムは、重機を含む画像を撮像する撮像部と、前記重機を含むテンプレート画像と前記撮像部により撮像された画像とをテンプレートマッチングにより比較して前記重機の動きを検出し、前記撮像された画像から前記重機を含む画像領域を抽出する画像処理部と、を備え、前記画像処理部は、抽出した前記画像領域の前記画像上の位置を推定し、抽出した前記画像領域を新たなテンプレート画像として更新し、更新したテンプレート画像と、前記撮像部により撮像された新たな画像とに基づいて次のテンプレートマッチングを行う際に、前記新たな画像において、前記位置から所定距離の範囲内において前記重機を含む画像領域を抽出する。 A vehicle recognition system according to an aspect of the present invention includes an imaging unit that captures an image including heavy machinery, and a template image that includes the heavy machinery and an image captured by the imaging unit are compared by template matching to determine the movement of the heavy machinery. and extracting an image area including the heavy machinery from the captured image, the image processing unit estimating the position of the extracted image area on the image and extracting The image area is updated as a new template image, and when the next template matching is performed based on the updated template image and the new image captured by the imaging unit, in the new image, from the position: An image region including the heavy machinery is extracted within a range of a predetermined distance.
本発明の一態様に係る車両認識システムは、重機を含む画像を撮像する撮像部と、前記重機を含むテンプレート画像と前記撮像部により撮像された画像とをテンプレートマッチングにより比較して前記撮像された画像から前記重機を含む第1画像領域を抽出する第1画像処理部と、前記撮像部により撮像された画像に基づいて、ニューラルネットワークによる深層学習結果を適用して前記重機を構成する複数の部位を個別に認識し、前記複数の部位の認識結果を組み合わせて前記重機の全体の形状を認識し、前記重機を含む第2画像領域を抽出する第2画像処理部とを備え、前記第1画像処理部は、前記第2画像処理部から前記第2画像領域の情報を取得し、前記第1画像領域と前記第2画像領域を比較して、比較結果が基準を満たす場合、前記第2画像領域を前記重機の認識結果として決定する。 A vehicle recognition system according to an aspect of the present invention includes an imaging unit that captures an image including heavy machinery, and a template image that includes the heavy machinery and an image captured by the imaging unit, which are compared by template matching. A first image processing unit that extracts a first image region including the heavy machinery from an image; and a plurality of parts that configure the heavy machinery by applying deep learning results by a neural network based on the image captured by the imaging unit. separately, recognizes the overall shape of the heavy machinery by combining the recognition results of the plurality of parts, and extracts a second image region including the heavy machinery, wherein the first image The processing unit acquires information of the second image area from the second image processing unit, compares the first image area and the second image area, and if the comparison result satisfies a criterion, the second image area A region is determined as a recognition result of the heavy equipment.
本発明の一態様に係る車両認識システムは、重機を含む画像を撮像する撮像部と、前記重機を含むテンプレート画像と前記撮像部により撮像された画像とをテンプレートマッチングにより比較して前記撮像された画像から前記重機を含む第1画像領域を抽出する第1画像処理部と、前記撮像部により撮像された画像に基づいて、ニューラルネットワークによる深層学習結果を適用して前記重機を構成する複数の部位を個別に認識し、前記複数の部位の認識結果を組み合わせて前記重機の全体の形状を認識し、前記重機を含む第2画像領域を抽出する第2画像処理部とを備え、前記第1画像処理部は、前記第2画像処理部から前記第2画像領域の位置に関する情報を取得し、前記画像から前記位置の情報に基づいて前記画像における前記重機を含む第3画像領域を抽出し、抽出した前記第3画像領域を新たなテンプレート画像として更新し、更新したテンプレート画像と前記撮像部により新たに撮像された画像とに基づいて次のテンプレートマッチングを行い、前記重機を含む画像領域を抽出する。 A vehicle recognition system according to an aspect of the present invention includes an imaging unit that captures an image including heavy machinery, and a template image that includes the heavy machinery and an image captured by the imaging unit, which are compared by template matching. A first image processing unit that extracts a first image region including the heavy machinery from an image; and a plurality of parts that configure the heavy machinery by applying deep learning results by a neural network based on the image captured by the imaging unit. separately, recognizes the overall shape of the heavy machinery by combining the recognition results of the plurality of parts, and extracts a second image region including the heavy machinery, wherein the first image The processing unit acquires information about the position of the second image region from the second image processing unit, extracts a third image region including the heavy machinery in the image based on the position information from the image, and extracts the third image region. updating the third image region as a new template image, performing the following template matching based on the updated template image and the image newly captured by the imaging unit, and extracting the image region including the heavy machinery. .
本発明の一態様に係る車両認識方法は、コンピュータが、重機を含む画像を撮像し、前記重機を含むテンプレート画像と撮像した画像とをテンプレートマッチングにより比較して前記撮像した画像から前記重機の動きを検出し、前記重機を含む画像領域を抽出し、抽出した前記画像領域の前記画像上の位置を推定し、抽出した前記画像領域を新たなテンプレート画像として更新し、更新したテンプレート画像と、撮像した新たな画像とに基づいて次のテンプレートマッチングを行う際に、前記新たな画像において、前記位置から所定距離の範囲内において前記重機を含む画像領域を抽出する。 In a vehicle recognition method according to an aspect of the present invention, a computer captures an image including heavy machinery, compares a template image including the heavy machinery with the captured image by template matching, and determines movement of the heavy machinery from the captured image. is detected, an image region including the heavy machinery is extracted, a position of the extracted image region on the image is estimated, the extracted image region is updated as a new template image, and the updated template image and the captured When performing the next template matching based on the new image thus obtained, an image region including the heavy machinery is extracted from the new image within a range of a predetermined distance from the position.
本発明の一態様に係る車両認識方法は、コンピュータが、重機を含む画像を撮像し、前記重機を含むテンプレート画像と撮像した画像とをテンプレートマッチングにより比較して前記撮像した画像から前記重機を含む第1画像領域を抽出し、撮像した画像に基づいて、ニューラルネットワークによる深層学習結果を適用して前記重機を構成する複数の部位を個別に認識し、前記複数の部位の認識結果を組み合わせて前記重機の全体の形状を認識し、前記重機を含む第2画像領域を抽出し、前記第2画像領域の情報を取得し、前記第1画像領域と前記第2画像領域を比較して、比較結果が基準を満たす場合、前記第2画像領域を前記重機の認識結果として決定する。 In a vehicle recognition method according to an aspect of the present invention, a computer captures an image including heavy machinery, compares a template image including the heavy machinery with the captured image by template matching, and determines whether the captured image includes the heavy machinery. A first image region is extracted, based on the imaged image, a deep learning result by a neural network is applied to individually recognize a plurality of parts constituting the heavy machinery, and the recognition results of the plurality of parts are combined. recognizing the overall shape of the heavy machinery, extracting a second image region including the heavy machinery, obtaining information of the second image region, comparing the first image region and the second image region, and obtaining a comparison result. satisfies the criterion, the second image region is determined as the recognition result of the heavy equipment.
本発明の一態様に係る車両認識方法は、コンピュータが、重機を含む画像を撮像し、前記重機を含むテンプレート画像と撮像した画像とをテンプレートマッチングにより比較して前記撮像した画像から前記重機を含む第1画像領域を抽出し、撮像した画像に基づいて、ニューラルネットワークによる深層学習結果を適用して前記重機を構成する複数の部位を個別に認識し、前記複数の部位の認識結果を組み合わせて前記重機の全体の形状を認識し、前記重機を含む第2画像領域を抽出し、前記第2画像領域の位置に関する情報を取得し、前記画像から前記位置の情報に基づいて前記画像における前記重機を含む第3画像領域を抽出し、抽出した前記第3画像領域を新たなテンプレート画像として更新し、更新したテンプレート画像と新たに撮像した画像とに基づいて次のテンプレートマッチングを行い、前記重機を含む画像領域を抽出する。 In a vehicle recognition method according to an aspect of the present invention, a computer captures an image including heavy machinery, compares a template image including the heavy machinery with the captured image by template matching, and determines whether the captured image includes the heavy machinery. A first image region is extracted, based on the imaged image, a deep learning result by a neural network is applied to individually recognize a plurality of parts constituting the heavy machinery, and the recognition results of the plurality of parts are combined. recognizing the overall shape of the heavy machinery, extracting a second image region including the heavy machinery, obtaining information about the position of the second image region, and recognizing the heavy machinery in the image based on the positional information from the image. extracting a third image region including the heavy equipment, updating the extracted third image region as a new template image, performing the following template matching based on the updated template image and the newly captured image, and including the heavy equipment Extract image regions.
本発明によれば、監視カメラ映像に基づいて、安定的に重機を追従することができる。 According to the present invention, heavy machinery can be stably tracked based on surveillance camera images.
