JP7718268B2 - Image processing device, image processing method, and image processing program - Google Patents
Image processing device, image processing method, and image processing programInfo
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Description
本開示は、画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラムに関し、特に、畳み込み処理に要する演算量を低減する技術に関する。 This disclosure relates to an image processing device, an image processing method, and an image processing program, and in particular to technology for reducing the amount of calculation required for convolution processing.
近年、コンピューターの処理能力が向上するのに伴って、多層構成のニューラルネットワーク(DNN: Deep Neural Network)の処理に要する時間が短縮され、DNNが広汎に利用されるようになってきた。その結果、より大量のデータをDNNで処理することが求められるようになっており、その一つに動画像認識の分野がある。 In recent years, as computer processing power has improved, the processing time required for multi-layered neural networks (DNNs: Deep Neural Networks) has decreased, leading to widespread use of DNNs. As a result, there is a growing demand for DNNs to process ever larger amounts of data, one example of which is the field of video recognition.
動画像データは、2次元の画像に時間軸を加えた3次元データであることから、動画像データを処理するDNNとして、2DCNN(2-Dimensional Convolutional Neural Network)を拡張した3DCNN(3-Dimensional CNN)が知られている。動画像データは静止画像データよりもデータ量が多いため、3DCNNは演算量が多く、メモリ使用量の多さや、演算時間の長さが問題になってくる。 Since video data is three-dimensional data with a time axis added to two-dimensional images, 3DCNN (3-Dimensional CNN), an extension of 2DCNN (2-Dimensional Convolutional Neural Network), is known as a DNN for processing video data. Because video data contains more data than still image data, 3DCNN requires a large amount of calculation, which leads to problems such as high memory usage and long calculation times.
図11に示すように、2DCNNにおいては、入力値Xに乗算する重み係数Wの個数が、畳み込み処理に用いるカーネルのカーネルサイズ(図11では「3」)の自乗に入力チャネル数(図11では「2」)および出力チャネル数(図11では「2」)を乗算した数に等しくなる。このため、当該畳み込み処理における乗算回数は、重み係数Wの個数に、入力チャネルごとのサイズ(入力サイズ。図11では「6」)をStride(図11では「1」)で除算した除算値の自乗を乗算した数に等しくなる。 As shown in Figure 11, in a 2DCNN, the number of weighting factors W by which the input value X is multiplied is equal to the square of the kernel size of the kernel used in the convolution process ("3" in Figure 11) multiplied by the number of input channels ("2" in Figure 11) and the number of output channels ("2" in Figure 11). Therefore, the number of multiplications in the convolution process is equal to the number of weighting factors W multiplied by the square of the value obtained by dividing the size of each input channel (input size, "6" in Figure 11) by the stride ("1" in Figure 11).
ここでStrideとは入力に対してカーネルをかける間隔である。例えば、Strideが1ならば、入力に対してカーネルを1ずつずらしながらかける。また、Strideが2ならば、入力に対してカーネルを2ずつずらしながらかける。 Here, Stride is the interval at which the kernel is multiplied against the input. For example, if Stride is 1, the kernel is multiplied against the input, shifting it by 1. If Stride is 2, the kernel is multiplied against the input, shifting it by 2.
まとめると、2DCNNの畳み込み処理における乗算回数は、
(カーネルサイズ)2×(入力チャネル数)×(出力チャネル数)×(入力チャネルサイズ/Stride)2 …(1)
となる。同様に、3DCNNの畳み込み処理における乗算回数は、
(カーネルサイズ)3×(入力チャネル数)×(出力チャネル数)×(入力チャネルサイズ/Stride)2×(入力フレーム数/Stride) …(2)
となる。(2)式を(1)式で除算すると、
(カーネルサイズ)3×(入力フレーム数/Stride) …(3)
となり、例えば、カーネルサイズが3、入力フレーム数が16、Strideが1である場合には、畳み込み処理における乗算回数は、3DCNNが2DCNNの32×(16/1)2=48倍になる。
In summary, the number of multiplications in the convolution process of 2DCNN is
(kernel size) 2 × (number of input channels) × (number of output channels) × (input channel size/stride) 2 … (1)
Similarly, the number of multiplications in the convolution process of 3DCNN is
(kernel size) 3 × (number of input channels) × (number of output channels) × (input channel size/stride) 2 × (number of input frames/stride) ... (2)
Dividing equation (2) by equation (1) gives
(kernel size) 3 × (number of input frames/stride) ... (3)
For example, when the kernel size is 3, the number of input frames is 16, and the stride is 1, the number of multiplications in the convolution process for 3DCNN is 3 2 ×(16/1) 2 =48 times that of 2DCNN.
このような問題に対して、入力画像の解像度を低くすれば、3DCNNの演算量を低減することができるものの、動画像認識を行う場合などには認識精度の低下を免れることができない。 To address this issue, the amount of calculation required by the 3DCNN can be reduced by lowering the resolution of the input image, but this inevitably leads to a decrease in recognition accuracy when performing video image recognition, etc.
入力画像の解像度を低下させることなく、3DCNNの演算量を低減する方策として、ReLU(Rectified Linear Unit)等の活性化関数の特性に着目したものがある。 One method for reducing the amount of computation required for 3DCNN without reducing the resolution of the input image focuses on the characteristics of activation functions such as ReLU (Rectified Linear Unit).
すなわち、ReLU等の活性化関数は入力値が負の場合にゼロを出力するため、そのような活性化関数を用いたニューラルネットワークは、正値を出力するニューロンがまばらであるという意味において、スパースなactivation(活性)を有していると言える。 In other words, because activation functions such as ReLU output zero when the input value is negative, neural networks using such activation functions can be said to have sparse activation, in the sense that neurons that output positive values are sparse.
このようなスパース性に着目して、正値を出力するニューロンが無いゼロ領域については畳み込み処理を省き、ニューロンが正値を出力する非ゼロ領域だけで畳み込み処理を行えば、ニューラルネットワークの演算量を削減することができる。 By focusing on this sparsity, the amount of computation required by the neural network can be reduced by omitting convolution processing in zero regions where there are no neurons that output positive values, and performing convolution processing only in non-zero regions where neurons output positive values.
具体的には、図12に示すように、ニューラルネットワークYの第n-1層の出力のうち非ゼロ領域1201を第n層の入力として、当該非ゼロ領域1201のみについて畳み込み処理を実行して、演算結果を出力する。第n層の出力のうち非ゼロ領域1202が第n+1層の入力となる。 Specifically, as shown in Figure 12, non-zero region 1201 of the output of layer n-1 of neural network Y is used as the input to layer n, and convolution processing is performed only on non-zero region 1201, outputting the calculation result. Non-zero region 1202 of the output of layer n becomes the input to layer n+1.
したがって、ニューラルネットワークYの第n層の畳み込み処理は第n-1層の出力のうち非ゼロ領域1201についてだけ実行すればよく、同様に、第n+1層の畳み込み処理は第n層の出力のうち非ゼロ領域1202についてだけ実行すればよいので、畳み込み処理の実行回数を削減することができる。 Therefore, the convolution processing of the nth layer of neural network Y only needs to be performed on the non-zero region 1201 of the output of the n-1th layer, and similarly, the convolution processing of the n+1th layer only needs to be performed on the non-zero region 1202 of the output of the nth layer, thereby reducing the number of times the convolution processing is performed.
この従来技術は、3DCNNに限らず、広くさまざまなニューラルネットワークに適用することができる(例えば、非特許文献1を参照)。 This conventional technology can be applied not only to 3DCNNs but also to a wide variety of neural networks (see, for example, Non-Patent Document 1).
