JP7597217B2 - Learning device, estimation device, their methods, and programs - Google Patents
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Description
本発明は、顔画像から視線角度と有効視野を推定する推定技術と、推定する際に用いるパラメータの学習技術に関する。 The present invention relates to an estimation technology for estimating gaze angle and effective field of view from a facial image, and a learning technology for parameters used when making the estimation.
視線角度とは、左目、右目の眼球の瞳孔の向きを表す回転角度である。視線角度を画像から推定することができると、人間が何を注視しているのか、またはキョロキョロしている、など眼球の運動状態が分かり、人間の状態、内面理解を分析することができる。視線角度推定は、一般にニューラルネットワークを利用して行われる。従来技術では、視線角度のみを目領域画像からニューラルネットワークモデルを用いて、回帰をする学習を行う。視線角度の正解ラベルはベクトルデータであり、眼球の水平成分、垂直成分の各回転角度値の連続データである。ニューラルネットワークによる視線角度推定に用いるパラメータの学習では、例えば画像認識等で広く用いられている畳み込み層、プーリング層を用いて画像の特徴を抽出し、その後の全結合層により、視線角度のベクトルデータへの回帰を行うことで、視線角度を推定することができる。Gaze angle is the rotation angle that indicates the direction of the pupils of the left and right eyes. If the gaze angle can be estimated from an image, it is possible to understand the state of eye movement, such as what a person is gazing at or looking around, and to analyze the person's state and inner understanding. Gaze angle estimation is generally performed using a neural network. In conventional technology, only the gaze angle is learned by regression from the eye area image using a neural network model. The correct answer label for the gaze angle is vector data, which is continuous data of the rotation angle values of the horizontal and vertical components of the eyeball. In learning the parameters used for gaze angle estimation using a neural network, for example, the image features are extracted using a convolution layer and a pooling layer that are widely used in image recognition, and then the gaze angle can be estimated by regressing it to vector data using a fully connected layer.
非特許文献1は、ニューラルネットワークを用いて視線角度を推定する手法である。Non-patent
一方、人物が物体を認識しているか、どうかを判別する尺度として有効視野を活用する手法がある。有効視野とは眼球の水平角度-15度以上15度以下、垂直角度-12度以上8度以下の範囲を示し(図1参照)、人間はこの範囲にある対象物を明に認識することができる。逆に有効視野外の物体の認識力は極端に低下する。例えばユースケースとして対象物をロボットとすると、カメラが搭載されているロボットが、カメラに映っている人間から認識されているか、認識されていないかを有効視野尺度を用いて判別することができる。具体的には、人間がロボットに対して顔を向けているのにも関わらず、視線角度が有効視野外の場合は、ロボットを認識していなく、有効視野内の場合はロボットを認識していると判定できる。図1は、人間の視野と視野特性を表す図である。図2は、有効視野内(ものがあると認識できている範囲)と有効視野外(ものがあると認識できていない範囲)を示す図である。On the other hand, there is a method that uses the effective visual field as a measure to determine whether a person recognizes an object. The effective visual field refers to the range of horizontal angles of the eyeball from -15 degrees to 15 degrees and vertical angles from -12 degrees to 8 degrees (see Figure 1), and humans can clearly recognize objects within this range. Conversely, the ability to recognize objects outside the effective visual field drops drastically. For example, if the target is a robot as a use case, the effective visual field scale can be used to determine whether a robot equipped with a camera is recognized by a human captured on the camera. Specifically, even if a human is facing the robot, if the gaze angle is outside the effective visual field, it can be determined that the robot is not recognized, and if it is within the effective visual field, it can be determined that the robot is recognized. Figure 1 shows the visual field and visual field characteristics of a human. Figure 2 shows the effective visual field (the range in which the presence of an object can be recognized) and outside the effective visual field (the range in which the presence of an object cannot be recognized).
従来の視線角度推定に用いるモデルパラメータの学習では視線角度のみをニューラルネットワークで回帰する手法を用いており、視線角度が有効視野内か有効視野外かは推定視線角度からのルール判定によって判別する。また、従来技術は視線角度の誤差最小化のみを行っており、有効視野内か外かは考慮していない学習を行っている。視線角度の推定誤差の傾向として、正解角度の絶対値が大きくなるほど、誤差も大きくなり、有効視野境界である水平角度-15度付近および15度付近(図3の破線で囲んだ部分)、垂直角度-12度付近および8度付近も角度誤差が大きくなる傾向がある。このため、推定した視線角度から、ルールにて有効視野を判定する手法では、有効視野境界付近では、有効視野の判定精度が低下する問題がある。 In conventional model parameter learning for gaze angle estimation, a method is used in which only the gaze angle is regressed using a neural network, and whether the gaze angle is within or outside the effective visual field is determined by a rule judgment from the estimated gaze angle. Furthermore, conventional technology only minimizes the error in the gaze angle, and learning is performed without considering whether it is within or outside the effective visual field. The tendency of gaze angle estimation error is that the larger the absolute value of the correct angle, the larger the error, and there is a tendency for angle errors to be large at horizontal angles near -15 degrees and 15 degrees (areas surrounded by dashed lines in Figure 3), which are the boundaries of the effective visual field, and at vertical angles near -12 degrees and 8 degrees. For this reason, in a method that uses rules to judge the effective visual field from an estimated gaze angle, there is a problem in that the accuracy of the effective visual field judgment decreases near the boundaries of the effective visual field.