以下、図面を参照にしつつ、本発明の車両認識装置の実施形態について説明する。 An embodiment of the vehicle recognition device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に示されるように、車両認識システム1は、作業対象の現場において自動的に作業を行う車両(例えば重機)をカメラにより追従するシステムである。
As shown in FIG. 1, the
図2は、車両認識システム1の構成の一例を示すブロック図である。車両認識システム1は、例えば、現場の状況を撮像するカメラを含む撮像部10と、撮像部10により撮像された画像を第1手法に基づいて処理し、車両を認識する第1認識装置20(第1画像処理部)と、撮像部10により撮像された画像を第2手法に基づいて処理し、車両を認識する第2認識装置30(第2画像処理部)とを備える。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the
撮像部10は、制御により可動自在な雲台を含み、第1認識装置20により制御されて重機が撮像領域に入るように追従制御される。第1認識装置20は、例えば、現場に配置されたPC(Personal Computer)等の端末装置である。第1認識装置20と撮像部10とは、有線または無線により通信可能に接続されている。第1認識装置20は、例えば、撮像部10と共に現場に設置され、撮像部10により撮像された画像データを取得する。第1認識装置20は、撮像部10により撮像された画像に基づいて常にテンプレートマッチングに改良を加えた後述の第1手法(ATM3D:Automated Template Matching meets motion detection)を用いて撮像部10を制御して重機の追従を行う。
The
第1認識装置20は、例えば、ネットワークNWを通じて第2認識装置30と通信し、データを送受信することができる。第2認識装置は、例えば、GPU(Graphics Processing Unit)を有し、第1認識装置20よりも高速に処理を実行することができる端末装置である。第2認識装置30は、第1認識装置20から取得した画像データに基づいてニューラルネットワークによる深層学習による後述の第2手法(POLO:Partsbased YOLO(You Only Look Once))を用いて重機の認識を行う。
The
車両認識システム1は、上記の二手法の画像処理による検出手法を統合することでロバストな重機のカメラ追従を実現する追従システム(ATCS:Automatic Tracking Camera System)である。
The
まず、第1認識装置20は、撮像部10により撮像された重機を含む画像を、LAN(Local Area Network)ケーブルを経由しで取得する。第1認識装置20は、重機を含む画像に基づいて、重機を第1手法で認識する。同時に、第1認識装置20は、重機の画像を、ネットワークNWを経由して第2認識装置30に送信する。第2認識装置30は、取得した重機を含む画像に基づいて、重機を第2手法で認識する。
First, the
第1認識装置20は、第2認識装置30による認識結果を受信するまでの間に、第1手法を用いて重機の認識処理を行い、第1認識装置20は、認識結果に基づいて、撮像部10にカメラを制御するための制御信号を含む情報を送信し、カメラを重機に追従させるよう動作させる。
The
また、第1認識装置20は、第2認識装置30による認識結果を受信した際に、第1手法の結果と第2手法の結果とを統合し、画像上の重機の位置を認識し、得られた最終結果をもとにカメラを重機に追従するように制御する。車両認識システム1は、これを繰り返すことで、リアルタイムかつロバストな追従制御を行うことが出来る。続いて第1手法(ATM3D)と第2手法(POLO)とのそれぞれの詳細を述べる。
Further, when the
まず、第1認識装置20において実行される第1手法(ATM3D)の処理について説明する。ATM3Dは、テンプレートマッチングベースによる追従と動き検出を組み合わせたカメラ追従手法である。ATM3Dにおいては、カメラの移動を行っている際にカメラ映像内の重機を検出し続けることを得意とする。
First, the processing of the first method (ATM3D) executed in the
図3に示されるように、テンプレートマッチングとは、画像内から物体を探索する手法の一つである。テンプレートマッチングは、撮像された画像よりも小さい予め用意された画像(テンプレート画像)に最も類似度が高い画像領域(第1画像領域)を撮像された画像の中から抽出する手法である。テンプレート画像は、例えば、重機が撮像された画像である。テンプレート画像は、例えば、予め作成された複数のパターンの画像が第1認識装置20の記憶部に記憶されている。第1認識装置20は、テンプレートマッチングを連続でリアルタイムに行うことで、撮像された画像上で重機を追従することができる。
As shown in FIG. 3, template matching is one method of searching for an object within an image. Template matching is a method of extracting an image region (first image region) having the highest degree of similarity to a pre-prepared image (template image) smaller than the captured image, from the captured image. The template image is, for example, an image of heavy machinery. As for the template image, for example, images of a plurality of patterns created in advance are stored in the storage unit of the
しかし、テンプレートマッチングは重機の姿勢が変化しない状態では物体を安定して追従することができるが、重機の向きの変化や外観の一部が隠蔽されるなど、重機の外観が大きく変わる状況が発生すると重機を追従できなくなることがある。そこで、テンプレートマッチングで用いるテンプレート画像を、以下で説明する手法により、常に自動更新してロバスト性を向上させる。 However, although template matching can stably track an object when the posture of the heavy machinery does not change, there are situations where the appearance of the heavy machinery changes significantly, such as when the orientation of the heavy machinery changes or part of its appearance is hidden. Then you may not be able to follow the heavy machinery. Therefore, the template image used in template matching is always automatically updated by the method described below to improve robustness.
まず、最初のテンプレート画像は、ユーザが第1認識装置20の表示画面上でマウスのドラッグ操作を行って矩形の領域を指定することにより選択される。第1認識装置20は、選択された最初のテンプレート画像と、カメラにより撮像された次のフレーム画像とを比較し、テンプレートマッチングを行い、フレーム画像の中から最も類似度が高い画像領域を検出する。そして、第1認識装置20は、抽出した画像領域に基づいて画像上の重機の位置を推定する。次に、第1認識装置20は、フレーム画像の中から抽出された画像領域を新たなテンプレート画像として更新する。
First, the first template image is selected by the user performing a mouse drag operation on the display screen of the
カメラが新たなフレーム画像を撮像した場合、第1認識装置20は、更新したテンプレート画像と新たなフレーム画像とを比較して新たなフレーム画像の中から重機を含む画像領域を抽出して重機を追従すると共に、抽出した画像領域を新たなテンプレート画像として更新する。その後、第1認識装置20は、これらの処理を繰り返しながら重機の追従を行う。
When the camera captures a new frame image, the
新たなテンプレートマッチングを行う際に、第1認識装置20は、処理を高速化するため、直前の検出位置から所定距離の範囲内において重機の探索を行う。これは、重機が一フレーム分の時間に、画面内を大きく移動することはありえないため、画面全体を探索する必要が無いからである。
When performing new template matching, the
しかし、この処理方法によれば、テンプレート画像のサイズを変更する機能がないため、図4に示されるように重機のカメラからの距離が変化すると画面内の重機の大きさが変化し、重機を追従できなくなる場合がある。 However, according to this processing method, since there is no function to change the size of the template image, as shown in FIG. It may become impossible to follow.
また、初期テンプレート画像から重機が大きく方向を回転する等の動きが発生した場合、図5に示されるように見えていた面が見えなくなるため、テンプレート画像の位置がずれ、追従できなくなる場合がある。 In addition, when a movement such as a large rotation of the heavy machinery occurs from the initial template image, the surface that was visible as shown in FIG. .
そこで、更なる重機の追従のロバスト性を向上させるために、重機の「動き」に着目し、動き検出の手法である背景差分を用いてテンプレートマッチングを補完する。背景差分とは、二枚の画像を比較して差分を抽出するもので、カメラ映像の現在撮像されたフレームの画像と、過去に撮像されたフレームの画像とを比較することで変化を抽出する。すなわち、カメラが動いていない場合は動くものが抽出できるため「動き検出」として用いることができる。 Therefore, in order to further improve the robustness of following heavy machinery, we focus on the "movement" of heavy machinery and supplement template matching using background subtraction, which is a method of motion detection. Background subtraction is to compare two images and extract the difference, and extract changes by comparing the image of the currently captured frame of the camera video with the image of the frame captured in the past. . That is, when the camera is not moving, moving objects can be extracted, so it can be used as "motion detection".
テンプレートマッチングが追従できなくなる原因は、重機の旋回によって見えていた面が見えなくなることに起因する。しかし、重機が旋回して見えていた面が見えなくなるということは、大きな変化(動き)が発生していることを意味し、動き検出を適用して重機を抽出すれば重機を追従できるということである。そのため、第1認識装置20は、テンプレートマッチングにより検出しにくい重機の旋回等の動作を背景差分による動き検出で補完する。
The reason why template matching cannot follow up is that the visible surface disappears due to the rotation of the heavy machinery. However, when the heavy machinery turns and the visible surface disappears, it means that a large change (movement) has occurred. is. Therefore, the
しかし、背景差分のみでは、カメラが動く場合やズームを行う場合、画面全体が変化するため、動いているものだけを検出することが困難となる場合がある。図6は、画像処理に基づいて重機を抽出する一例を示す図である。 However, with background subtraction alone, when the camera moves or zooms, the entire screen changes, so it may be difficult to detect only moving objects. FIG. 6 is a diagram showing an example of extracting heavy machinery based on image processing.
図6(b)は図6(a)に背景差分を用いて動いている重機の検出を行った結果である。重機を撮像した画像を黒と白のみで表現した二値化画像において、白くなっている部分が変化を抽出した部分である。図6(b)に示されるように、前後のフレーム画像の比較処理によって背景差分を行うと、動いている物体の枠のみ抽出されることがある。以下、背景差分の認識率を向上させる手法を示す。 FIG. 6(b) shows the result of detecting a moving heavy machine using the background difference in FIG. 6(a). In the binarized image obtained by capturing the image of the heavy machinery only in black and white, the white portion is the portion where the change is extracted. As shown in FIG. 6B, when the background subtraction is performed by comparing the preceding and succeeding frame images, only the frame of the moving object may be extracted. A technique for improving the background difference recognition rate will be described below.
図6(c)に示されるように、例えば、過去に撮像された数フレームで得られた背景差分データを重ね合わせて重機の所定位置を残像のように残すと、図6(d)に示されるように、重機の動き部分を強調できる。さらに抽出したエリアに膨張処理を行うと、図6(e)に示されるように、移動物体をはっきりと抽出することができる。 As shown in FIG. 6(c), for example, background difference data obtained in several frames captured in the past are superimposed to leave a predetermined position of the heavy machine like an afterimage, as shown in FIG. 6(d). You can emphasize the moving part of the heavy equipment so that it can be seen. Further, if the extracted area is expanded, the moving object can be clearly extracted as shown in FIG. 6(e).