このような従来技術を画像処理分野に応用することを考えると、ニューラルネットワークの第1層に入力される画像データは全体として非ゼロであることが多いので、そのままでは畳み込み処理を削減することができない。このため、上記の従来技術においては、あらかじめ画像の特徴に基づいて定義した非ゼロ領域を用いる。 When considering applying this type of conventional technology to the field of image processing, the image data input to the first layer of a neural network is often non-zero overall, making it impossible to reduce the convolution process as is. For this reason, the above conventional technology uses non-zero regions that are defined in advance based on the characteristics of the image.
例えば、LiDAR(Light Detection and Ranging)オブジェクトを検出する場合には、図13に例示するように、入力データ13に応じた道路と歩道のマップマスク1301を用意する等である。このようにすれば、入力データ13におけるマップマスク1301から外れた背景部分をゼロ領域として割り込み処理の対象から除外することができるので、ニューラルネットワークの演算量を低減することができる。 For example, when detecting LiDAR (Light Detection and Ranging) objects, a map mask 1301 of roads and sidewalks corresponding to the input data 13 can be prepared, as shown in Figure 13. In this way, the background areas outside the map mask 1301 in the input data 13 can be treated as zero areas and excluded from interrupt processing, thereby reducing the amount of calculation required by the neural network.
しかしながら、車両を検出する場合には、車両が移動する範囲が道路上に限定されるため、道路以外の領域をゼロ領域として除外することができるが、画像中の興味の対象となる画像オブジェクトが移動し得る範囲が画像全体に亘る場合には、上記従来技術のようにして、マスク(ゼロ領域)を定義することができない。 However, when detecting vehicles, the range in which vehicles move is limited to roads, so areas other than roads can be excluded as zero areas. However, if the range in which an image object of interest in an image can move extends across the entire image, it is not possible to define a mask (zero area) as in the above-mentioned conventional technology.
画像オブジェクトが移動し得る範囲が、画像全体でなくても、画像中で広汎に亘る場合においても、同様に理由から、畳み込み処理を効果的に削減することができない。 For the same reason, convolution processing cannot be effectively reduced even when the range in which an image object can move is not the entire image, but rather is widespread within the image.
本開示は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、画像オブジェクトの移動範囲をあらかじめ特定することができない場合であっても、ニューラルネットワークを用いた画像処理における演算量を削減することができる画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide an image processing device, image processing method, and image processing program that can reduce the amount of calculation required in image processing using a neural network, even when the movement range of an image object cannot be specified in advance.
上記目的を達成するため、本開示の一形態に係る画像処理装置は、入力画像から抽出された特徴配列によって構成される特徴空間を入力とするCNNを用いて画像処理を実行する画像処理装置であって、入力画像において所定の画像オブジェクトの一部だけを画像オブジェクト領域として抽出する画像オブジェクト領域抽出部と、画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出部と、を備え、CNNは、特徴空間のうち、画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an image processing device according to one embodiment of the present disclosure is an image processing device that performs image processing using a CNN that receives as input a feature space constituted by feature sequences extracted from an input image, and includes an image object region extraction unit that extracts only a portion of a predetermined image object in the input image as an image object region, and a feature sequence extraction unit that extracts a feature sequence for each image object region, and the CNN is characterized in that it treats regions in the feature space that correspond to the image object regions as non-zero regions, assigns the feature sequences extracted for each image object region to these non-zero regions, and makes them the subject of convolution processing, and performs sparse convolution processing in which zero regions other than the non-zero regions are excluded from the subject of convolution processing.
この場合において、画像オブジェクト領域は、画像オブジェクトの前記一部を含む矩形領域であって、非ゼロ領域は、入力画像における矩形領域の位置および大きさに応じて、画像オブジェクト領域に対応付けられていてもよい。 In this case, the image object region may be a rectangular region that includes the portion of the image object, and the non-zero region may be associated with the image object region depending on the position and size of the rectangular region in the input image.
また、画像オブジェクトは人物であって、CNNは、人物の行動を認識する画像処理を行ってもよい。 Alternatively, the image object may be a person, and the CNN may perform image processing to recognize the person's behavior.
また、画像オブジェクトは人物または物体であって、CNNは、入力画像のシーンを認識する画像処理を行ってもよい。
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の画像処理装置。
Alternatively, the image object may be a person or an object, and the CNN may perform image processing to recognize the scene in the input image.
4. The image processing device according to claim 1, wherein the image processing device is a computer.
また、所定の画像オブジェクトは、CNNを用いた画像処理の対象となる画像オブジェクトであってもよい。 Furthermore, the specified image object may be an image object that is the subject of image processing using a CNN.
また、特徴配列抽出部は、畳み込みニューラルネットワーク、多層パーセプトロン、畳み込みニューラルネットワークおよび多層パーセプトロン以外のニューラルネットワーク、主成分分析および予め定義された特徴算出方法のいずれかによって特徴配列を抽出してもよい。 The feature sequence extraction unit may also extract feature sequences using a convolutional neural network, a multilayer perceptron, a neural network other than a convolutional neural network or a multilayer perceptron, principal component analysis, or a predefined feature calculation method.
本開示の別の一形態に係る画像処理装置は、入力画像から抽出された特徴配列によって構成される特徴空間を入力とするCNNを用いて画像処理を実行する画像処理装置であって、入力画像において所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む画像オブジェクト領域を抽出する画像オブジェクト領域抽出部と、画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出部と、を備え、CNNは、特徴空間のうち、画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行し、前記CNNはSBnetであることを特徴とする。 An image processing device according to another embodiment of the present disclosure is an image processing device that performs image processing using a CNN that receives as input a feature space constituted by feature sequences extracted from an input image, and includes an image object region extraction unit that extracts image object regions that include at least a portion of a predetermined image object in the input image, and a feature sequence extraction unit that extracts a feature sequence for each image object region, wherein the CNN treats regions in the feature space that correspond to the image object regions as non-zero regions, assigns the feature sequences extracted for each image object region to the non-zero regions, and makes them the subject of convolution processing, and performs sparse convolution processing in which zero regions other than the non-zero regions are excluded from the subject of convolution processing, and the CNN is an SBnet.
本開示の別の一形態に係る画像処理装置は、入力動画像から抽出された特徴配列によって構成される特徴空間を入力とするCNNを用いて画像処理を実行する画像処理装置であって、入力動画像において所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む画像オブジェクト領域であって、かつ、当該画像オブジェクトを含むフレームどうしで共通の画像オブジェクト領域を抽出する画像オブジェクト領域抽出部と、画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出部と、を備え、CNNは、特徴空間のうち、画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行することを特徴とする。 An image processing device according to another aspect of the present disclosure performs image processing using a CNN that receives as input a feature space composed of feature sequences extracted from an input video sequence. The image processing device includes: an image object region extraction unit that extracts image object regions in the input video sequence that include at least a portion of a predetermined image object and that are common to frames that include the image object; and a feature sequence extraction unit that extracts a feature sequence for each image object region. The CNN performs sparse convolution processing by treating regions in the feature space that correspond to the image object regions as non-zero regions, assigning the feature sequences extracted for each image object region to the non-zero regions, and making them the target of convolution processing, and excluding zero regions other than the non-zero regions from the target of convolution processing.
この場合において、特徴配列抽出部は、フレーム毎に、画像オブジェクト領域ごとの特徴配列を抽出してもよい。 In this case, the feature array extraction unit may extract a feature array for each image object region for each frame.
また、画像オブジェクト領域抽出部は、入力動画像を構成するフレーム毎に、所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含むフレーム別領域を抽出し、前記画像オブジェクト領域は、フレーム間で共通する画像オブジェクトについて、当該画像オブジェクトの少なくとも一部を含むフレーム別領域の和領域であってもよい。 The image object region extraction unit may also extract a frame-specific region that includes at least a portion of a specified image object for each frame that constitutes the input video, and the image object region may be a sum region of frame-specific regions that include at least a portion of an image object that is common between frames.