本発明は、視線角度と有効視野判定の両者の特徴を捉えた高精度な視線角度推定、有効視野判定を行うことができる推定装置、学習装置、それらの方法、およびプログラムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an estimation device, a learning device, and methods and programs thereof that can perform highly accurate gaze angle estimation and effective visual field judgment that captures the characteristics of both the gaze angle and effective visual field judgment.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、学習装置は、モデルパラメータ^θgまたは^θpを用いて、ニューラルネットワークの関数により学習用顔画像Sbを中間特徴vに変換する共有ネットワーク部と、モデルパラメータ^θgを用いて、ニューラルネットワークの関数により中間特徴vを推定視線角度ベクトルZ'gに変換する視線角度ネットワーク部と、推定視線角度ベクトルZ'gと学習用顔画像Sbに対する視線角度正解ラベルとを用いて、モデルパラメータ^θgを更新する視線角度モデルパラメータ最適化部と、モデルパラメータ^θpを用いて、ニューラルネットワークの関数により中間特徴vを推定有効視野確率ベクトルZ'pに変換する有効視野ネットワーク部と、推定有効視野確率ベクトルZ'pと学習用顔画像Sbに対する有効視野正解ラベルとを用いて、モデルパラメータ^θpを更新する有効視野モデルパラメータ最適化部とを含み、モデルパラメータ^θgに対応する学習済みのモデルパラメータθgと、モデルパラメータ^θpに対応する学習済みのモデルパラメータθpを取得する。 In order to solve the above problem, according to one aspect of the present invention, a learning device includes a shared network unit that uses model parameters ^ θg or ^ θp to convert a training face image Sb into an intermediate feature v by a neural network function; a gaze angle network unit that uses the model parameters ^ θg to convert the intermediate feature v into an estimated gaze angle vector Z'g by a neural network function; a gaze angle model parameter optimization unit that updates the model parameter ^ θg by using the estimated gaze angle vector Z'g and a gaze angle correct label for the training face image Sb ; an effective field of view network unit that uses the model parameters ^ θp to convert the intermediate feature v into an estimated effective field of view probability vector Z'p by a neural network function; and an effective field of view model parameter optimization unit that updates the model parameter ^ θp by using the estimated effective field of view probability vector Z'p and the effective field of view correct label for the training face image Sb , and obtains a learned model parameter θg corresponding to the model parameter ^ θg and a learned model parameter θp corresponding to the model parameter ^ θp .
本発明によれば、視線角度と有効視野判定の両者の特徴を捉えた高精度な視線角度推定、有効視野判定を行うことができるという効果を奏する。 The present invention has the effect of enabling highly accurate gaze angle estimation and effective field of view judgment that captures the characteristics of both the gaze angle and effective field of view judgment.
以下、本発明の実施形態について、説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同一の符号を記し、重複説明を省略する。以下の説明において、テキスト中で使用する記号「^」等は、本来直前の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直後に記載する。式中においてはこれらの記号は本来の位置に記述している。また、ベクトルや行列の各要素単位で行われる処理は、特に断りが無い限り、そのベクトルやその行列の全ての要素に対して適用されるものとする。 Below, an embodiment of the present invention will be described. In the drawings used in the following description, components having the same functions and steps performing the same processing are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted. In the following description, symbols such as "^" used in the text should be written directly above the character immediately preceding it, but due to limitations in text notation, they are written immediately after the character in question. In formulas, these symbols are written in their original positions. Furthermore, unless otherwise specified, processing performed on an element-by-element basis of a vector or matrix is assumed to apply to all elements of that vector or matrix.