ただし、この時点では移動物体は、一つの塊として認識されていない。第1認識装置20は、この画像に、連結部分を一つの物体として認識する後述のラベリングによる画像処理を行い、移動物体として抽出する。そして、第1認識装置20は、移動物体を抽出した後、移動物体の塊が内接するように対象物を囲む矩形(バウンディングボックス)を画像上に描画する(図6(f)参照)。
However, the moving object is not recognized as a single mass at this point. The
次に、ラベリングの原理を説明する。図7に示されるように、ラベリングは、二値化画像に対して行う画像処理である。第1認識装置20は、二値化画像において、同じ塊(連結成分)に属する全ての画素に同じラベル(番号)を割り当て、異なった連結成分には異なったラベルを割り当てる。
Next, the principle of labeling will be explained. As shown in FIG. 7, labeling is image processing performed on a binarized image. The
図示するように、黒い正方形は画素を表し、白い部分は隣接する連続した画素に同じ番号が割り振られたものである。第1認識装置20は、このような処理を行い、二値化画像に含まれる塊を抽出する。このように、背景差分で得られた二値化画像にラベリングを適用すると、画像上における物体の切り分けが行われる。そして、物体の領域に対して内接矩形を描画することで画像上の重機の位置が検出される。
As shown, the black squares represent pixels and the white areas are adjacent consecutive pixels with the same number. The
しかし、ラベリングされた物体が次のフレームでも同じ番号であるとは限らない。本実施形態ではラベリングは、サイズが大きいものから順にラベルを付ける。特に、サイズが小さいものはノイズなどの意味のないデータであることが多く、追従対象ではないため、一定値以下の面積は排除する処理を行う。また、必ずしも追従対象が最大面積になるわけではないため、追従対象を含む複数の物体が検出される可能性があることに注意する必要がある。 However, the labeled object does not necessarily have the same number in the next frame. In the present embodiment, labeling is performed in descending order of size. In particular, data with a small size are often meaningless data such as noise, and are not to be tracked. Also, since the tracked target does not necessarily have the maximum area, it should be noted that multiple objects including the tracked target may be detected.
背景差分は、画像上の移動物体を検出することができるが、カメラが動く場合は、画像全体が動体として認識されるため、重機のみの追従を行うことができない。また、追従対象が止まって他の物体が動いた場合、動いた方を追従対象としてしまう可能性がある。 Background subtraction can detect a moving object on an image, but when the camera moves, the entire image is recognized as a moving object, so heavy machinery alone cannot be tracked. Also, when the object to be tracked stops and another object moves, there is a possibility that the object that has moved will be the object to be tracked.
そこで、第1認識装置20は、重機の認識処理においては主に「テンプレートマッチング」を用いた追従を行い、重機が大きく姿勢変化する等の動きを検出した際に、背景差分による「動き検出」を用いてテンプレートの検出ミスを補償する。「テンプレートマッチングによる追従」ではテンプレートに最も類似している矩形画像を含む位置が結果として得られる。また、「動き検出」ではラベリングから得られた複数の塊に内接する複数の矩形画像が得られる。
Therefore, the
ここで「テンプレートマッチングによる追従」で得られた矩形画像に、十分近い「動き検出」による矩形画像が存在する場合、その矩形画像を新たなテンプレート画像とする。逆に、「テンプレートマッチングによる追従」で得られた矩形画像に近い「動き検出」矩形画像が存在しない場合、「テンプレートマッチングによる追従」で得られた結果矩形を用いて追従を継続する。また二つの結果矩形の類似度は、以下に示すIoU(Intersection over Union)を用いて決定する。 Here, if there is a rectangular image obtained by "motion detection" sufficiently close to the rectangular image obtained by "following by template matching", that rectangular image is used as a new template image. Conversely, if there is no "motion detection" rectangular image close to the rectangular image obtained by "template matching follow-up", follow-up is continued using the result rectangle obtained by "template matching follow-up". Also, the degree of similarity between two result rectangles is determined using IoU (Intersection over Union) shown below.
図8に示されるように、IoUとは、複数の矩形領域の重なり度合いを数値化したものであり、複数の矩形が重なっている領域の面積(Area of intersection)を複数の矩形によって覆われた領域の面積(Area of union)で割ることで算出できる。IoU値を求める計算式は式(1)のようになる。
IoU=(Area of intersection)/(Area of union) (1)
つまりIoU値が最大値の「1」に近づけば近づくほど矩形の位置とサイズの類似度が高く、最大値の「1」をとる場合、同一の矩形であるといえる。
As shown in FIG. 8, IoU is a quantification of the degree of overlapping of multiple rectangular regions, and the area of intersection of multiple rectangular regions is the area covered by the multiple rectangular regions. It can be calculated by dividing by the area of the union. A calculation formula for obtaining the IoU value is as shown in formula (1).
IoU=(Area of intersection)/(Area of union) (1)
In other words, the closer the IoU value is to the maximum value of "1", the higher the degree of similarity between the positions and sizes of the rectangles.
次に、第2認識装置30により実行される第2手法(POLO)の仕組みについて説明する。POLOは、ニューラルネットワークに基づいた機械学習に基づく深層学習の結果から物体を検出する物体検出手法であり、上述したテンプレートマッチングや背景差分よりも高い認識結果を導出することができる。機械学習を用いた物体検出では、対象物の見え方が多少異なっても、認識出来るようにすることや、検出時に検出対象を任意の大きさで検出出来るようにすることなど、テンプレートマッチングのような画像処理手法では実現出来なかったものを解決することができる。
Next, the mechanism of the second method (POLO) executed by the
しかし、POLOを用いた処理結果は、計算機の処理時間を要し、リアルタイムでの重機の検出に用いることは困難である。従って、第2認識装置30の第2手法による認識結果を第1認識装置20の第1手法の補完に用いることで、車両認識システム1における重機の認識のロバスト性を向上させる。
However, processing results using POLO require computer processing time and are difficult to use for detecting heavy machinery in real time. Therefore, by using the recognition result of the second method of the
ここで、ニューラルネットワークとは、動物の神経回路網を人工的に計算機上のアルゴリズムにより再現したものである。ニューラルネットワークは、学習を行って、入力したデータに対して学習結果を適用した出力結果を出力するものである。ここで、学習とは、学習用に設けられたデータに基づき反復的な訓練を通して計算に用いられる評価関数の複数のパラメータを更新するものである。学習を行った後、観測により得られた観測値のデータが入力された際に、学習結果に基づくパラメータが適用された評価関数に基づく計算が行われ学習結果が反映された出力値が出力される。 Here, the neural network is an animal neural network artificially reproduced by an algorithm on a computer. A neural network performs learning and outputs an output result obtained by applying the learning result to input data. Here, learning means updating a plurality of parameters of the evaluation function used for calculation through iterative training based on data provided for learning. After learning, when observation data obtained by observation is input, calculation is performed based on the evaluation function to which the parameter based on the learning result is applied, and the output value that reflects the learning result is output. be.
現在、機械学習により、物体の検出や検出した時の位置精度をより正確にするためのアルゴリズムの精度を向上することが研究されている。ニューラルネットワークに基づいたこれらのアルゴリズムは、それらを訓練するのに十分なデータがあればうまく検出するようになるが、無人工事現場の監視カメラタスクに適用する場合、検出における問題点が生じる。例えば、検出対象物である重機が時々土手や樹木により隠れてしまい、対象物全体の姿を捉えることができず、対象物の検出が困難となる。 Currently, machine learning is being researched to improve the accuracy of algorithms for more accurate detection of objects and the positional accuracy of detected objects. Although these algorithms based on neural networks get better at detecting when there is enough data to train them, problems arise in detection when applied to unmanned construction site surveillance camera tasks. For example, a heavy machine, which is an object to be detected, is sometimes hidden by embankments or trees, making it impossible to capture the entire object, making it difficult to detect the object.
図9に示されるように、重機の一部が障害物に隠蔽される場合、重機全体の姿を捉えることができず、物体検出アルゴリズムによる重機の認識が妨げられる。それは、検出対象物がデータに基づいて学習した対象物の姿と異なるように見えることに起因する。このような状況は、対象物が目的地に移動中に発生する。 As shown in FIG. 9, when a portion of the heavy machinery is hidden by an obstacle, the entire heavy machinery cannot be captured, and recognition of the heavy machinery by the object detection algorithm is hindered. This is because the detected object looks different from the object learned based on the data. Such a situation occurs while the object is moving to its destination.
カメラによる自動追従を実現するためには、このような状態であっても、よりロバストに重機を検出する必要がある。重機が隠れた状態の学習データを用意し、学習することで重機を検出することも考えられるが、重機の隠れ方というのは状況により異なり、重機のあらゆる見え方が記録されたデータを収集することが困難である。 In order to realize automatic tracking by the camera, it is necessary to detect heavy machinery more robustly even in such a state. It is conceivable to prepare learning data of hidden heavy machinery and detect heavy machinery by learning, but the way heavy machinery hides differs depending on the situation, so we collect data that records all the appearances of heavy machinery. is difficult.
しかし、人間は、完全に対象物が見えない状況を除いて、図9のように対象物の一部の領域を見ることができるのであれば、対象物を認識することができる。なぜなら、人間は視認した領域の情報に基づいて、既知の知識を当てはめて、見えない部分を推論して情報を補完しているためである。 However, humans can recognize the object if they can see a partial area of the object as shown in FIG. 9, except for the situation where the object cannot be seen completely. This is because, based on the information of the visually recognized area, humans apply known knowledge to infer the invisible part and complement the information.