また、画像オブジェクト領域抽出部は、入力動画像を構成するフレーム毎に、所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む矩形状のフレーム別領域を抽出し、前記画像オブジェクト領域は、フレーム間で共通する画像オブジェクトについて、当該画像オブジェクトの少なくとも一部を含むフレーム別領域の和領域を含む矩形領域のうち、最小の矩形領域であってもよい。 The image object region extraction unit may also extract a rectangular frame-specific region that includes at least a portion of a specified image object for each frame that constitutes the input video, and the image object region may be the smallest rectangular region among rectangular regions that include a union of frame-specific regions that include at least a portion of an image object that is common between frames.
また、画像オブジェクト領域抽出部は、画像オブジェクト毎に静止しているか否かを判定する静止判定部を備え、入力動画像を構成するフレーム毎に、所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含むフレーム別領域を抽出するとともに、当該フレーム別領域ごとに抽出尤度を取得し、共通の画像オブジェクトに係るフレーム別領域のうち、抽出尤度がもっとも高いフレーム別領域を当該画像オブジェクトに係る画像オブジェクト領域としてもよい。 The image object region extraction unit may also include a stillness determination unit that determines whether each image object is still, extracts a frame-specific region that includes at least a portion of a specified image object for each frame constituting the input video, obtains an extraction likelihood for each frame-specific region, and determines the frame-specific region with the highest extraction likelihood, among the frame-specific regions related to a common image object, as the image object region related to that image object.
また、特徴配列抽出部は、共通の画像オブジェクトに係る複数の画像オブジェクト領域であって、かつ静止する画像オブジェクトに係る複数の画像オブジェクト領域については、いずれか1の画像オブジェクト領域に係る特徴配列を抽出することによって、他の画像オブジェクト領域に係る特徴配列を抽出してもよい。 In addition, for multiple image object regions that relate to a common image object and that relate to a stationary image object, the feature sequence extraction unit may extract feature sequences related to any one of the image object regions, thereby extracting feature sequences related to the other image object regions.
また、画像オブジェクト領域抽出部は、フレーム別領域ごとに、当該フレーム別領域に係る画像オブジェクトが属するクラスを取得し、静止判定部は、画像オブジェクトが属するクラスから、当該画像オブジェクトは静止しているか否かを判定してもよい。 In addition, the image object region extraction unit may obtain, for each frame region, the class to which the image object related to that frame region belongs, and the stillness determination unit may determine whether the image object is still based on the class to which the image object belongs.
また、静止判定部は、共通の画像オブジェクトに係るフレーム別領域どうしが、フレーム内で共通の位置にある場合に、当該画像オブジェクトは静止していると判定してもよい。 The stillness determination unit may also determine that an image object is still when frame-specific regions relating to the common image object are located at the same position within a frame.
また、画像オブジェクトは人物であって、CNNは、人物の行動を認識する画像処理を行ってもよい。 Alternatively, the image object may be a person, and the CNN may perform image processing to recognize the person's behavior.
また、画像オブジェクトは人物または物体であって、CNNは、入力動画像のシーンを認識する画像処理を行ってもよい。 Alternatively, the image object may be a person or object, and the CNN may perform image processing to recognize scenes in the input video.
また、所定の画像オブジェクトは、CNNを用いた画像処理の対象となる画像オブジェクトであってもよい。 Furthermore, the specified image object may be an image object that is the subject of image processing using a CNN.
また、1の入力画像に含まれた静止物の画像オブジェクトと同一の静止物の画像オブジェクトが他の入力動画像に含まれている場合に、CNNは、特徴空間のうち、前記他の入力画像に含まれている同一の静止物の画像オブジェクトに係る画像オブジェクト領域に対応する領域をゼロ領域として、畳み込み処理の対象から除き、前記1の入力動画像についてのCNNによる画像処理結果のうち、当該1の入力動画像に含まれた静止物の画像オブジェクトについて画像処理結果を、前記他の入力画像に含まれた同一の静止物の画像オブジェクトについての画像処理結果としてもよい。 Furthermore, when a still image object identical to a still image object included in one input image is included in another input video, the CNN may set the area in the feature space corresponding to the image object area relating to the same still image object included in the other input image as a zero area and exclude it from the target of convolution processing, and the image processing result for the still image object included in the one input video, among the image processing results by the CNN for the one input video, may be the image processing result for the same still image object included in the other input image.
また、CNNは3DCNNであってもよい。 The CNN may also be a 3D CNN.
また、CNNはSBnetであってもよい。 CNN may also be SBnet.
また、特徴配列抽出部は、畳み込みニューラルネットワーク、多層パーセプトロン、CNNおよび多層パーセプトロン以外のニューラルネットワーク、主成分分析および予め定義された特徴算出方法のいずれかによって特徴配列を抽出してもよい。 The feature sequence extraction unit may also extract feature sequences using a convolutional neural network, a multilayer perceptron, a neural network other than a CNN or multilayer perceptron, principal component analysis, or a predefined feature calculation method.
本開示の一形態に係る画像処理方法は、入力画像から抽出された特徴配列によって構成される特徴空間を入力とするCNNを用いて画像処理を実行する画像処理装置が実行する画像処理方法であって、入力画像において所定の画像オブジェクトの一部だけを画像オブジェクト領域として抽出する画像オブジェクト領域抽出ステップと、画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出ステップと、を含み、CNNは、特徴空間のうち、画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行することを特徴とする。 An image processing method according to one embodiment of the present disclosure is an image processing method executed by an image processing device that executes image processing using a CNN that receives as input a feature space constituted by feature sequences extracted from an input image, and includes an image object region extraction step of extracting only a portion of a predetermined image object in the input image as an image object region, and a feature sequence extraction step of extracting a feature sequence for each image object region, wherein the CNN defines regions in the feature space that correspond to the image object regions as non-zero regions, assigns the feature sequences extracted for each image object region to these non-zero regions, and makes them the subject of convolution processing, and executes sparse convolution processing in which zero regions other than the non-zero regions are excluded from the subject of convolution processing.
本開示の別の一形態に係る画像処理方法は、入力動画像から抽出された特徴配列によって構成される特徴空間を入力とするCNNを用いて動画像処理を実行する画像処理装置が実行する画像処理方法であって、入力動画像において所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む画像オブジェクト領域であって、かつ、当該画像オブジェクトを含むフレームどうしで共通の画像オブジェクト領域を抽出する画像オブジェクト領域抽出ステップと、画像オブジェクト領域ごとに特徴配列抽出する特徴配列抽出ステップと、を含み、CNNは、特徴空間のうち、画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行することを特徴とする。 An image processing method according to another aspect of the present disclosure is an image processing method executed by an image processing device that performs video processing using a CNN that receives as input a feature space constituted by feature sequences extracted from input video, and includes an image object region extraction step that extracts image object regions in the input video that include at least a portion of a predetermined image object and are common to frames that include the image object, and a feature sequence extraction step that extracts a feature sequence for each image object region, wherein the CNN treats regions in the feature space that correspond to the image object regions as non-zero regions, assigns the feature sequences extracted for each image object region to the non-zero regions, and makes them the target of convolution processing, and performs sparse convolution processing in which zero regions other than the non-zero regions are excluded from the target of convolution processing.