<第一実施形態のポイント>
本実施形態は、視線角度の推定に用いるモデルパラメータと、有効視野の判定に用いるモデルパラメータを、同時に学習装置にて学習する。学習データには、学習用顔画像と、それに対する視線角度の正解ラベルYgと、有効視野の正解ラベルYpを持つ。ニューラルネットワークの構成は、共有ネットワーク部と、その後段に分岐する視線角度ネットワーク部と有効視野ネットワーク部である。共有ネットワーク部は学習用顔画像を入力とし、視線角度と有効視野の両者の特徴を獲得する学習が期待でき、後段の視線角度ネットワーク部では、視線角度を回帰し、有効視野ネットワーク部では有効視野内の確率を計算し、それぞれの正解ラベルを用いて推定値の誤差最小化を行い、モデルパラメータを更新する。推定時には、それぞれ、視線角度推定部、有効視野判定部を用いる。視線角度推定部は、共有ネットワーク部とそれに続く視線角度ネットワーク部のネットワークアーキテクチャと、学習装置で学習したモデルパラメータを用いて、視線角度の推定を行う。同様に、有効視野判定部は、共有ネットワーク部とそれに続く有効視野ネットワーク部のネットワークアーキテクチャと、学習装置で学習したモデルパラメータを用いて、有効視野の判定を行う。
<Key Points of the First Embodiment>
In this embodiment, model parameters used to estimate the gaze angle and model parameters used to determine the effective visual field are simultaneously learned by a learning device. The learning data includes a face image for learning, a correct answer label Yg for the gaze angle, and a correct answer label Yp for the effective visual field. The neural network is configured with a shared network section, and a gaze angle network section and an effective visual field network section branched out at the rear. The shared network section takes a face image for learning as an input, and is expected to learn to acquire features of both the gaze angle and the effective visual field. The gaze angle network section at the rear regresses the gaze angle, and the effective visual field network section calculates the probability within the effective visual field, and minimizes the error of the estimated value using each correct answer label, and updates the model parameters. During estimation, a gaze angle estimation section and an effective visual field determination section are used, respectively. The gaze angle estimation section estimates the gaze angle using the network architecture of the shared network section and the subsequent gaze angle network section, and the model parameters learned by the learning device. Similarly, the effective visual field determination unit determines the effective visual field using the network architecture of the shared network unit and the subsequent effective visual field network unit, and the model parameters learned by the learning device.
<第一実施形態>
図4は第一実施形態に係る推定システムの構成例を示す。
First Embodiment
FIG. 4 shows an example of the configuration of an estimation system according to the first embodiment.
推定システムは、学習装置100と、推定装置200とを含む。
The estimation system includes a
学習装置100および推定装置200は、例えば、中央演算処理装置(CPU: Central Processing Unit)、主記憶装置(RAM: Random Access Memory)などを有する公知又は専用のコンピュータに特別なプログラムが読み込まれて構成された特別な装置である。学習装置100および推定装置200は、例えば、中央演算処理装置の制御のもとで各処理を実行する。学習装置100および推定装置200に入力されたデータや各処理で得られたデータは、例えば、主記憶装置に格納され、主記憶装置に格納されたデータは必要に応じて中央演算処理装置へ読み出されて他の処理に利用される。学習装置100および推定装置200の各処理部は、少なくとも一部が集積回路等のハードウェアによって構成されていてもよい。学習装置100および推定装置200が備える各記憶部は、例えば、RAM(Random Access Memory)などの主記憶装置、またはリレーショナルデータベースやキーバリューストアなどのミドルウェアにより構成することができる。ただし、各記憶部は、必ずしも学習装置100および推定装置200がその内部に備える必要はなく、ハードディスクや光ディスクもしくはフラッシュメモリ(Flash Memory)のような半導体メモリ素子により構成される補助記憶装置により構成し、学習装置100および推定装置200の外部に備える構成としてもよい。The
まず、学習装置100について説明する。
First, we will explain the
<学習装置100>
学習装置100は、学習データD=(S1,Tg
1,Tp
1),…,(S|M|,Tg
|M|,Tp
|M|)を入力とし、学習データDを用いてモデルパラメータθg,θpを学習し、学習済みのモデルパラメータθg,θpを出力する。ここで、Mは学習データDのデータサイズである。Sm(m=1,…,M)は、学習用顔画像である。学習用顔画像は、例えば、顔だけを切り出した画像、または、目領域だけを切り出した画像のどちらでもよい。例えば、学習用顔画像の解像度は224x224ピクセル、RGB3チャンネルを持つ。Tg
m(m=1,…,M)は、視線角度の正解ラベル(以下、「視線角度正解ラベル」ともいう)であり、例えば、視線角度の水平、垂直回転角度を格納したベクトルデータであり、[-35,56]のようなデータ形式をとる。Tp
m(m=1,…,M)は、有効視野の正解ラベル(以下、「有効視野正解ラベル」ともいう)であり、例えば、有効視野内である場合は[1]、有効視野外である場合[0]となる。
<
The
図5は、学習装置100の機能ブロック図を、図6はその処理フローを示す。
Figure 5 shows a functional block diagram of the
学習装置100は、共有ネットワーク部120と、視線角度ネットワーク部130と、視線角度モデルパラメータ最適化部140と、有効視野ネットワーク部150と、有効視野モデルパラメータ最適化部160とを含む。The
以下、各部の概要について説明する。 Below, an overview of each part is provided.