例えば、図9(a)に示されるように、木々の間からダンプカーのクローラ部分と積載部の一部が見えることにより、対象物がクローラダンプであると推測される。従って、発明者らは、物体がどのようなパーツ(部位)から構成されているかを学習することによって、重機の一部が隠れるなどの状況下でも重機を検出することができることを見出した。これは物体の外観全体のみを考慮する畳み込みネットワークに基づく既存の追跡方法とは異なるものである。 For example, as shown in FIG. 9(a), the object is assumed to be a crawler dump because the crawler portion and part of the loading section of the dump truck can be seen through the trees. Therefore, the inventors have found that by learning what parts (parts) an object is composed of, it is possible to detect a heavy machine even in a situation where a part of the machine is hidden. This is different from existing tracking methods based on convolutional networks, which only consider the entire appearance of the object.
提案する物体の部位に基づくオブジェクト検出方法は、対象物の重機を構成する複数の部位を個別に認識し、複数の部位の認識結果を組み合わせて重機の全体の形状を認識し、重機の種別および画像上の位置を推定する。 The proposed object detection method based on the parts of the object recognizes multiple parts that make up the heavy machinery of the object individually, combines the recognition results of the multiple parts to recognize the overall shape of the heavy machinery, and recognizes the type of heavy machinery and the shape of the heavy machinery. Estimate the position on the image.
発明者らによる提案手法によれば、重機の部位に着目することで、重機の一部が隠れる場合の認識に強いという特性を与える他に、重機の回転等の動きが生じた場合の認識に強いという特性も与えることができる。回転や作業により生じる全体の姿の変化に対し、部位の見え方の変化というのは往々にして小さい。そのため、部位の情報を組み合わせることで全体の見え方の変化が激しい場合にも、検出がよりしやすくなる。 According to the method proposed by the inventors, by focusing on the parts of the heavy machinery, it is possible to give a characteristic that it is strong in recognition when a part of the heavy machinery is hidden. You can also give it the property of being strong. Changes in the appearance of parts are often small compared to changes in the overall appearance caused by rotation and work. Therefore, by combining the information of the parts, it becomes easier to detect even when the appearance of the whole changes drastically.
以下、重機が隠れた場合の重機の部位に着目し、それらを組み合わせて全体を推定する第2手法の処理について説明する。第2手法の処理において、部位の検出処理については現行の物体検出モデルをバックボーンとする。バックボーンとして例えば、畳み込みニューラルネットワークを用いたディープラーニングによる画像の物体認識アルゴリズム(例えばYOLOv2)が用いられる。 Hereinafter, the process of the second method will be described in which the parts of the heavy equipment when the heavy equipment is hidden are focused on and combined to estimate the whole. In the process of the second method, the current object detection model is used as the backbone for the part detection process. As a backbone, for example, an image object recognition algorithm (eg, YOLOv2) by deep learning using a convolutional neural network is used.
この物体認識アルゴリズムは、機械学習を用いた物体検出の中で主流となっているものの1つであり、他のアルゴリズムに劣らない検出精度を保ちつつ、リアルタイムに向けて高速処理が可能であるという特徴を有する。 This object recognition algorithm is one of the mainstream object detection methods using machine learning, and it is said that high-speed processing is possible for real time while maintaining detection accuracy comparable to other algorithms. It has characteristics.
通常、畳み込みニューラルネットワークは演算回数が従来の画像処理手法と比較して多い。今回の自動追従システムは動画でリアルタイム処理をする必要があるため、検出精度が高いことも重要であるが、計算速度が早いことも重要な点となる。以下、部位に着目したYOLOモデルをPart based YOLO(POLO)と呼ぶ。 Convolutional neural networks usually require more computations than conventional image processing techniques. This automatic tracking system requires real-time processing of moving images, so it is important that the detection accuracy is high, but it is also important that the calculation speed is fast. A YOLO model focused on a part is hereinafter referred to as Part based YOLO (POLO).
YOLOv2は他の機械学習に基づく物体検出方法と異なり、全て畳み込みニューラルネットワークで構成されている。 Unlike other machine learning based object detection methods, YOLOv2 is entirely constructed with convolutional neural networks.
YOLOv2の処理において畳み込み後の計算結果はテンソル形状となっており、そのYOLOv2において対象領域がどの種類のカテゴリが含まれているか、その信頼度数がどれほどか、座標位置がどこか、などの情報が含まれるように学習が行われる。 The calculation result after convolution in YOLOv2 processing is a tensor shape, and information such as what kind of category is included in the target area in YOLOv2, how much reliability it has, and where the coordinate position is. Learning is done to be included.
YOLOv2の処理過程において、ノイズのような結果をフィルタリングし、計算結果を後処理により整理して出力する。重機の認識において重機全体ではなく、重機の部位及び全体を検出するようにYOLOv2を学習すると、YOLOv2の畳み込み後のテンソルには部位検出に関する情報が詰まった状態で出力される。そのため、それらの計算結果を用いて、全体を検出するように推論するネットワークをYOLOv2の処理段階の後段に取り付けることにより、部位を組み合わせて全体を推論する検出モデルが構築される。 In the process of YOLOv2, noise-like results are filtered, and the calculation results are arranged and output by post-processing. If YOLOv2 is trained to detect not only the entire heavy machine but also the whole heavy machine, the tensor after convolution of YOLOv2 will be output with a lot of information related to part detection. Therefore, using these calculation results, a detection model that combines parts and infers the whole is constructed by attaching a network that makes an inference to detect the whole after the processing stage of YOLOv2.
図10は、第2手法の処理の内容の一例を示す概念図である。左の32×32と記載された箱状のものは、特徴量マップのテンソルを表現したYOLOv2の出力結果を示す。32×32は特徴量マップのサイズである。特徴量マップの厚さ、チャネル数は以下の式(2)により決定される。
channels = num × (classes + coords + 1) (2)
式(2)において、numはグリッドあたりの推定数個数(例えば5)である。classesは、推定クラス、coordsは推定すべき座標パラメータ数(例えば4)である。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing an example of the contents of the processing of the second method. A box-shaped object labeled 32×32 on the left shows the output result of YOLOv2 expressing the tensor of the feature map. 32×32 is the size of the feature map. The thickness of the feature quantity map and the number of channels are determined by the following equation (2).
channels = num × (classes + coords + 1) (2)
In equation (2), num is the estimated number per grid (eg, 5). classes are estimated classes, and coords is the number of coordinate parameters to be estimated (eg, 4).
図10において、左の特徴量マップと右の特徴マップの間は、認識した重機の部位の情報を組み合わせて重機の全体の形状を推論するための処理である。右の特徴量マップは、変換後の特徴量マップであり、この出力値を用いて重機全体の画像上の位置や種類を推定する。特徴量マップからの推定はYOLOv2の推定と同様のものを用いる。 In FIG. 10, between the feature map on the left and the feature map on the right is processing for inferring the overall shape of the heavy machinery by combining information on the recognized parts of the heavy machinery. The feature amount map on the right is the feature amount map after conversion, and the position and type of the entire heavy machinery on the image are estimated using this output value. The estimation from the feature quantity map uses the same estimation as in YOLOv2.
POLOによる重機を検出するための訓練用データセット(学習データ)および評価用データセットは、無人化施工現場において撮像された映像データ及び模擬用のRC(Radio Control)模型で制作された重機を撮影した映像を用いて作成された。重機を含む画像領域は、動画中のフレームをランダムに切り出して抽出された。 Training data sets (learning data) and evaluation data sets for detecting heavy machinery by POLO are video data captured at unmanned construction sites and heavy machinery made with simulated RC (Radio Control) models. It was created using the video that was taken. Image regions containing heavy machinery were extracted by randomly extracting frames from the video.
今回のデータセットでは、重機の種類をバックホーとダンプ(クローラのものを含む)とした。データセットの形式はVOCデータセットの形式とし、カテゴリとして、ダンプデータセットには、タイヤ、ダンピングベッド、タクシーのパーツ(部位)を含み、ダンプ全体の形状も含まれる。バックホーのデータセットには、アーム、ブーム、バケット、カウンターウェイト、シューズ、キャブなどに、バックホー全体の形状も含まれる。ダンプを含む画像約2000枚とクローラダンプの画像1500枚とが準備され、訓練用およびテスト用として4:1に分けて使用された。 In this dataset, the types of heavy equipment are backhoes and dumps (including crawlers). The format of the data set is the format of the VOC data set, and the categories of the dump data set include tires, dumping beds, taxi parts (parts), and the shape of the entire dump. Backhoe datasets also include the full backhoe geometry, including arms, booms, buckets, counterweights, shoes, and cabs. Approximately 2000 images containing dumps and 1500 images of crawler dumps were prepared and used in a 4:1 split for training and testing.
図11に示されるように、データセットの重機を含む画像領域において小さな枠で囲まれた画像領域は重機の部位を示し、大きな枠で囲まれた画像領域(第2画像領域)は重機の全体を示す。 As shown in FIG. 11, in the image area containing the heavy machinery of the data set, the image area surrounded by a small frame indicates the part of the heavy machinery, and the image area surrounded by a large frame (second image area) is the entire heavy machinery. indicates
次に、POLOの訓練方法について説明する。一般的にパラメータが多いニューラルネットワークなどを用いた機械学習では、少ないデータ数で学習をしようとすると、訓練データに適合し過ぎてしまう過学習が生じることが知られている。この問題の解消方法として、転移学習というものがある。これはあるタスクに対して、そのデータが少ない場合に、別のタスクの規模の大きいデータセットを用いてパラメータを事前に学習し、その後、本来のタスクを少ないデータセットで学習する方法である。 Next, a POLO training method will be described. In general, machine learning using neural networks with many parameters is known to cause overfitting, in which the training data is overfitted when learning is performed with a small number of data. Transfer learning is a solution to this problem. This is a method of learning parameters in advance using a large data set of another task when there is little data for a certain task, and then learning the original task with a small data set.