本開示の一形態に係る画像処理プログラムは、入力画像から抽出された特徴配列によって構成される特徴空間を入力とするCNNを用いて画像処理を実行するコンピューターが実行する画像処理プログラムであって、入力画像において所定の画像オブジェクトの一部だけを画像オブジェクト領域として抽出する画像オブジェクト領域抽出ステップと、画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出ステップと、を該コンピューターに実行させ、CNNは、特徴空間のうち、画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行することを特徴とする。 An image processing program according to one embodiment of the present disclosure is an image processing program executed by a computer that executes image processing using a CNN that receives as input a feature space constituted by feature sequences extracted from an input image, and causes the computer to execute an image object region extraction step of extracting only a portion of a predetermined image object in the input image as an image object region, and a feature sequence extraction step of extracting a feature sequence for each image object region, wherein the CNN sets regions in the feature space that correspond to the image object regions as non-zero regions, assigns the feature sequences extracted for each image object region to these non-zero regions, and makes them the subject of convolution processing, and performs sparse convolution processing in which zero regions other than the non-zero regions are excluded from the subject of convolution processing.
本開示の別の一形態に係る画像処理プログラムは、入力動画像から抽出された特徴配列によって構成される特徴空間を入力とするCNNを用いて動画像処理を実行するコンピューターが実行する画像処理プログラムであって、入力動画像において所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む画像オブジェクト領域であって、かつ、当該画像オブジェクトを含むフレームどうしで共通の画像オブジェクト領域を抽出する画像オブジェクト領域抽出ステップと、画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出ステップと、を該コンピューターに実行させ、CNNは、特徴空間のうち、画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行することを特徴とする。 An image processing program according to another embodiment of the present disclosure is an image processing program executed by a computer that executes video processing using a CNN that receives as input a feature space constituted by feature sequences extracted from input video, and causes the computer to execute an image object region extraction step of extracting image object regions in the input video that include at least a portion of a predetermined image object and that are common to frames that include the image object, and a feature sequence extraction step of extracting a feature sequence for each image object region, wherein the CNN sets regions in the feature space that correspond to the image object regions as non-zero regions, assigns the feature sequences extracted for each image object region to the non-zero regions, and makes them the subject of convolution processing, and performs sparse convolution processing in which zero regions other than the non-zero regions are excluded from the subject of convolution processing.
このようにすれば、入力画像において所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む画像オブジェクト領域を用いて、特徴空間における非ゼロ領域を設定して畳み込み処理を実行する一方、当該非ゼロ領域以外のゼロ領域については畳み込み処理の対象から除くので、画像オブジェクトの特質上あらかじめ非ゼロ領域を設定することができない場合であっても、スパース畳み込み処理を実行することができるので、CNNの演算量を削減することができる。 In this way, non-zero regions in feature space are set using image object regions that contain at least a portion of a specified image object in the input image, and convolution processing is performed, while zero regions other than these non-zero regions are excluded from the convolution processing.This means that even if it is not possible to set non-zero regions in advance due to the characteristics of the image object, sparse convolution processing can be performed, thereby reducing the amount of calculation required by the CNN.
以下、本開示に係る画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[1]第1の実施の形態
本実施の形態に係る画像処理装置は、静止画像および動画像を構成する個々のフレームを処理する。
(1-1)画像処理装置の動作環境
図1に示すように、本実施の形態に係る画像処理装置1は、通信ネットワーク120を経由してビデオカメラ110に接続されている。ビデオカメラ110は、複数のフレームから構成された動画像を撮影することができる他、静止画像も撮影することができる。以下においては、静止画像と、動画像を構成する個々のフレームと、を総称して、単に「画像」という。
Hereinafter, embodiments of an image processing device, an image processing method, and an image processing program according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.
[1] First Embodiment An image processing device according to this embodiment processes individual frames that make up still images and moving images.
(1-1) Operating Environment of Image Processing Device As shown in Fig. 1, an image processing device 1 according to this embodiment is connected to a video camera 110 via a communication network 120. The video camera 110 is capable of capturing moving images made up of a plurality of frames, as well as still images. Hereinafter, still images and individual frames constituting moving images will be collectively referred to simply as "images."
画像処理装置1は、人物s1と物体(図1の例では、「椅子」)s2とを撮影した画像をビデオカメラ110から取得する。図1においては、ビデオカメラ110から画像処理装置1が取得した画像100が表示されている。画像100には、人物s1を撮影した画像オブジェクトo1と、物体s2を撮影した画像オブジェクトo2とが含まれている。 The image processing device 1 acquires an image of a person s1 and an object (a "chair" in the example of Figure 1) s2 from the video camera 110. Figure 1 shows an image 100 acquired by the image processing device 1 from the video camera 110. The image 100 includes an image object o1 of the person s1 and an image object o2 of the object s2.
画像処理装置1は、人物s1や物体s2を識別したり、人物s1の骨格や行動を識別したり、当該画像がどのようなシーンであるかを識別したりする等の画像処理を実行する。このような画像処理を、画像処理装置1は、畳み込みニューラルネットワーク(CNN: Convolutional Neural Network)を用いて実行する。 The image processing device 1 performs image processing such as identifying a person s1 or an object s2, identifying the skeleton and behavior of the person s1, and identifying the type of scene in the image. The image processing device 1 performs this type of image processing using a convolutional neural network (CNN).
CNNは、その名の通り、畳み込み処理を繰り返すことによって、人物や物体、人物の骨格や行動、画像に表されたシーンを識別する等の画像処理を実行する。この畳み込み処理は、画像の解像度が高いほど演算量が膨大になる傾向がある。
(1-2)画像処理装置1のハードウェア構成
画像処理装置1は、所謂コンピューターであって、図2(a)に例示するように、CPU(Central Processing Unit)201、ROM(Read Only Memory)202、RAM(Random Access Memory)203、HDD(Hard Disk Drive)204およびNIC(Network Interface Card)205を内部バス206で接続したものである。
As its name suggests, CNN performs image processing such as identifying people, objects, human skeletons and behavior, and scenes depicted in images by repeating convolution processing. This convolution processing tends to require a huge amount of calculation as the image resolution increases.
(1-2) Hardware configuration of image processing device 1 The image processing device 1 is a so-called computer, and as shown in FIG. 2( a), it comprises a CPU (Central Processing Unit) 201, a ROM (Read Only Memory) 202, a RAM (Random Access Memory) 203, a HDD (Hard Disk Drive) 204, and a NIC (Network Interface Card) 205 connected via an internal bus 206.
画像処理装置1に電源が投入される等によってリセットされると、CPU201は、ROM202からブートプログラムを読み出して起動し、RAM203を作業用記憶領域として、HDD204から読み出したOS(Operating System)や画像処理プログラム207等を実行する。 When the image processing device 1 is reset, for example by being powered on, the CPU 201 reads and starts up a boot program from the ROM 202, and executes the OS (Operating System) and image processing program 207 read from the HDD 204, using the RAM 203 as a working storage area.
HDD204は、OSや画像処理プログラム207等のアプリケーションプログラムの他、ビデオカメラ110を用いて撮影した画像100や、画像処理プログラム207による画像の処理結果などのデータを記憶することができる。 The HDD 204 can store application programs such as the OS and the image processing program 207, as well as data such as images 100 captured using the video camera 110 and the results of image processing by the image processing program 207.
なお、画像処理装置1は、1個のコンピューターであってもよいし、複数のコンピューターを用いて分散処理してもよい。また、CPU201の個数が1個に限定されないのは言うまでもなく、マルチプロセッサー構成であってもよい。本実施の形態に係る画像処理プログラム207を実行することができるコンピューターでありさえすれば、画像処理装置1のハードウェア構成は限定されない。 The image processing device 1 may be a single computer, or may use multiple computers for distributed processing. It goes without saying that the number of CPUs 201 is not limited to one, and a multi-processor configuration may also be used. The hardware configuration of the image processing device 1 is not limited as long as it is a computer capable of executing the image processing program 207 according to this embodiment.