共有ネットワーク部120は、学習用顔画像を入力とし、視線角度と有効視野の両者の特徴を学習し、中間特徴を出力する任意のニューラルネットワークを用いて、中間特徴を取得する。The shared
視線角度ネットワーク部130は、中間特徴を入力とし、視線角度の推定値を出力する任意のニューラルネットワークを用いて、視線角度の推定値を取得する。The gaze
視線角度モデルパラメータ最適化部140は、視線角度の推定値と視線角度の正解ラベルを入力とし、視線角度の推定値の誤差を計算し、誤差に基づいてモデルパラメータθgを更新する。
Gaze angle model
有効視野ネットワーク部150は、中間特徴を入力とし、有効視野内である確率(推定有効視野確率)を出力する任意のニューラルネットワークを用いて、推定有効視野確率を取得する。The effective visual
有効視野モデルパラメータ最適化部160は、推定有効視野確率と有効視野の正解ラベルを入力とし、推定有効視野確率の誤差を計算し、誤差に基づいてモデルパラメータθpを更新する。
The visual field model
上述の処理は、1バッチ(学習データのうち部分的に選択した一塊のデータ)の学習手順を示したものであり、これを繰り返して、全データの学習を任意の回数、行えるものとする。 The above process shows the learning procedure for one batch (a part of the training data that has been selected), and this can be repeated any number of times to learn all the data.
以下、各部の詳細について説明する。 Details of each part are explained below.
<共有ネットワーク部120>
入力:学習用顔画像S1,…,S|M|、更新したモデルパラメータ^θgまたは^θpのうち共有ネットワーク部120を構成するニューラルネットワークに対応するパラメータ
出力:1バッチの中間特徴v
共有ネットワーク部120は、任意のニューラルネットワークで構成されており、例えば、4層の畳み込み層などで構成される。
<
Input: face images for learning S 1 , ..., S |M| , updated model parameters ^θ g or ^θ p corresponding to the neural network constituting the shared
The shared
共有ネットワーク部120は、変換処理に先立ち、更新したモデルパラメータ^θg(視線角度モデルパラメータ最適化部140の出力値)または^θp(有効視野モデルパラメータ最適化部160の出力値)のうち共有ネットワーク部120を構成する任意のニューラルネットワークに対応するパラメータを受け取る。
Prior to the conversion process, the shared
共有ネットワーク部120は、更新したモデルパラメータ^θgまたは^θpのうち共有ネットワーク部120を構成する任意のニューラルネットワークに対応するパラメータを用いて、任意のニューラルネットワークの関数により学習用顔画像Sbを中間特徴vに変換する(S120)。学習用顔画像Sbは、学習用顔画像S1,…,S|M|をバッチ単位に分割したものである。1バッチの学習用顔画像Sbは、例えば、16枚の画像で構成される。例えば、あるバッチの学習用顔画像SbがQ枚の画像で構成される場合、q番目の画像に対応する中間特徴をvqとし、v=[v1,v2,…,vQ]とする。ただし、q=1,2,…,Qである。
The shared
<視線角度ネットワーク部130>
入力:1バッチの中間特徴v、更新したモデルパラメータ^θgのうち視線角度ネットワーク部130を構成するニューラルネットワークに対応するパラメータ
出力:推定視線角度ベクトルZ'g
視線角度ネットワーク部130は、任意のニューラルネットワークで構成されており、例えば2層の全結合層などで構成される。
<Gaze
Input: One batch of intermediate features v, and updated model parameters ^θ g corresponding to the neural network that constitutes the gaze
The gaze
視線角度ネットワーク部130は、変換処理に先立ち、更新したモデルパラメータ^θg(視線角度モデルパラメータ最適化部140の出力値)のうち視線角度ネットワーク部130を構成する任意のニューラルネットワークに対応するパラメータを受け取る。
Prior to the conversion process, the gaze
視線角度ネットワーク部130は、受け取ったパラメータを用いて、任意のニューラルネットワークの関数により中間特徴vを推定視線角度ベクトルZ'gに変換する(S130)。推定視線角度ベクトルとは、視線角度の水平回転角度の推定値、垂直回転角度の推定値を格納したベクトルデータである。別の言い方をすると、推定視線角度ベクトルとは、視線角度ベクトルの推定値である。視線角度ベクトルとは、視線角度の水平回転角度、垂直回転角度を格納したベクトルデータである。回転角度の範囲は-180度~180度の範囲を持ち、例えば視線角度ベクトルは、[-35,56]などのベクトルとなる。例えば、あるバッチのq番目の中間特徴vqに対応する推定視線角度ベクトルをZ'g,qとし、Z'g=[Z'g,1,Z'g,2,…,Z'g,Q]とする。推定視線角度ベクトルZ'g,qが、[-35,56]のようなベクトルとなる。
The gaze
<視線角度モデルパラメータ最適化部140>
入力:推定視線角度ベクトルZ'g、視線角度正解ラベルTg
1,…,Tg
|M|
出力:更新したモデルパラメータ^θgまたは学習済みモデルパラメータθg
モデルパラメータ^θgおよびθgは、共有ネットワーク部120を構成するニューラルネットワークに対応するパラメータと視線角度ネットワーク部130を構成するニューラルネットワークに対応するパラメータとを連結したものである。
<Gaze angle model