転移学習を用いることで、ランダムに初期化されたパラメータを0から学習する方法より精度が良くなる。物体検出のデータセットは、画像認識のデータセットと比較して、教師データを作成するのが困難になる。それは、物体認識のデータセットは、ある画像に対して、対応するカテゴリのラベルを指定するものであるが、物体検出の教師データの場合には、それぞれの対象の物体に対して、物体のある座標及びそのカテゴリの指定が必要になるからである。 By using transfer learning, the accuracy is better than the method of learning randomly initialized parameters from 0. Object detection datasets are more difficult to create teacher data than image recognition datasets. The object recognition data set specifies the corresponding category label for a certain image. This is because it is necessary to specify coordinates and their categories.
そのため、物体検出のデータセットを作成するためには手間がかかり、画像認識の学習を行うために必要なデータセットに対して数が少ないため、機械学習を用いた物体検出のモデルを学習させるときには、物体認識用に用意されたデータセットを用いて、良い特徴量を得やすいパラメータを学習する。学習の結果、物体検出のモデルとして使用できるパラメータが生成されパラメータが初期化された後に、転移学習として、物体検出のデータセットで学習が行われる。 Therefore, creating an object detection dataset takes time and effort, and the number of datasets required for image recognition training is small, so when training an object detection model using machine learning, , using a dataset prepared for object recognition, learn parameters that are easy to obtain good feature values. As a result of learning, after parameters that can be used as a model for object detection are generated and the parameters are initialized, learning is performed with a data set for object detection as transfer learning.
第2認識装置30は、重機の認識処理において上述した転移学習を用いる。第2認識装置30において実行されるPOLOの工程には2段階の工程がある。1段階目は、重機の全体の形状を含めて重機の複数の部位を検出するようにする訓練工程である。2段階目は1段階目で学習したモデルにより得られる特徴マップを変換し、複数の部位を統合して重機の全体形状を推定する変換器の学習工程である。
The
1段階目の訓練工程は、YOLOv2の訓練と同様の設定が用いられた。異なる部分は検出するクラス数であり、検出対象は重機の部位および全体である。1段階目の学習時に重機全体の検出が含まれるのは、1段階目ですでに重機全体を検出できるような状態であるならば、その情報を用い、全体を検出できない場合には組み合わせられるようにするためである。 The first stage training process used a similar setup as the YOLOv2 training. The different part is the number of classes to be detected, and the detection target is the part and the whole of the heavy machinery. The reason why the detection of the entire heavy machinery is included in the first stage of learning is that if it is already possible to detect the entire heavy machinery in the first stage, that information will be used, and if it is not possible to detect the whole, it will be combined. It is for
2段階目の訓練工程は、1段階目で訓練したパラメータを固定して、新たに追加した変換器のパラメータのみを学習する。学習に使用するラベルは部位の教師データを使用せず、バックホー全体とクローラダンプ全体の2種類のみである。 In the second stage training process, the parameters trained in the first stage are fixed and only the parameters of the newly added transducer are learned. There are only two types of labels used for learning: the entire backhoe and the entire crawler dump, without using the training data of the parts.
上記のデータセットにおいて、大体の状態において重機を検出することが可能であることが確認された。検出出来なかった状態については、バケットが見えにくい状態にある、また、小さくて検出しにくいことが原因として考えられる。今回使用した訓練データセットは、通常の物体検出を訓練するデータセットと比較して小さいので、より精度をあげるためには、データセットの量を増加させ、特徴量を得やすくする必要がある。 In the dataset above, it was confirmed that it is possible to detect heavy equipment in most conditions. As for the state that could not be detected, it is considered that the bucket is in a state where it is difficult to see or it is small and difficult to detect. The training dataset used this time is smaller than the dataset used to train normal object detection, so in order to improve accuracy, it is necessary to increase the size of the dataset and make it easier to obtain feature values.
重機を追従する際には重機全体を検出する必要があるが、バケットをアームの動作により操作するバックホーなどの作業時には、バケットに着目することが想定される。そのため、バケットについて、2段階工程の学習を終えたあと、計算処理の途中結果からバケットに関する部位情報を抽出し、検出することが出来るか否かを確認した。 When following heavy machinery, it is necessary to detect the entire heavy machinery, but it is assumed that attention will be paid to the bucket during work such as a backhoe that operates the bucket by arm movement. Therefore, after completing the learning of the two-step process for the bucket, it was confirmed whether or not the part information about the bucket could be extracted from the intermediate result of the calculation processing and detected.
POLO自体の最終処理結果は全体の推定になるため、部位情報を抽出するには、部位情報統合推論部分前の結果であるYOLOv2の結果を使用し、部位情報について推論する必要がある。2段階工程の訓練後であっても第1段階目の処理に用いられるパラメータが固定されているため、部位の情報について推論することが可能である。図12は、機械学習の訓練後に異なるパターンのテストデータを用いたバケットの検出結果の一例を示す図である。 Since the final processing result of POLO itself is the overall estimation, in order to extract the part information, it is necessary to use the result of YOLOv2, which is the result before the part information integration inference part, and reason about the part information. Since the parameters used in the first-stage process are fixed even after the two-stage process training, it is possible to make inferences about the site information. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of bucket detection results using different patterns of test data after machine learning training.
次に、上述したATM3DとPOLOとの2つの検出結果を統合する手法について述べる。上述したように、ATM3Dは初期テンプレートを設定してから、変化量が少ないほど追従精度は高いが変化量が大きくなると追従できなくなる場合がある。 Next, a method for integrating the above two detection results of ATM3D and POLO will be described. As described above, after the initial template is set, the ATM3D has a higher follow-up accuracy as the amount of change decreases, but may not be able to follow if the amount of change increases.
一方で、POLOは時系列データを用いていないため変化量に依存しないが、他の重機の検出や突発的な誤検出が発生する可能性がある。それに対して、ATM3Dの検出結果は追従対象から突如大きく離れることは少ない。ゆえにATM3Dの検出結果にPOLOの検出結果が類似している場合のみPOLOの検出結果を採用する。 On the other hand, POLO does not use time-series data and therefore does not depend on the amount of change, but there is a possibility of detecting other heavy machinery or of suddenly erroneous detection. On the other hand, the detection result of ATM3D rarely deviates suddenly from the object to be tracked. Therefore, the POLO detection result is adopted only when the POLO detection result is similar to the ATM3D detection result.
例えば、ATM3DおよびPOLOはいずれも重機の検出結果として画面内の重機を囲む矩形で表現されるため、この2つの矩形の類似度をIoUにより算出し、閾値によってATM3DとPOLOの検出結果のどちらを採用するかを決定する。その後、どちらを採用したかに関わらず、採用した矩形位置に応じてカメラ雲台の制御とATM3Dで用いるテンプレート画像の更新を行う。ただし、POLOはGPUが搭載されたコンピュータで処理を行うため、オンライン上の外部のコンピュータの使用を想定する。 For example, ATM3D and POLO are both represented by a rectangle surrounding the heavy machinery on the screen as the detection result of heavy machinery. decide whether to adopt. After that, regardless of which one is adopted, the camera platform is controlled and the template image used in ATM3D is updated according to the adopted rectangular position. However, since POLO performs processing on a computer equipped with a GPU, it is assumed that an online external computer will be used.