また、通信ネットワーク120はLAN(Local Area Network)であっても、インターネットであっても、或いはこれらの組み合わせであってもよい、また、有線通信でも、無線通信でも、これらの組み合わせであってもよい。更に、USB(Universal Serial Bus)のようなシリアル通信であってもよく、画像100を送受信することができさえすれば、通信ネットワークの種類は限定されない。
(1-3)画像処理装置1の機能構成
上記のようなハードウェア構成を備え、画像処理プログラムを実行することによって、画像処理装置1は、図2(b)に示す諸機能を実現する。
(1-3-1)画像オブジェクト領域抽出部211
画像オブジェクト領域抽出部211は、ビデオカメラ110を用いて撮影した画像100を受け付けると、画像100に含まれている個々の画像オブジェクトを切り抜く(クロップ)ための画像オブジェクト領域を抽出する。
The communication network 120 may be a LAN (Local Area Network), the Internet, or a combination thereof, or may be wired communication, wireless communication, or a combination thereof. Furthermore, it may be serial communication such as USB (Universal Serial Bus), and the type of communication network is not limited as long as it can transmit and receive the image 100.
(1-3) Functional Configuration of Image Processing Device 1 By using the hardware configuration described above and executing an image processing program, the image processing device 1 realizes the functions shown in FIG. 2(b).
(1-3-1) Image object region extraction unit 211
When the image object region extraction unit 211 receives the image 100 captured using the video camera 110 , it extracts an image object region for cutting out (cropping) each image object included in the image 100 .
図3の例では、画像100に画像オブジェクト(人物)o1と、画像オブジェクト(物体)o2と、が含まれている。画像オブジェクト領域抽出部211は、画像オブジェクトo1をクロップするための画像オブジェクト領域r1と、画像オブジェクトo2をクロップするための画像オブジェクト領域r2と、をそれぞれ抽出する。 In the example of Figure 3, image 100 includes image object (person) o1 and image object (object) o2. The image object region extraction unit 211 extracts image object region r1 for cropping image object o1 and image object region r2 for cropping image object o2.
画像オブジェクト領域を抽出するためには、例えば、YOLO(You Only Look Once)を利用することができる(非特許文献2を参照)。YOLOを用いれば、画像100に含まれている画像オブジェクトを囲む矩形状のバウンディングボックス(BB: Bounding Box)の座標値(画像上、左上の頂点のx座標およびy座標)およびサイズ(バウンディングボックスの幅wと高さh)を得ることができるので、このバウンディングボックスを当該画像オブジェクトの画像オブジェクト領域として利用することができる。 To extract an image object region, for example, YOLO (You Only Look Once) can be used (see Non-Patent Document 2). Using YOLO, it is possible to obtain the coordinate values (x and y coordinates of the upper left vertex on the image) and size (width w and height h of the bounding box) of a rectangular bounding box (BB) that surrounds an image object contained in image 100, and this bounding box can then be used as the image object region of that image object.
また、YOLOを用いれば、バウンディングボックス毎に、当該バウンディングボックスの検出尤度の高さを示す信頼度スコア、およびバウンディングボックスで囲んだ画像オブジェクトがどのクラスに分類されるかを示すクラス確率を得ることができる。 In addition, using YOLO, it is possible to obtain, for each bounding box, a confidence score indicating the likelihood of detecting that bounding box, and a class probability indicating which class the image object enclosed by the bounding box is classified into.
なお、画像100に含まれている人物の画像オブジェクトの顔部分だけのように、画像オブジェクトの一部だけを検出対象として、画像オブジェクト領域を抽出してもよい。
(1-3-2)特徴配列抽出部212
特徴配列抽出部212は、画像オブジェクト領域r1、r2毎に特徴配列を抽出する。この特徴配列は、最終的に画像処理を実行するCNN214の入力データとなるものである。
Note that an image object region may be extracted by detecting only a part of an image object, such as the face portion of an image object of a person included in image 100 .
(1-3-2) Characteristic sequence extraction unit 212
The feature sequence extraction unit 212 extracts feature sequences for each of the image object regions r1 and r2. These feature sequences are ultimately used as input data for the CNN 214 that performs image processing.
従来技術においては、画像100全体に亘って特徴配列を抽出したり、或いは、画像100上の予め設定されている領域についてだけ特徴配列を抽出したりして、CNN214に入力している。これに対して、本実施の形態においては、画像100毎に異なり得る画像オブジェクト領域についてだけ特徴配列を抽出して、特徴空間生成部213経由で、CNN214に入力する。 In conventional technology, feature sequences are extracted from the entire image 100, or from only a predetermined region on the image 100, and then input to the CNN 214. In contrast, in this embodiment, feature sequences are extracted only from image object regions, which may differ for each image 100, and then input to the CNN 214 via the feature space generation unit 213.
図3の例では、画像オブジェクト領域r1については特徴配列v1が抽出されており、h1およびw1はそれぞれ画像100における画像オブジェクト領域r1の高さおよび幅を画素数で表したものである。また、cは入力チャネル数である。すなわち、CNN214は特徴配列v1を入力としてc種類の畳み込み処理を実行する。 In the example of Figure 3, feature array v1 is extracted for image object region r1, where h1 and w1 are the height and width of image object region r1 in image 100, expressed in number of pixels, respectively. Also, c is the number of input channels. In other words, CNN 214 performs c types of convolution processing using feature array v1 as input.
同様に、画像オブジェクト領域r2については特徴配列v2が抽出されている。特徴配列v2のh2およびw2は画像100における画像オブジェクト領域r2の高さおよび幅であり、cは入力チャネル数である。 Similarly, feature array v2 is extracted for image object region r2. h2 and w2 in feature array v2 are the height and width of image object region r2 in image 100, and c is the number of input channels.
なお、画像オブジェクト領域についての特徴配列の抽出の仕方については、従来技術における、当該画像オブジェクト領域についての特徴配列の抽出の仕方と同じであってもよい。 The method for extracting feature sequences for image object regions may be the same as the method for extracting feature sequences for image object regions in conventional technology.
特徴配列抽出部212は、CNN214とは別のCNNを用いて特徴配列を抽出してもよいし、多層パーセプトロン(MLP: Multi-Layer Perceptron)を用いて特徴配列を抽出してもよい。多層パーセプトロンは、少なくとも3つのノード層を有する順伝播型のニューラルネットワークである。 The feature sequence extraction unit 212 may extract feature sequences using a CNN other than CNN 214, or may extract feature sequences using a multi-layer perceptron (MLP). A multi-layer perceptron is a forward propagation neural network with at least three node layers.
また、CNNおよび多層パーセプトロン以外のニューラルネットワークを用いて特徴配列を抽出してもよい。更に、主成分分析を用いて特徴配列を抽出してもよいし、これら以外にも予め定義しておいた特徴算出方法を用いて特徴配列を抽出してもよい。 Feature sequences may also be extracted using neural networks other than CNN and multilayer perceptrons. Furthermore, feature sequences may also be extracted using principal component analysis, or other predefined feature calculation methods may also be used to extract feature sequences.
主成分分析は、多変量解析(統計学上のデータ解析手法のひとつ)によって、相関のある多数の変数から相関の無い少数で全体のばらつきを最もよく表す主成分と呼ばれる変数を合成する手法である。例えば、画像オブジェクト領域を構成する多数の画素値(カラー画像にあっては、色成分ごとの階調値からなる)から合成した主成分を特徴配列とすることができる。
(1-3-3)特徴空間生成部213
特徴空間生成部213は、画像オブジェクト領域抽出部211が抽出した画像100上で画像オブジェクト領域r1、r2を特定する情報(YOLOの例では、座標値とサイズ)と、特徴配列抽出部212が抽出した画像オブジェクト領域r1、r2毎の特徴配列とを用いて、CNN214に入力する特徴空間Sを生成する。
Principal component analysis is a method of synthesizing a small number of uncorrelated variables called principal components that best represent the overall variability from a large number of correlated variables using multivariate analysis (a statistical data analysis method). For example, a principal component synthesized from a large number of pixel values that make up an image object region (in a color image, consisting of gradation values for each color component) can be used as a feature array.