Input: Estimated gaze angle vector Z' g , gaze angle ground truth labels T g 1 ,…,T g |M|
Output: Updated model parameters ^θ g or trained model parameters θ g
The model parameters ^θ g and θ g are obtained by concatenating parameters corresponding to the neural network constituting the shared
視線角度モデルパラメータ最適化部140は、推定視線角度ベクトルZ'gと視線角度正解ラベルTg
1,…,Tg
|M|とを用いて、モデルパラメータ^θgを更新し(S140)、最適化を行う。例えば、視線角度モデルパラメータ最適化部140は、推定視線角度ベクトルZ'gと視線角度正解ラベルTg
1,…,Tg
|M|との間の誤差を計算し、誤差を最小化するようにモデルパラメータ^θgを更新し、最適化を行う。誤差は例えばMSE誤差やMAE誤差などを用いることができ、パラメータの更新方法としては勾配降下法等を用いることができる。
The gaze angle model
<有効視野ネットワーク部150>
入力:1バッチの中間特徴v、更新したモデルパラメータ^θpのうち有効視野ネットワーク部150を構成するニューラルネットワークに対応するパラメータ
出力:推定有効視野確率ベクトルZ'p
有効視野ネットワーク部150は、任意のニューラルネットワークで構成されており、例えば2層の全結合層などで構成される。
<Effective Field of
Input: one batch of intermediate features v, and updated model parameters ^θ p corresponding to the neural network that constitutes the visual
The visual
有効視野ネットワーク部150は、変換処理に先立ち、更新したモデルパラメータ^θp(有効視野モデルパラメータ最適化部160の出力値)のうち有効視野ネットワーク部150を構成する任意のニューラルネットワークに対応するパラメータを受け取る。
Prior to the conversion process, the effective visual
有効視野ネットワーク部150は、受け取ったパラメータを用いて、任意のニューラルネットワークの関数により1バッチの中間特徴vを推定有効視野確率ベクトルZ'pに変換する(S150)。推定有効視野確率ベクトルとは、有効視野確率の推定値(推定有効視野確率)からなるベクトルであり、有効視野確率とは学習用顔画像の視線向きが有効視野内であるかどうかの確率である。別の言い方をすると、有効視野確率は、学習用顔画像を撮影するカメラが学習用顔画像の被写体の有効視野内に存在するか否かの確率である。例えば、あるバッチのq番目の中間特徴vqに対応する推定有効視野確率をZ'p,qとし、Z'p=[Z'p,1,Z'p,2,…,Z'g,Q]とする。
The effective visual
<有効視野モデルパラメータ最適化部160>
入力:推定有効視野確率ベクトルZ'p、有効視野正解ラベルTp
1,…,Tp
|M|
出力:更新したモデルパラメータ^θpまたは学習済みモデルパラメータθp
モデルパラメータ^θpおよびθpは、共有ネットワーク部120を構成するニューラルネットワークに対応するパラメータと有効視野ネットワーク部150を構成するニューラルネットワークに対応するパラメータとを連結したものである。
<Effective visual field model
Input: Estimated effective field probability vector Z' p , effective field correct labels T p 1 ,…,T p |M|
Output: Updated model parameters ^θ p or trained model parameters θ p
The model parameters ^θ p and θ p are a combination of parameters corresponding to the neural network constituting the shared
有効視野モデルパラメータ最適化部160は、推定有効視野確率ベクトルZ'pと有効視野正解ラベルTp
1,…,Tp
|M|とを用いて、モデルパラメータ^θpを更新し(S160)、最適化を行う。例えば、有効視野モデルパラメータ最適化部160は、推定有効視野確率ベクトルZ'pと有効視野正解ラベルTp
1,…,Tp
|M|との間の誤差を計算し、誤差を最小化するようにモデルパラメータ^θpを更新し、最適化を行う。誤差は例えばクロスエントロピー誤差などを用いることができ、パラメータの更新方法としては勾配降下法等を用いることができる。
The visual field model
上述の処理S120~S160を所定の条件を満たすまで繰り返す(S170)。所定の条件とは、パラメータの更新が収束したか否かを判断するための条件であり、例えば、所定の条件を(i)更新回数が所定の回数を超えたこと、(ii)更新前後のパラメータの差分が所定の値よりも小さいことなどとしてもよい。The above-mentioned processes S120 to S160 are repeated until a predetermined condition is met (S170). The predetermined condition is a condition for determining whether the parameter update has converged or not, and may be, for example, (i) the number of updates has exceeded a predetermined number, or (ii) the difference between the parameters before and after the update is smaller than a predetermined value.