現場において第1認識装置20は、第2認識装置30と通信し、撮像部10が撮像した画像を送信してから、第2認識装置30が検出処理を行って第1認識装置20に検出結果を送信するまでに通信環境に基づく時間を要する。例えば、実験例では、画像を送り始めてから検出結果が戻るまで1フレーム0.25~1秒程度必要であった。実験例では、操作者にフレームレートの低い(非連続な)映像を提供することを防ぐため、ATM3Dによるカメラ追従とPOLOによる検出処理を並列処理させた。
In the field, the
次にカメラの制御方法について説明する。常にカメラを動かすのではなく、画面から重機がはみ出さない程度に大きくカメラを動かす必要がある。そこで、第1認識装置20は、画面中央にある大きさの矩形領域を設定し、矩形領域の内部に追従対象が収まるようカメラを動作させる。まず、第1認識装置20は、検出結果に基づいて重機を囲む矩形領域の位置を取得する。
Next, a camera control method will be described. Instead of constantly moving the camera, it is necessary to move the camera as large as possible so that the heavy machinery does not protrude from the screen. Therefore, the
次に、第1認識装置20は、検出された矩形領域の中心位置が画面の中心を含む所定の大きさの矩形の中心領域内に収まるようにカメラ雲台を一定速度で動作させ、中心領域内内に重機の矩形領域の中心が収まった場合はカメラ雲台を停止させる。例えば、第1認識装置20は、重機が画面内の左上にある場合、画面の中心領域内に重機の矩形領域が収まるようにカメラ雲台を動作させ続ける。第1認識装置20は、中心領域内に重機の矩形領域の中心が収まった場合、カメラ雲台の回転を止める。この結果、重機は、第1認識装置20の表示部の画面上において中心近くに表示される。
Next, the
画面上に表示される矩形の中心領域のサイズは、操作者の操作により任意のサイズに設定される。中心領域のサイズが小さく設定された場合、第1認識装置20は、中心領域内に重機の矩形領域の中心を収めるように重機の移動に対して反応して頻繁にカメラ雲台を動作させることになるが、重機は画面中央に表示されるようになる。
The size of the rectangular center area displayed on the screen is set to an arbitrary size by the operator's operation. When the size of the central area is set small, the
中心領域を小さく設定しすぎると、移動する検出対象が中心領域に入った際に、カメラ雲台が動いて停止する前に、検出対象の動きに合わせてさらに雲台が動くことで中心領域からはみ出してしまう事があり、場合によってはカメラ雲台が振動してしまう可能性がある。この現象は、特にカメラ映像が第1認識装置20により取得されるまでの遅延時間や雲台のモータの速度に依存する。
If the center area is set too small, when the moving detection target enters the center area, before the camera pan head moves and stops, the pan head moves further in accordance with the movement of the detection target, causing It may stick out, and depending on the case, the camera pan head may vibrate. This phenomenon particularly depends on the delay time until the camera image is acquired by the
一方で、中心領域のサイズが大きく設定された場合、第1認識装置20は、重機の多少の移動ではカメラ雲台を動作させない。実験では、経験的に、重機の操作に適切と思われる追従が行える矩形領域を設定した。
On the other hand, when the size of the central region is set large, the
次に、車両認識システム1において実行される処理の流れについて説明する。図13は、車両認識システム1において実行される処理の流れの一例を示すシーケンス図である。
Next, the flow of processing executed in the
まず、第1認識装置20は、撮像部10から一フレーム分の画像を取得する(ステップS100)。第1認識装置20は、同時に第2認識装置30にこの画像データを送信する。第1認識装置20は、撮像部10から取得した画像に基づいてATM3Dを用いた処理による重機の追従処理を行う(ステップS102)。第1認識装置20は、第2認識装置30から検出結果を受信するまでステップS100およびステップS102の処理を繰り返し、重機を追従し続ける。
First, the
第2認識装置30は、画像データを受信する(ステップS104)。第2認識装置30は、第1認識装置20の処理と並行して受信した画像データに基づいてPOLOを用いた処理による重機の検出処理を行う(ステップS106)。第2認識装置30は、POLO処理に基づく検出結果を第1認識装置20に送信する(ステップS108)。
The
第1認識装置20は、第2認識装置30から検出結果を取得すると、ATM3Dを用いた処理による重機の検出結果と、POLOを用いた処理による重機の検出結果とを比較する(ステップS110)。第1認識装置20は、IoU値が所定値以上であるという基準を満たすか否かを判定し、判定結果に応じてどちらか片方の結果をATCSの結果として採用する(ステップS112)。第1認識装置20は、採用したATCSの結果に基づいて、撮像部10の雲台を制御してカメラを重機に追従させる(ステップS114)。
After obtaining the detection result from the
車両認識システム1の動作を確認するため、実験室において実験を行った。現場の環境に類似させるため、実際の無人化施工現場で使われる監視カメラを用意し、床から高さ80cm程の位置にカメラを設置した。また、遠隔操作重機の代替として、無線で動作するRC模型のダンプカーとバックホーの二台を用意した。また、第1認識装置20と第2認識装置30とは、実際の現場の実験で使用するものと同様のものを使用した。
In order to confirm the operation of the
次に通信環境について説明する。GPU搭載PCは有線にて施設内LANに接続されている。事前実験では監視カメラは有線にて施設内LANに接続し、処理用PCはWi-Fi(登録商標)にて施設内LANに接続した。 Next, the communication environment will be explained. The GPU-equipped PC is connected to the facility LAN by wire. In the preliminary experiment, the monitoring camera was connected to the facility LAN by wire, and the processing PC was connected to the facility LAN by Wi-Fi (registered trademark).
図14及び図15は、車両認識システム1の動作結果の一例を示す図である。各画面の中央の矩形は中心領域である。図14のt=30は、中心領域から重機の中心が外れているのはカメラの雲台が動作している経過が示されている。このように、車両認識システム1によれば、カメラの動作やズームにより画面全体が動体として検出されていても、その結果は無視され、最終的な出力結果において重機の追従を継続できる。また、車両認識システム1によれば、重機の見え方が大きく変わる状況でも、動き検出の結果に基づいて、テンプレート画像サイズが変更された結果、重機の追従を継続できる。
14 and 15 are diagrams showing an example of the operation result of the
しかし、車両認識システム1の処理において、POLOを用いた検出においては、カメラに映る重機の面や方向、画面に対する重機の大きさなどの関係により、一部の状況において検出できない状況が生じたが、この結果に基づき、POLOに新たな教師データを加え、再学習が行われた。
However, in the detection using POLO in the processing of the
次に、車両認識システム1の検証のために、現場を模した屋外の実験場において実際の重機を用いた実験が行われた。実験に用いた重機は、実際の無人化施工現場で使用されているものとし、第1認識装置20、第2認識装置30および撮像部10については事前実験と同様のものを使用した。カメラは、実験現場全体を見渡すことができるように2階建ての建物の屋上に設置された。
Next, in order to verify the
次に通信環境について説明する。第2認識装置30は、事前実験と同様に施設内に有線LANで接続されている。現場での実験を行うため、撮像部10のカメラは第1認識装置20に有線LANで直接接続され、第1認識装置20は、Wi-Fiを用いてモバイル回線ルータを介してネットワークNWに接続した。実験範囲内には同じ型の重機が二台あり、一台は停車したままであり、一台を遠隔操作で動かした。図15は、実験環境を撮影したものである。
Next, the communication environment will be explained. The
重機の追従能力を定量的に評価するため、以下の手順で検出の正解データを用意した。まず、実験で取得した、重機を追従している評価用映像を用意した。次に、この動画から一定フレーム間隔毎に重機のバウンディングボックスを使用者の操作によって設定した。ここで得られたバウンディングボックスと画像処理による検出結果の位置、大きさ、を比較することで、検出の精度を評価する。評価用映像全体での「追従時間率」と「検出率」を示す二つの評価値を定義した。 In order to quantitatively evaluate the tracking ability of heavy machinery, correct data for detection was prepared by the following procedure. First, we prepared an evaluation video of the heavy machinery being tracked, which was acquired in the experiment. Next, the bounding box of the heavy machinery was set by the user's operation at regular frame intervals from this moving image. The accuracy of detection is evaluated by comparing the position and size of the bounding box obtained here and the detection result obtained by image processing. We defined two evaluation values that indicate the "following time rate" and the "detection rate" for the entire evaluation video.
二つの評価値の具体的な算出方法を述べる。正解のバウンディングボックスと検出結果として得られる矩形の重なり度合いを示すIoU値を、正解データのあるすべてのフレームで算出し、IoU値が0.7以上のフレーム数をカウントする。これを全体のフレーム数で割ることで、検出率として数値化した。 A specific calculation method for the two evaluation values will be described. An IoU value indicating the degree of overlap between the correct bounding box and the rectangle obtained as the detection result is calculated for all frames having correct answer data, and the number of frames with an IoU value of 0.7 or more is counted. By dividing this by the total number of frames, the detection rate was quantified.
この数値が高いほど、検出精度が高い状態を維持できていた時間が長いことを意味するが、IoU値が低くても追従することは可能なため、この数値は追従能力を完全に反映するものではない。故に、他の評価基準として、重機の追従を開始してから追従ができなくなったフレームまでのフレーム数をカウントし、全体のフレーム数で割ることで、追従時間率として数値化した。これにより、どれくらいの時間重機を追えていたかが評価出来る。追従ができなくなったフレームは、正解データと検出結果のIoU値がはじめて0になったフレームとする。 The higher this number, the longer the detection accuracy was maintained, but since it is possible to follow even if the IoU value is low, this number perfectly reflects the tracking ability. is not. Therefore, as another evaluation criterion, the number of frames from the start of tracking of the heavy machinery to the frame at which the tracking is no longer possible is counted and divided by the total number of frames to quantify the tracking time rate. This makes it possible to evaluate how long the heavy equipment has been chased. A frame in which tracking becomes impossible is a frame in which the IoU value of the correct data and the detection result becomes 0 for the first time.
各手法における、この二つの評価値を比較するため、評価用映像を用いて、複数の手法でそれぞれ追従を行った。評価用映像は、時間:2分39秒、サイズ:976x552およびフレーム率:29.96FPSである。どの追従手法も、初期フレームで追従対象のバウンディングボックスの位置または画像を指定することで追従を開始するため、正解データの初期フレームのバウンディングボックスを追従開始のためのバウンディングボックスとして指定した。つまり、どの手法も同じ条件で追従を開始した。 In order to compare these two evaluation values for each method, tracking was performed using multiple methods using evaluation images. The evaluation video has a duration of 2 minutes and 39 seconds, a size of 976x552 and a frame rate of 29.96 FPS. In any tracking method, tracking is started by specifying the position or image of the bounding box to be tracked in the initial frame. In other words, all methods started tracking under the same conditions.
次に、評価対象について述べる。提案手法の有効性を確認するため、MedianFlowのような既存の一般的な追従手法を用いて検証を行った。一般的な追従手法として MedianFlow、KCF、MIL、Boostingの4手法を、OpenCVライブラリを用いて実装し、評価用映像を用いてそれぞれの手法で追従を行った。なお、これらの手法は動作が重いため、一フレームごとに検出結果が出るまで待機して行った。 Next, the subject of evaluation will be described. In order to confirm the effectiveness of the proposed method, it was verified using an existing general tracking method such as MedianFlow. As general tracking methods, four methods of MedianFlow, KCF, MIL, and Boosting were implemented using the OpenCV library, and tracking was performed using each method using the evaluation video. Note that these methods require a heavy operation, so we waited until the detection result was obtained for each frame.