(1-3-3) Feature space generation unit 213
The feature space generation unit 213 generates a feature space S to be input to the CNN 214 using information (in the YOLO example, coordinate values and size) that identifies the image object regions r1 and r2 on the image 100 extracted by the image object region extraction unit 211 and the feature arrays for each of the image object regions r1 and r2 extracted by the feature array extraction unit 212.
具体的には、CNN214に入力する特徴空間S上で、画像オブジェクト領域r1、r2に対応する領域を非ゼロ領域として、画像オブジェクト領域r1、r2に係る特徴配列v1、v2が当該非ゼロ領域に割り当てられる。 Specifically, in the feature space S input to the CNN 214, the regions corresponding to the image object regions r1 and r2 are set as non-zero regions, and the feature arrays v1 and v2 associated with the image object regions r1 and r2 are assigned to these non-zero regions.
この非ゼロ領域は、画像100全体について特徴配列を抽出して特徴空間Sを生成する場合に、画像オブジェクト領域r1、r2に対応する領域に関して抽出された特徴配列が割り当てられる領域と同じ領域である。 This non-zero region is the same region to which the extracted feature arrays for the regions corresponding to image object regions r1 and r2 are assigned when extracting feature arrays for the entire image 100 to generate feature space S.
従来技術を説明する際に用いた図11においては、非ゼロ領域1101、1102が予め固定されているのに対して、本実施の形態においては、画像100における画像オブジェクト領域r1、r2に応じて非ゼロ領域が変動し得る。したがって、画像オブジェクトo1、o2が画像100内の不特定の範囲に位置し得る場合であっても、CNN214が画像処理を実行することができる範囲内で、非ゼロ領域の大きさを最小限にすることができる。 In Figure 11, which was used to explain the prior art, the non-zero regions 1101 and 1102 are fixed in advance, whereas in this embodiment, the non-zero regions can vary depending on the image object regions r1 and r2 in the image 100. Therefore, even if the image objects o1 and o2 can be located in an unspecified range within the image 100, the size of the non-zero regions can be minimized within the range in which the CNN 214 can perform image processing.
特徴空間生成部213は、特徴空間S内で非ゼロ領域を特定するための情報を生成する。図3の例では、特徴空間Sのhおよびwは、それぞれ画像100の高さおよび幅である。また、cは入力チャネル数である。 The feature space generation unit 213 generates information for identifying non-zero regions within the feature space S. In the example of Figure 3, h and w in the feature space S are the height and width of the image 100, respectively. Also, c is the number of input channels.
特徴配列v1、v2は特徴空間Sと入力チャネル数cが共通であるため、高さh1、h2および幅w1、w2を指定することによって、特徴空間Sにおける非ゼロ領域の範囲を特定し、特徴配列v1、v2を特徴空間S内に割り当てることができる。 Since feature arrays v1 and v2 share the same number of input channels c as feature space S, by specifying heights h1 and h2 and widths w1 and w2, the range of non-zero regions in feature space S can be identified and feature arrays v1 and v2 can be assigned within feature space S.
画像100の非ゼロ領域の画素に「1」を割り当て、ゼロ領域の画素に「0」を割り当てるバイナリマスクを用いて、非ゼロ領域を特定してもよい。 Non-zero regions may be identified using a binary mask that assigns "1" to pixels in non-zero regions of image 100 and "0" to pixels in zero regions.
CNN214がSBnet(非特許文献1を参照)を用いる場合には、特徴空間生成部213は、バイナリマスクをインデックスリストに変換して、非ゼロ領域を特定する。例えば、図4(a)の例では、バイナリマスク401の非ゼロ領域(網掛け部分)の画素に「1」が割り当てられ、ゼロ領域(網掛けが無い部分)の画素には「0」が割り当てられている。 When the CNN 214 uses SBnet (see Non-Patent Document 1), the feature space generation unit 213 converts the binary mask into an index list to identify non-zero regions. For example, in the example of Figure 4(a), "1" is assigned to pixels in the non-zero regions (shaded areas) of the binary mask 401, and "0" is assigned to pixels in the zero regions (non-shaded areas).
これに対して、図4(a)のx座標が「3」で、y座標が「0」の画素は「1」が割り当てられた非ゼロ領域になっているのに対応して、図4(b)の例では、インデックスリスト402のx座標欄が「3」でy座標欄が「0」の欄が設けられている。すなわち、インデックスリスト402には、非ゼロ領域に属する画素の座標値が記入されている。 In contrast, in Figure 4(a), the pixel with an x coordinate of "3" and a y coordinate of "0" is in the non-zero area, to which a value of "1" is assigned. In the example of Figure 4(b), the index list 402 has a column with an x coordinate of "3" and a y coordinate of "0." In other words, the coordinate values of pixels belonging to the non-zero area are entered in the index list 402.
特徴空間生成部213は、このような方法で特徴空間Sにおける非ゼロ領域およびゼロ領域を特定してもよい。 The feature space generation unit 213 may identify non-zero and zero regions in the feature space S in this manner.
特徴空間Sの非ゼロ領域におけるxy座標ごとに特徴配列が割り当てられる。特徴配列の成分数は入力チャネル数cに等しい。
(1-3-4)CNN214
CNN214は特徴空間Sの非ゼロ領域だけを畳み込み処理の対象とし、ゼロ領域は畳み込み処理の対象にしないスパース畳み込み処理を実行する。したがって、ゼロ領域についての畳み込み処理の分だけ演算量を削減することができる。
A feature array is assigned to each x and y coordinate in the non-zero region of the feature space S. The number of elements in the feature array is equal to the number of input channels c.
(1-3-4) CNN214
The CNN 214 performs sparse convolution processing, which convolves only non-zero regions of the feature space S and does not convolve zero regions. Therefore, the amount of calculation can be reduced by the amount of convolution processing for the zero regions.
また、CNN214の畳み込み処理の対象となる画像オブジェクトが画像上で移動し得る範囲が広い場合には、従来技術においては、非ゼロ領域を広くせざるを得ないため、畳み込み処理に要する演算量を削減する効果が薄い。 Furthermore, when the image object that is the subject of the convolution process of CNN214 can move over a wide range on the image, conventional technology is forced to widen the non-zero region, which is less effective at reducing the amount of calculation required for the convolution process.
一方、本実施の形態においては、画像上で画像オブジェクトが占めている範囲まで非ゼロ領域を絞り込むことができるため、画像オブジェクトが画像上で移動し得る範囲が広い場合であっても、畳み込み処理に要する演算量を削減する効果が高い。
(1-4)画像処理装置1の処理
画像処理装置1は、CNN214による画像処理に要する演算量を削減することを目的として、画像処理プログラム207を実行する。すなわち、図5に示すように、まず、ビデオカメラ110から受け付けたり、HDD204から読み出したりすることによって、画像100を取得すると(S501)、画像オブジェクト領域抽出部211にて画像オブジェクト毎に画像オブジェクト領域を抽出する(S502)。
On the other hand, in this embodiment, the non-zero area can be narrowed down to the range occupied by the image object on the image, so even if the range over which the image object can move on the image is wide, the amount of calculation required for the convolution process can be reduced effectively.
(1-4) Processing of Image Processing Device 1 The image processing device 1 executes the image processing program 207 with the aim of reducing the amount of calculation required for image processing by the CNN 214. That is, as shown in Fig. 5, first, when an image 100 is acquired by receiving it from the video camera 110 or reading it from the HDD 204 (S501), the image object region extraction unit 211 extracts an image object region for each image object (S502).