さらに、上述の処理S120~S170を全てのバッチデータ(学習データ)に対して行う。例えば、未処理のバッチデータがあるか否かを判定し(S180)、未処理のバッチデータがある場合には上述の処理S120~S170を行い(S180のNO)、未処理のバッチデータがない場合(S180のYES)には処理を終了する。 Furthermore, the above-mentioned processes S120 to S170 are performed on all batch data (learning data). For example, it is determined whether there is unprocessed batch data (S180), and if there is unprocessed batch data, the above-mentioned processes S120 to S170 are performed (NO in S180), and if there is no unprocessed batch data (YES in S180), the process ends.
全てのバッチデータに対して上述の処理を行った後、最終的に得られた、更新したモデルパラメータ^θg、^θpを学習済みモデルパラメータθg、θpとして出力する。 After performing the above-mentioned processing on all the batch data, the finally obtained updated model parameters ^θ g and ^θ p are output as trained model parameters θ g and θ p .
次に、推定装置200について説明する。
Next, we will explain the
<推定装置200>
推定装置200は、推定処理に先立ち、学習済みのモデルパラメータθg,θpを受け取る。推定装置200は、推定対象の顔画像Sを入力とし、学習済みのモデルパラメータθgを用いて視線角度を推定し、学習済みのモデルパラメータθpを用いて有効視野確率を推定し、推定視線角度ベクトルZg、有効視野の判定結果Zpを出力する。
<
Prior to the estimation process, the
図7は、推定装置200の機能ブロック図を、図8はその処理フローを示す。
Figure 7 shows a functional block diagram of the
推定装置200は、視線角度推定部210と、有効視野判定部220とを含む。The
以下、各部の詳細について説明する。 Details of each part are explained below.
<視線角度推定部210>
入力: 顔画像S、モデルパラメータθg
出力: 顔画像Sに対する推定視線角度ベクトルZg
視線角度推定部210は、推定処理に先立ち、モデルパラメータθgを受け取る。
<Gaze
Input: Face image S, model parameters θ g
Output: Estimated gaze angle vector Z g for face image S
Prior to the estimation process, the gaze
視線角度推定部210は、共有ネットワーク部120とそれに続く視線角度ネットワーク部130のネットワークアーキテクチャと、モデルパラメータθgとを用いて、顔画像Sから視線角度を推定し(S210)、推定値(推定視線角度ベクトルZg)を求める。例えば、共有ネットワーク部120が4層の畳み込み層からなる任意のニューラルネットワークで構成され、視線角度ネットワーク部130が2層の全結合層からなる任意のニューラルネットワークで構成される場合、視線角度推定部210は、共有ネットワーク部120と視線角度ネットワーク部130とに対応する4層の畳み込み層と2層の全結合層とからなるニューラルネットワークで構成され、このニューラルネットワークでモデルパラメータθgを用いる。
The gaze
<有効視野判定部220>
入力: 顔画像S、モデルパラメータθp
出力: 顔画像Sに対する有効視野の判定結果Zp
有効視野判定部220は、推定処理に先立ち、モデルパラメータθpを受け取る。
<Effective visual
Input: Face image S, model parameters θ p
Output: Judgment result Z p of the effective visual field for face image S
Prior to the estimation process, the visual
有効視野判定部220は、共有ネットワーク部120とそれに続く有効視野ネットワーク部150のネットワークアーキテクチャと、モデルパラメータθpとを用いて、顔画像Sから有効視野確率を推定し、有効視野確率の推定値に基づき有効視野内か否かを判定する(S220)。例えば、有効視野判定部220は、有効視野確率の推定値と所定の閾値との大小関係に基づき、有効視野内であるか否かを判定する。例えば、有効視野判定部220は、有効視野確率の推定値が所定の閾値(例えば、0.5)以上の場合には有効視野内であることを示す判定結果を出力し、所定の閾値未満の場合には有効視野外であることを示す判定結果を出力する。ただし、有効視野判定部220は、有効視野確率の推定値そのものを判定結果として出力してもよい。例えば、共有ネットワーク部120が4層の畳み込み層からなる任意のニューラルネットワークで構成され、有効視野ネットワーク部150が2層の全結合層からなる任意のニューラルネットワークで構成される場合、有効視野判定部220は、共有ネットワーク部120と有効視野ネットワーク部150とに対応する4層の畳み込み層と2層の全結合層とからなるニューラルネットワークで構成され、このニューラルネットワークでモデルパラメータθpを用いる。
The effective visual
<効果>
以上の構成により、視線角度と有効視野判定の両者の特徴を捉えた高精度な視線角度推定および有効視野判定ができる。
<Effects>
The above configuration enables highly accurate gaze angle estimation and effective visual field determination that captures the characteristics of both the gaze angle and the effective visual field determination.