また、ATM3Dのみ、POLOのみによる追従を行った。POLOの検出精度は通信速度に依存するため、二つの検出結果を評価した。一方は、一フレームごとにPOLOの結果が返るまで待機し、すべてのフレームで検出を行い、結果を取得した。他方は、現場環境と同様の通信環境で動作するATCSを動作させ、検出結果統合前のPOLOのみでの検出結果を取得した。これらの結果をもとに、評価値を求めた。また、ATCSの検出結果も取得し、その評価値も求めた。 Further, follow-up was performed only by ATM3D and only by POLO. Since the POLO detection accuracy depends on the communication speed, two detection results were evaluated. One waits until the result of POLO is returned for each frame, performs detection in every frame, and obtains the result. On the other hand, the ATCS operating in a communication environment similar to the field environment was operated, and the detection results obtained only by the POLO before integration of the detection results were obtained. Evaluation values were obtained based on these results. In addition, the detection results of ATCS were obtained, and the evaluation values thereof were also obtained.
図16は、評価用映像を用いて一般的な追従手法による追従を行っているときの一定フレームごとの検出結果である。fは動画のフレーム数を表し、画像が追従開始から何フレームかを示している。各矩形は、正解データ、MedianFlow、KCF、MIL、BoostingおよびATCSのそれぞれの手法による検出結果を表している。 FIG. 16 shows detection results for each fixed frame when tracking is performed by a general tracking method using an evaluation video. f represents the number of frames of the moving image, and indicates how many frames the image has from the start of tracking. Each rectangle represents the correct data, medianflow, KCF, MIL, Boosting, and ATCS detection results.
次に、第1手法(ATM3D)の評価結果について説明する。図17は、評価用映像にて第1手法のみによる追従を行っているときの一定フレームごとの検出結果である。矩形は検出結果を表している。 Next, evaluation results of the first method (ATM3D) will be described. FIG. 17 shows the detection result for each fixed frame when tracking is performed only by the first method in the evaluation video. Rectangles represent detection results.
次に、車両認識システム1の処理(ATCS)の評価結果について説明する。図18は、評価用映像を用いて車両認識システム1の処理による追従を行っているときの一定フレームごとの検出結果である。各矩形はPOLO、ATCSの検出結果を表している。
Next, evaluation results of the processing (ATCS) of the
図19は、各検出手法に基づく重機の検出率の評価結果の一例を示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing an example of evaluation results of the detection rate of heavy equipment based on each detection method.
MedianFlowとKCFは、重機の検出位置が初期位置から大きく変化せず、そのまま重機が移動したため、早期に追従できなくなった。MILは、上記二手法に比べ、長い時間追従できたが、追従時間率は57%であり追従を継続することが出来ない。 For MedianFlow and KCF, the detection position of the heavy machinery did not change greatly from the initial position, and the heavy machinery moved as it was, so it became impossible to follow up early. MIL was able to follow for a longer time than the above two methods, but the follow-up time rate was 57%, and follow-up could not be continued.
Boostingによる追従においては、追従時間率が100%であったが、最終フレームでは重機から進行方向逆側に大幅にずれており、この検出結果に基づいてカメラを動かした場合、操作者に適切な映像を提供できない可能性があるだけでなく、その後の重機の動き方次第では追従できなくなることが予想される。 In the follow-up by Boosting, the follow-up time rate was 100%, but in the final frame, it deviated significantly from the machine in the direction opposite to the traveling direction. Not only is there a possibility that images cannot be provided, but it is also expected that depending on how the heavy machinery moves after that, it will not be possible to follow it.
ATM3Dで動作している動き検出は、アルゴリズムの特性上、特に重機の動きが早いとき、実際の重機のサイズよりやや大きく検出されるため、検出率が低い。また、一方でATM3Dの追従時間率は100%であり、最終フレームでも重機全体を囲んでおり、その後、重機が移動した場合も、追従可能であると予想出来る。 Motion detection operating in ATM3D has a low detection rate due to the nature of the algorithm, especially when the movement of the heavy machinery is fast, the size of the heavy machinery is detected to be slightly larger than the actual size. On the other hand, ATM3D has a follow-up time rate of 100%, and even in the final frame, it surrounds the entire heavy machinery.
POLOは通信速度に依存するため、通信速度を無視した結果と、現場環境を再現した結果を評価した。POLOは追従対象以外の重機の検出と「(低確率だが)重機ではない場所を重機として誤検出すること」があるため、追従対象の重機が検出されている限り他の検出結果を無視した。また、通信速度を考慮した場合において、POLOの検出結果は全フレームで取得できるわけではない。そこで新しい検出結果が戻るまで直前のPOLOの検出結果を固定して評価した。 Since POLO depends on the communication speed, we evaluated the result of ignoring the communication speed and the result of reproducing the field environment. Since POLO detects heavy machinery other than the target to follow and "(albeit with a low probability) it may misdetect places that are not heavy machinery as heavy machinery", it ignores other detection results as long as the heavy machinery to be tracked is detected. Also, when the communication speed is taken into consideration, the POLO detection result cannot be acquired in all frames. Therefore, the previous POLO detection result was fixed and evaluated until a new detection result was returned.
POLOの検出においては、評価映像の全フレームで、重機を検出しないフレームは存在しなかった。また通信環境によらず、最後まで追従を行うことが出来た。これは、過去のフレームや結果をもとに検出を行う他の手法とは異なり、POLOは一フレームのみで検出を行うためである。通信環境を無視した場合、つまり純粋なPOLOのみでの検出率は非常に高い。一方で実環境を想定した実験では検出率の低下が見られる。これは、検出結果が戻るまでの時間に重機の移動や、特にカメラの移動により、画面内の重機の位置が変化し、検出結果の位置が実際の位置より遅れ、大幅にずれるためである。 In POLO detection, there were no frames in which heavy machinery was not detected in all frames of the evaluation video. Also, regardless of the communication environment, it was possible to follow up to the end. This is because POLO performs detection on only one frame, unlike other techniques that rely on past frames or results for detection. When the communication environment is ignored, that is, the detection rate is very high only with pure POLO. On the other hand, in experiments that assume a real environment, a decrease in the detection rate can be seen. This is because the position of the heavy machinery in the screen changes due to the movement of the heavy machinery, especially the movement of the camera, during the time until the detection result returns, and the position of the detection result lags behind the actual position and deviates significantly.
ATCSも追従時間率は100%であり、検出率も高い。一方で、通信環境を考慮したPOLO同様に、カメラが動くとき、検出位置が遅れることが確認された。 ATCS also has a follow-up time rate of 100% and a high detection rate. On the other hand, it was confirmed that the detection position is delayed when the camera moves, similar to POLO, which considers the communication environment.
検出率順は、追従時間率順と同じであり、評価映像において重機を追従することが出来たものは、上記の提案手法とBoostingのみであることが確認できる。また、最終フレームの検出結果矩形の中心位置に着目すると、Boostingは重機から外れており、提案手法は重機の中心付近にあることがわかる。検出結果矩形の中心位置は重機の中心位置に近いことが望ましい。なぜならば検出結果矩形の中心位置に基づいてカメラ雲台を制御しているからである。 The detection rate order is the same as the tracking time rate order, and it can be confirmed that only the above-mentioned proposed method and boosting were able to follow the heavy machinery in the evaluation video. Focusing on the center position of the detection result rectangle of the final frame, it can be seen that Boosting is outside the heavy machinery, while the proposed method is near the center of the heavy machinery. It is desirable that the center position of the detection result rectangle be close to the center position of the heavy machinery. This is because the camera platform is controlled based on the center position of the detection result rectangle.
ATCS、POLO、ATM3Dの検出率を比較すると、ATCSが最も高く、POLO、ATM3Dを統合せずに使用するより、追従性能が高いことが確認出来た。また、通信環境を考慮しない場合、POLOが最も検出精度が高いことがわかる。しかし実環境を想定した場合、ATCSが最も検出精度が高い。 Comparing the detection rates of ATCS, POLO, and ATM3D, ATCS was the highest, and it was confirmed that tracking performance was higher than when POLO and ATM3D were used without integration. Also, it can be seen that POLO has the highest detection accuracy when the communication environment is not considered. However, when assuming a real environment, ATCS has the highest detection accuracy.
[変形例]
上述したように、ATCSの精度は第1認識装置20と第2認識装置30との間の通信速度に依存する。高速な通信環境が整っている場合は問題ないが、通信速度が遅くなった場合、車両認識システム1は、第2認識装置30が重機を検出した時点の重機を囲むバウンディングボックスの位置を提示してしまい、結果的に遅れが大きくなり検出率を下げる要因となる。
[Modification]
As mentioned above, the accuracy of ATCS depends on the communication speed between the
特にカメラ雲台の回転時には検出精度の低下の影響が顕著に発生し、追従対象にカメラを向ける際に重機の位置からカメラの視点がオーバシュートし、カメラの視点を重機に合わせようとしてカメラ雲台が振動するような動作が発生してしまう可能性がある。通信速度の遅れによって生じるずれた位置を採用してしまうと、実際には検出結果位置から重機がはみ出していたり、重機が検出結果内に映っていなかったりする可能性がある。 In particular, when the camera platform rotates, the effect of the decrease in detection accuracy is noticeable. There is a possibility that an operation that causes the table to vibrate will occur. If a misaligned position caused by a delay in communication speed is adopted, there is a possibility that the heavy machinery will actually protrude from the detection result position, or that the heavy machinery will not appear in the detection result.
重機がずれた位置に基づいてテンプレート画像を更新してしまうと、重機とともに背景が混ざったテンプレート画像を生成してしまう恐れや、重機のいない背景画像を生成してしまう可能性がある。重機が正確に映っていない、背景を含むテンプレート画像を生成した場合、車両認識システム1は、その背景を含む領域を追従しようと動作し、正しい追従が行えなくなる。ATCSの検出率を見ると低くはないが、これらの要因で追従ができなくなる可能性を含んでおり、改善の余地がある。
If the template image is updated based on the shifted position of the heavy equipment, there is a possibility that the template image will be generated with the background mixed with the heavy equipment, or the background image without the heavy equipment will be generated. When a template image including a background in which the heavy machinery is not accurately captured is generated, the
以下、上述したATCSの検出率を改善するためのシステムであるATCS+について説明する。 ATCS+, which is a system for improving the detection rate of the above-mentioned ATCS, will be described below.