次に、特徴配列抽出部212にて、CNN214の処理内容に合わせて、画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する(S503)。 Next, the feature array extraction unit 212 extracts feature arrays for each image object region in accordance with the processing content of the CNN 214 (S503).
特徴空間生成部213は、画像オブジェクト領域に応じて特徴空間Sの非ゼロ領域とゼロ領域を設定して(S504)、当該非ゼロ領域特徴配列を割り当てる(S505)。そして、特徴配列を割り当てた特徴空間S入力としてCNN124の画像処理を実行する。 The feature space generation unit 213 sets non-zero and zero regions in the feature space S according to the image object region (S504) and assigns the non-zero region feature array (S505). Then, image processing is performed on the CNN 124 using the assigned feature array as input to the feature space S.
CNN214で画像処理を実行した後、例えば、処理結果をHDD204に記憶させて、処理を終了する。
[2]第2の実施の形態
次に、本開示の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る画像処理装置1は3DCNNを用いて動画像処理を行う装置であって、上記第1の実施の形態に係る画像形成処理装置1と概ね共通の構成を備える一方、画像オブジェクト領域の設定の仕方において相違している。以下、主として相違点に着目しながら説明する。
After the image processing is performed by the CNN 214, for example, the processing results are stored in the HDD 204, and the processing ends.
[2] Second Embodiment Next, a second embodiment of the present disclosure will be described. The image processing device 1 according to this embodiment is a device that performs moving image processing using a 3DCNN, and while it has a configuration that is generally common to the image forming processing device 1 according to the first embodiment, it differs in the way in which the image object region is set. The following description will mainly focus on the differences.
なお、本明細書においては、実施の形態どうしや変形例において共通する部材等については共通の符号が付与されている。
(2-1)画像処理装置1の機能構成
図6に示すように、画像処理装置1は、フレーム別領域抽出部601、静止物判定部602、トラッキング部603、画像オブジェクト領域抽出部604、特徴配列抽出部605、特徴空間生成部606および3DCNN607の各機能を有している。
(2-1-1)フレーム別領域抽出部601
フレーム別領域抽出部601は、動画像を構成するフレーム毎に画像オブジェクトをクロップするための領域として、フレーム別領域を抽出する。
In this specification, common reference numerals are used to designate components and the like that are common between the embodiments and the modified examples.
(2-1) Functional configuration of image processing device 1 As shown in FIG. 6, the image processing device 1 has the functions of a frame-by-frame area extraction unit 601, a stationary object determination unit 602, a tracking unit 603, an image object area extraction unit 604, a feature array extraction unit 605, a feature space generation unit 606, and a 3DCNN 607.
(2-1-1) Frame-by-frame region extraction unit 601
The frame region extraction unit 601 extracts a frame region as a region for cropping an image object for each frame that constitutes a moving image.
図7の例では、動画像700を構成するフレームt1~tnにそれぞれ画像オブジェクト(人物)o1(t1)~o1(tn)および画像オブジェクト(物体)o2(t1)~o2(tn)が含まれている。 In the example of Figure 7, frames t1 to tn that make up the video 700 each contain image objects (people) o1(t1) to o1(tn) and image objects (objects) o2(t1) to o2(tn).
フレーム別領域抽出部601は、フレームt1~tnから、画像オブジェクト(人物)o1(t1)~o1(tn)をクロップするためのフレーム別領域r1(t1)~r1(tn)と、画像オブジェクト(物体)o2(t1)~o2(tn)をクロップするためのフレーム別領域r2(t1)~r2(tn)と、を抽出する。 The frame-specific region extraction unit 601 extracts frame-specific regions r1(t1) to r1(tn) for cropping image objects (people) o1(t1) to o1(tn) from frames t1 to tn, and frame-specific regions r2(t1) to r2(tn) for cropping image objects (objects) o2(t1) to o2(tn).
上記第1の実施の形態に係る画像オブジェクト領域抽出部211と同様に、フレーム別領域抽出部601もまたYOLOを用いてフレーム別領域r1(t1)~r1(tn)、r2(t1)~r2(tn)を抽出してもよい。 Similar to the image object region extraction unit 211 in the first embodiment described above, the frame-specific region extraction unit 601 may also use YOLO to extract frame-specific regions r1(t1) to r1(tn) and r2(t1) to r2(tn).
なお、フレームt1~tnそれぞれに含まれている人物の画像オブジェクトの顔部分だけのように、画像オブジェクトの一部だけを検出対象として、フレーム別領域r1(t1)~r1(tn)を抽出してもよい。
(2-1-2)静止物判定部602
静止物判定部602は、動画像における画像オブジェクトが静止物か移動物かを判定する。
Note that frame-specific regions r1(t1) to r1(tn) may be extracted by targeting only a portion of an image object, such as the face portion of a person's image object included in each of frames t1 to tn.
(2-1-2) Stationary object determination unit 602
The stationary object determination unit 602 determines whether an image object in a moving image is a stationary object or a moving object.
上述のように、YOLOを用いて画像オブジェクトを囲むバウンディングボックスを検出する場合には、併せて当該画像オブジェクトがどのクラスに分類されるかを示すクラス確率を得ることができる。 As mentioned above, when using YOLO to detect a bounding box surrounding an image object, it is also possible to obtain a class probability that indicates which class the image object falls into.
このクラス確率を用いて、画像オブジェクトが椅子などのような静止物のクラスに属すると判断された場合には、静止物判定部602は、当該画像オブジェクトは静止物であると判定する。 If this class probability is used to determine that the image object belongs to a class of stationary objects, such as a chair, the stationary object determination unit 602 determines that the image object is a stationary object.
一方、クラス確率から、画像オブジェクトが移動物のクラスに属すると判断された場合には、静止物判定部602は、当該画像オブジェクトは静止物でないと判定する。どのクラスが静止物に属し、どのクラスが移動物に属するかは予め設定しておく。 On the other hand, if the class probability indicates that the image object belongs to the moving object class, the stationary object determination unit 602 determines that the image object is not a stationary object. Which classes belong to stationary objects and which classes belong to moving objects are set in advance.
この他にも、フレーム領域r1(t1)~r1(tn)のようにフレーム間で共通の画像オブジェクトo1(t1)~o1(tn)に係るフレーム別領域や、フレーム領域r2(t1)~r2(tn)のようにフレーム間で共通の画像オブジェクトo2(t1)~o2(tn)に係るフレーム別領域については、フレーム間で共通の画像オブジェクトに係るフレーム別領域どうしが共通の位置にある場合に、当該画像オブジェクトは静止物であると判定してもよい。 In addition, for frame regions related to image objects o1(t1) to o1(tn) that are common between frames, such as frame region r1(t1) to r1(tn), and frame regions related to image objects o2(t1) to o2(tn) that are common between frames, such as frame region r2(t1) to r2(tn), if the frame regions related to the common image objects between frames are in the same position, the image objects may be determined to be stationary.
また、ビデオカメラ110による撮影環境が一定している場合には、フレーム間差分を求めることによっても、画像オブジェクトが静止物か否かを判定することができる。 Furthermore, if the shooting environment using the video camera 110 is constant, it is also possible to determine whether an image object is stationary by calculating the difference between frames.
フレーム別領域どうしが共通の位置にあるか否かは、フレーム別領域の特定の頂点が互いに所定の範囲内にあるか否か、或いはフレーム別領域どうしで重畳する面積がフレーム別領域の面積に占める割合が所定の割合以上であるか否か、等を基準として判定することができる。 Whether or not frame-specific regions are in the same position can be determined based on criteria such as whether specific vertices of the frame-specific regions are within a specified range of each other, or whether the overlapping area of the frame-specific regions accounts for a specified percentage or more of the area of the frame-specific regions.