<変形例>
本実施形態では、推定装置200は、視線角度と有効視野確率とを推定しているが、何れか一方のみを推定する構成としてもよい。その場合であっても、学習時には、視線角度と有効視野の推定に用いるモデルパラメータを1つのニューラルネットワークの系で学習しているため、視線角度と有効視野判定の両者の特徴を捉えた高精度な視線角度推定または有効視野判定を行うことができる。
<Modification>
In this embodiment, the
<効果>
以上の構成により、視線角度と有効視野判定の両者の特徴を捉えた高精度な視線角度推定、有効視野判定が行うことができる。
<Effects>
With the above configuration, it is possible to perform highly accurate gaze angle estimation and effective visual field determination that captures the characteristics of both the gaze angle and the effective visual field determination.
<その他の変形例>
本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
<Other Modifications>
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment and modified examples. For example, the above-mentioned various processes may be executed not only in chronological order as described, but also in parallel or individually depending on the processing capacity of the device executing the processes or as necessary. In addition, appropriate modifications are possible within the scope of the present invention.
<プログラム及び記録媒体>
上述の各種の処理は、図9に示すコンピュータの記憶部2020に、上記方法の各ステップを実行させるプログラムを読み込ませ、制御部2010、入力部2030、出力部2040などに動作させることで実施できる。
<Program and recording medium>
The various processes described above can be implemented by loading a program that executes each step of the above method into the
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。The program describing the processing can be recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium can be, for example, a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, a semiconductor memory, or any other type of medium.
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD-ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。 This program may be distributed, for example, by selling, transferring, lending, etc. portable recording media such as DVDs and CD-ROMs on which the program is recorded. Furthermore, this program may be distributed by storing it in a storage device of a server computer and transferring the program from the server computer to other computers via a network.
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(Application Service Provider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの(コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等)を含むものとする。A computer that executes such a program, for example, first stores in its own storage device the program recorded on a portable recording medium or the program transferred from a server computer. Then, when executing a process, the computer reads the program stored in its own recording medium and executes the process according to the read program. As another execution form of this program, the computer may read the program directly from the portable recording medium and execute the process according to the program, or may execute the process according to the received program each time a program is transferred from the server computer to this computer. In addition, the server computer may not transfer the program to this computer, but may execute the above-mentioned process by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by issuing an execution instruction and obtaining the results. Note that the program in this embodiment includes information used for processing by an electronic computer that is equivalent to a program (such as data that is not a direct command to the computer but has a nature that specifies the processing of the computer).
また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、本装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。 In addition, in this embodiment, the device is configured by executing a specific program on a computer, but at least a portion of the processing content may be realized in hardware.
Claims (8)
前記モデルパラメータ^θgを用いて、ニューラルネットワークの関数により前記中間特徴vを推定視線角度ベクトルZ'gに変換する視線角度ネットワーク部と、
前記推定視線角度ベクトルZ'gと前記学習用顔画像Sbに対する視線角度正解ラベルとを用いて、前記モデルパラメータ^θgを更新する視線角度モデルパラメータ最適化部と、
前記モデルパラメータ^θpを用いて、ニューラルネットワークの関数により中間特徴vを推定有効視野確率ベクトルZ'pに変換する有効視野ネットワーク部と、
前記推定有効視野確率ベクトルZ'pと前記学習用顔画像Sbに対する有効視野正解ラベルとを用いて、前記モデルパラメータ^θpを更新する有効視野モデルパラメータ最適化部とを含み、
前記モデルパラメータ^θgに対応する学習済みのモデルパラメータθgと、前記モデルパラメータ^θpに対応する学習済みのモデルパラメータθpを取得する、
学習装置。 A shared network unit that converts the learning face image S b into an intermediate feature v by a neural network function using the model parameter ^θ g or ^θ p ;
a gaze angle network unit that converts the intermediate feature v into an estimated gaze angle vector Z' g by a neural network function using the model parameter ^θ g ;
a gaze angle model parameter optimization unit that updates the model parameter ^θ g using the estimated gaze angle vector Z' g and a gaze angle correct label for the learning face image S b ;
an effective visual field network unit that converts the intermediate feature v into an estimated effective visual field probability vector Z' p by a neural network function using the model parameter ^θ p ;
and an effective visual field model parameter optimization unit that updates the model parameter ^θ p using the estimated effective visual field probability vector Z' p and an effective visual field correct label for the learning face image S b,
Acquire a trained model parameter θ g corresponding to the model parameter ^θ g and a trained model parameter θ p corresponding to the model parameter ^θ p .
Learning device.
前記共有ネットワーク部とそれに続く前記視線角度ネットワーク部のネットワークアーキテクチャと、前記モデルパラメータθgとを用いて、推定対象の顔画像Sから視線角度を推定する視線角度推定部を含む、
推定装置。 An estimation device using a model parameter θ g learned by the learning device of claim 1,
a gaze angle estimation unit that estimates a gaze angle from a face image S of an estimation target by using a network architecture of the shared network unit and the subsequent gaze angle network unit and the model parameter θ g ;
Estimation device.