発明者らは、ATCSの検出率を改善するため、POLOとATM3Dの統合手法を改良し、ATCS+を開発した。図20は、実施形態とその変形例の検出結果を比較したものである。 In order to improve the detection rate of ATCS, the inventors have improved the integration method of POLO and ATM3D and developed ATCS+. FIG. 20 compares the detection results of the embodiment and its modification.
ATCSでは、POLOの検出位置のみを受け取り、ATCSに統合していた。これに対してATCS+では、POLOの処理を行う第2認識装置30に送信したフレーム画像を第1認識装置20に記憶しておき、第1認識装置20は、POLOの処理後の第2認識装置30から返ってきた検出位置の情報に基づいて、記憶した送信時のフレーム画像から重機の画像領域(第3画像領域)を切り出す。第1認識装置20は、次のフレームにおいて切り出した画像領域をテンプレート画像としてテンプレートマッチングを行う。
At ATCS, only POLO detection positions were received and integrated into ATCS. On the other hand, in ATCS+, the frame image transmitted to the
つまりATCSでは、カメラの移動により重機の位置座標は急激に変化する可能性があるのに対し、ATCS+では、カメラが動いても重機の見た目は急激に変化しないことを利用し、通信速度の遅延によって生じるテンプレートマッチングの遅れの問題を解決した。 In other words, in ATCS, the position coordinates of heavy machinery may change rapidly due to the movement of the camera. Solved the problem of template matching lag caused by
以下、ATCS+の評価結果について説明する。図21は、ATCSとATCS+との検出結果を示す図である。図21には、ATCSとATCS+との間で特に検出精度の差が大きかったシーンのフレーム画像であり、ATCS+は(1)、ATCSは(2)で示される。これらのシーンは、カメラ雲台が大きく動いたシーンである。 The evaluation results of ATCS+ will be described below. FIG. 21 is a diagram showing detection results of ATCS and ATCS+. FIG. 21 shows frame images of scenes in which the difference in detection accuracy was particularly large between ATCS and ATCS+, where ATCS+ is indicated by (1) and ATCS by (2). These scenes are scenes in which the camera pan head has moved greatly.
図21において、ATCSの検出結果を示すバウンディングボックスが大きくずれてしまっているのに対して、ATCS+の検出結果示すバウンディングボックスは安定して正しい位置を示していることが確認できる。図22に示されるように、ATCS+の検出結果の方がATCSよりも安定していることが評価値の算出結果からも明らかである。 In FIG. 21, it can be confirmed that the bounding box indicating the detection result of ATCS is largely misaligned, whereas the bounding box indicating the detection result of ATCS+ stably indicates the correct position. As shown in FIG. 22, it is clear from the evaluation value calculation results that the detection results of ATCS+ are more stable than those of ATCS.
上述したように車両認識システム1によれば、監視カメラ映像に基づいて、安定的に重機を認識することができる。即ち、車両認識システム1は、テンプレートマッチングと動き検出を組み合わせた画像処理と、機械学習に基づく二種類の物体検出アルゴリズムを統合した、新たな重機のカメラ追従手法により、従来の画像処理手法のみの適用では実現が難しい、無人化施工現場での物体追従を行うことができる。
As described above, according to the
また、車両認識システム1によれば、従来の画像処理を改良した提案手法であるATM3Dの処理を行うことにより、テンプレートマッチングと動き検出を用いて、他の一般手法に比べて長時間の対象物の追従をすることができる。また、車両認識システム1によれば、機械学習による検出アルゴリズムを用いて既存のニューラルネットワークモデルを拡張したモデルで、重機をよりロバストに検出可能である。
In addition, according to the
また、車両認識システム1によれば、ネットワーク遅延とカメラの方向転換によって引き起こされる問題を解決することで、よりロバストにカメラによる重機の追従を実現することができる。
In addition, according to the
1…車両認識システム1、10…撮像部、20…第1認識装置、30…第2認識装置、NW…ネットワーク
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記重機を含むテンプレート画像と前記撮像部により撮像された画像とをテンプレートマッチングにより比較して前記撮像された画像から前記重機の動きを検出し、前記重機を含む画像領域を抽出する画像処理部と、を備え、
前記画像処理部は、抽出した前記画像領域の前記画像上の位置を推定し、抽出した前記画像領域を新たなテンプレート画像として更新し、更新したテンプレート画像と、前記撮像部により撮像された新たな画像とに基づいて次のテンプレートマッチングを行う際に、前記新たな画像において、前記位置から所定距離の範囲内において前記重機を含む前記画像領域を抽出し、
前記重機を含むテンプレート画像と前記撮像された画像とをテンプレートマッチングにより比較して前記撮像された画像から前記重機を含む第1画像領域を抽出し、
前記撮像部により前記撮像された画像に基づいて、ニューラルネットワークによる深層学習の結果を適用して前記重機を構成する複数の部位を個別に認識し、
前記複数の部位の認識結果を組み合わせて前記重機の全体の形状を認識し、
前記重機を含む第2画像領域を抽出し、
前記第2画像領域の情報を取得し、前記第1画像領域と前記第2画像領域を比較して、比較結果が基準を満たす場合、前記第2画像領域を前記重機の認識結果として決定する、
車両認識システム。 an imaging unit that captures an image including heavy machinery;
an image processing unit that compares a template image including the heavy equipment with an image captured by the imaging unit by template matching, detects movement of the heavy equipment from the captured image, and extracts an image area including the heavy equipment; , and
The image processing unit estimates the position of the extracted image area on the image, updates the extracted image area as a new template image, and updates the updated template image with the new image captured by the imaging unit. extracting the image area containing the heavy machinery within a predetermined distance from the position in the new image when performing the next template matching based on the image ;
comparing a template image including the heavy machinery and the captured image by template matching to extract a first image region including the heavy machinery from the captured image;
individually recognizing a plurality of parts constituting the heavy machinery by applying results of deep learning by a neural network based on the image captured by the imaging unit;
recognizing the overall shape of the heavy equipment by combining the recognition results of the plurality of parts;
extracting a second image region containing the heavy equipment;
Obtaining information of the second image area, comparing the first image area and the second image area, and determining the second image area as the recognition result of the heavy machinery when the comparison result satisfies a criterion;
vehicle recognition system.
請求項1に記載の車両認識システム。 The image processing unit obtains information about a first position of the second image region, and extracts a third image region including the heavy machinery in the image based on the information of the first position from the image. The third image region is updated as a new template image, and the next template matching is performed based on the updated template image and the image newly captured by the imaging unit to extract the image region including the heavy machinery. ,
A vehicle recognition system according to claim 1 .
重機を含む画像を撮像し、
前記重機を含むテンプレート画像と撮像した画像とをテンプレートマッチングにより比較して前記撮像した画像から前記重機の動きを検出し、前記重機を含む画像領域を抽出し、
抽出した前記画像領域の前記画像上の位置を推定し、
抽出した前記画像領域を新たなテンプレート画像として更新し、
更新したテンプレート画像と、撮像した新たな画像とに基づいて次のテンプレートマッチングを行う際に、前記新たな画像において、前記位置から所定距離の範囲内において前記重機を含む前記画像領域を抽出し、
前記重機を含むテンプレート画像と前記撮像した画像とをテンプレートマッチングにより比較して前記撮像した画像から前記重機を含む第1画像領域を抽出し、
前記撮像した画像に基づいて、ニューラルネットワークによる深層学習の結果を適用して前記重機を構成する複数の部位を個別に認識し、
前記複数の部位の認識結果を組み合わせて前記重機の全体の形状を認識し、
前記重機を含む第2画像領域を抽出し、
前記第2画像領域の情報を取得し、前記第1画像領域と前記第2画像領域を比較して、比較結果が基準を満たす場合、前記第2画像領域を前記重機の認識結果として決定する、
車両認識方法。 the computer
Take an image including heavy equipment,
comparing a template image including the heavy machinery with a captured image by template matching to detect movement of the heavy machinery from the captured image, extracting an image region including the heavy machinery;
estimating the position of the extracted image region on the image;
updating the extracted image area as a new template image;
extracting the image area including the heavy machinery within a range of a predetermined distance from the position in the new image when performing the next template matching based on the updated template image and the captured new image ;
comparing a template image including the heavy machinery and the captured image by template matching to extract a first image region including the heavy machinery from the captured image;
Individually recognizing a plurality of parts constituting the heavy machinery by applying results of deep learning by a neural network based on the captured image,
recognizing the overall shape of the heavy equipment by combining the recognition results of the plurality of parts;
extracting a second image region containing the heavy equipment;
Obtaining information of the second image area, comparing the first image area and the second image area, and determining the second image area as a recognition result of the heavy machinery when the comparison result satisfies a criterion;
Vehicle recognition method.
抽出した前記第3画像領域を新たなテンプレート画像として更新し、
更新したテンプレート画像と新たに撮像した画像とに基づいて次のテンプレートマッチングを行い、前記重機を含む前記画像領域を抽出する、
請求項3に記載の車両認識方法。 Obtaining information about a first position of the second image region, extracting a third image region including the heavy machinery in the image based on the information of the first position from the image;
updating the extracted third image region as a new template image;
performing the following template matching based on the updated template image and the newly captured image, and extracting the image region including the heavy equipment;
The vehicle recognition method according to claim 3 .
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