前記共有ネットワーク部とそれに続く前記有効視野ネットワーク部のネットワークアーキテクチャと、前記モデルパラメータθpとを用いて、前記顔画像Sから有効視野確率を推定し、前記有効視野確率の推定値に基づき有効視野内か否かを判定する有効視野判定部を含む、
推定装置。 An estimation device using a model parameter θ p learned by the learning device of claim 1,
and an effective visual field determination unit that estimates an effective visual field probability from the face image S using a network architecture of the shared network unit and the subsequent effective visual field network unit and the model parameter θ p , and determines whether or not the face image is within the effective visual field based on the estimated value of the effective visual field probability.
Estimation device.
前記共有ネットワーク部とそれに続く前記視線角度ネットワーク部のネットワークアーキテクチャと、前記モデルパラメータθgとを用いて、推定対象の顔画像Sから視線角度を推定する視線角度推定部と、
前記共有ネットワーク部とそれに続く前記有効視野ネットワーク部のネットワークアーキテクチャと、前記モデルパラメータθpとを用いて、前記顔画像Sから有効視野確率を推定し、前記有効視野確率の推定値に基づき有効視野内か否かを判定する有効視野判定部とを含む、
推定装置。 An estimation device that uses the model parameters θ g and θ p learned by the learning device of claim 1,
a gaze angle estimation unit that estimates a gaze angle from a face image S of an estimation target by using a network architecture of the shared network unit and the subsequent gaze angle network unit and the model parameter θ g ;
and an effective visual field determination unit that estimates an effective visual field probability from the face image S using a network architecture of the shared network unit and the subsequent effective visual field network unit and the model parameter θ p , and determines whether or not the face image is within the effective visual field based on the estimated value of the effective visual field probability.
Estimation device.
前記モデルパラメータ^θgを用いて、ニューラルネットワークの関数により前記中間特徴vを推定視線角度ベクトルZ'gに変換する視線角度ネットワークステップと、
前記推定視線角度ベクトルZ'gと前記学習用顔画像Sbに対する視線角度正解ラベルとを用いて、前記モデルパラメータ^θgを更新する視線角度モデルパラメータ最適化ステップと、
前記モデルパラメータ^θpを用いて、ニューラルネットワークの関数により中間特徴vを推定有効視野確率ベクトルZ'pに変換する有効視野ネットワークステップと、
前記推定有効視野確率ベクトルZ'pと前記学習用顔画像Sbに対する有効視野正解ラベルとを用いて、前記モデルパラメータ^θpを更新する有効視野モデルパラメータ最適化ステップとを含み、
前記モデルパラメータ^θgに対応する学習済みのモデルパラメータθgと、前記モデルパラメータ^θpに対応する学習済みのモデルパラメータθpを取得する、
学習方法。 A shared network step of converting the training face image S b into intermediate features v by a neural network function using the model parameter ^θ g or ^θ p ;
a gaze angle network step of converting the intermediate feature v into an estimated gaze angle vector Z' g by a neural network function using the model parameter ^θ g ;
a gaze angle model parameter optimization step of updating the model parameter ^θ g using the estimated gaze angle vector Z' g and a gaze angle correct label for the learning face image S b ;
a visual field network step of converting the intermediate feature v into an estimated visual field probability vector Z' p by a neural network function using the model parameter ^θ p ;
and an effective visual field model parameter optimization step of updating the model parameter ^θ p using the estimated effective visual field probability vector Z' p and an effective visual field correct label for the learning face image S b ;
Acquire a trained model parameter θ g corresponding to the model parameter ^θ g and a trained model parameter θ p corresponding to the model parameter ^θ p .
How to learn.
前記共有ネットワークステップとそれに続く前記視線角度ネットワークステップのネットワークアーキテクチャと、前記モデルパラメータθgとを用いて、推定対象の顔画像Sから視線角度を推定する視線角度推定ステップを含む、
推定方法。 An estimation method using a model parameter θ g learned by the learning method of claim 5,
a gaze angle estimation step of estimating a gaze angle from a face image S of an estimation target by using a network architecture of the shared network step and the subsequent gaze angle network step and the model parameter θ g ;
Estimation method.
前記共有ネットワークステップとそれに続く前記有効視野ネットワークステップのネットワークアーキテクチャと、前記モデルパラメータθpとを用いて、前記顔画像Sから有効視野確率を推定し、前記有効視野確率の推定値に基づき有効視野内か否かを判定する有効視野判定ステップを含む、
推定方法。 An estimation method using a model parameter θ p learned by the learning method of claim 5,
and an effective visual field determination step of estimating an effective visual field probability from the face image S using a network architecture of the shared network step and the subsequent effective visual field network step and the model parameter θ p , and determining whether or not the face image S is within the effective visual field based on the estimated value of the effective visual field probability.
Estimation method.
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