図7の例では、フレーム別領域r2(t1)~r2(tn)はいずれも「椅子」のクラスに分類され、「椅子」のクラスは静止物に属するので、画像オブジェクトo1(t1)~o2(tn)は静止物である判定される。
(2-1-3)トラッキング部603
トラッキング部603は、動画像における画像オブジェクトが移動物である場合に、当該画像オブジェクトを追跡することによって、フレーム間でのフレーム別領域の対応関係を特定する。上記の静止物判定部602によって静止物でないと判定した画像オブジェクトは移動物であるので、トラッキング部603による追跡の対象になる。
In the example of Figure 7, the frame-specific regions r2(t1) to r2(tn) are all classified into the "chair" class, and the "chair" class belongs to stationary objects, so the image objects o1(t1) to o2(tn) are determined to be stationary objects.
(2-1-3) Tracking unit 603
When an image object in a moving image is a moving object, the tracking unit 603 tracks the image object to identify the correspondence between frame-by-frame regions. An image object determined not to be a stationary object by the stationary object determination unit 602 is a moving object, and therefore becomes a target for tracking by the tracking unit 603.
上述のように、YOLOを用いて画像オブジェクトを囲むバウンディングボックスを検出する場合には、併せて当該画像オブジェクトがどのクラスに分類されるかを示すクラス確率を得ることができる。 As mentioned above, when using YOLO to detect a bounding box surrounding an image object, it is also possible to obtain a class probability that indicates which class the image object falls into.
このクラス確率を用いて、フレーム間でクラスが共通するバウンディングボックス(フレーム別領域)の組み合わせを一意に決定することができる場合には、当該バウンディングボックスに囲まれた画像オブジェクトを追跡してもよい。 If this class probability can be used to uniquely determine a combination of bounding boxes (frame-specific regions) that share a common class between frames, the image object enclosed by that bounding box can be tracked.
動画像に含まれる画像オブジェクトを追加する他の従来技術を用いて、画像オブジェクトを追跡することによって、フレーム間でのフレーム別領域の対応関係を特定してもよい。 Other conventional techniques for adding image objects contained in video may be used to track the image objects and determine the correspondence between frame-specific regions between frames.
図7の例では、フレーム別領域r2(t1)~r2(tn)はいずれも「人物」のクラスに分類され、「人物」のクラスは移動物に属し、かつ、どのフレームにも「人物」のクラスに分類されるフレーム別領域はひとつしかない。したがって、フレーム別領域r2(t1)~r2(tn)はフレーム間で対応するフレーム別領域であると特定される。
(2-1-4)画像オブジェクト領域抽出部604
画像オブジェクト領域抽出部604は、共通の画像オブジェクトに係るフレーム別領域を含む画像オブジェクト領域を、フレーム間で共通の画像オブジェクト領域として抽出する。これによって、画像オブジェクトをクロップするための画像オブジェクト領域を抽出することができ、特に、当該画像オブジェクト領域を非ゼロ領域として利用することができる。
In the example of Figure 7, the frame regions r2(t1) to r2(tn) are all classified into the "person" class, which belongs to moving objects, and there is only one frame region classified into the "person" class in each frame. Therefore, the frame regions r2(t1) to r2(tn) are identified as corresponding frame regions between frames.
(2-1-4) Image object region extraction unit 604
The image object region extraction unit 604 extracts an image object region including a frame-specific region related to a common image object as a common image object region between frames, thereby extracting an image object region for cropping the image object, and in particular, utilizing the image object region as a non-zero region.
図7の例では、画像オブジェクトo1(t1)~o1(tn)に係るフレーム別領域r1(t1)~r1(tn)を含む矩形領域のうち最小の矩形領域が画像オブジェクト領域r1として抽出されている。 In the example of Figure 7, the smallest rectangular area among the rectangular areas including the frame-specific areas r1(t1) to r1(tn) related to the image objects o1(t1) to o1(tn) is extracted as image object area r1.
また、上述のように、YOLOでは、バウンディングボックス毎に当該バウンディングボックスの検出尤度の高さを示す信頼度スコアを得ることができる。 Furthermore, as mentioned above, YOLO can obtain a confidence score for each bounding box that indicates the likelihood of detecting that bounding box.
図7の例では、この信頼度スコアを利用して、共通の静止物(椅子)に係るフレーム別領域r2(t1)~r2(tn)のうち、最も信頼度が高いバウンディングボックスを用いたフレーム別領域r2(tk)を画像オブジェクト領域r2としている。言うまでもなく、t1≦tk≦tnである。
(2-1-5)特徴配列抽出部605
特徴配列抽出部605は、上記第1の実施の形態に係る特徴配列抽出部212と同様に、フレーム毎に、画像オブジェクト領域ごとの特徴配列を抽出する。
In the example of Fig. 7, this reliability score is used to select the frame-specific region r2(tk) using the bounding box with the highest reliability among the frame-specific regions r2(t1) to r2(tn) related to a common stationary object (chair), and the region r2(tk) is set as the image object region r2. Needless to say, t1 ≤ tk ≤ tn.
(2-1-5) Characteristic sequence extraction unit 605
The characteristic sequence extraction unit 605 extracts a characteristic sequence for each image object region for each frame, similar to the characteristic sequence extraction unit 212 according to the first embodiment.
図8の例では、画像オブジェクト領域r1については特徴配列v1が抽出されており、h1およびw1はそれぞれ動画像700を構成する各フレームにおける画像オブジェクト領域r1の高さおよび幅を画素数で表したものである。また、cは入力チャネル数である。すなわち、3DCNN214は特徴配列v1を入力としてc種類の畳み込み処理を実行する。 In the example of Figure 8, feature array v1 is extracted for image object region r1, and h1 and w1 are the height and width of image object region r1 in each frame of video 700, expressed in number of pixels. Also, c is the number of input channels. In other words, the 3DCNN 214 performs c types of convolution processing using feature array v1 as input.
画像オブジェクトo1(t1)~o1(tn)は移動物(人物)であり、フレーム毎に異なる位置やサイズになり得る。このため、画像オブジェクト領域r1は、個々のフレーム別領域r1(t1)~r1(tn)よりもサイズ(高さh1や幅w1)が大きくなる。 Image objects o1(t1) to o1(tn) are moving objects (people) and can be in different positions and sizes in each frame. For this reason, the image object region r1 is larger in size (height h1 and width w1) than the individual frame regions r1(t1) to r1(tn).
同様に、画像オブジェクト領域r2については特徴配列v2が抽出されている。特徴配列v2のh2およびw2は動画像700を構成する各フレームにおける画像オブジェクト領域r2の高さおよび幅であり、cは入力チャネル数である。 Similarly, feature array v2 is extracted for image object region r2. h2 and w2 in feature array v2 are the height and width of image object region r2 in each frame of video 700, and c is the number of input channels.
なお、静止物の画像オブジェクトに係る画像オブジェクト領域については、複数のフレームのいずれかのフレームについて、当該フレームに含まれている画像オブジェクト領域について特徴配列を抽出し、他のフレームに含まれている画像オブジェクト領域について特徴配列を抽出する際には、先に抽出した特徴配列を流用してもよい。
(2-1-6)特徴空間生成部606
特徴空間生成部213は、上記第1の実施の形態に係る特徴空間生成部213と同様に、動画像700を構成するフレーム毎に画像オブジェクト領域抽出部604が抽出した画像100上で画像オブジェクト領域r1、r2を特定する情報と、特徴配列抽出部605が抽出した画像オブジェクト領域r1、r2毎の特徴配列とを用いて、3DCNN607に入力する動画像700全体についての特徴空間Sを生成する。
In addition, for image object areas related to stationary image objects, a feature array may be extracted for the image object area included in one of multiple frames, and when extracting feature arrays for image object areas included in other frames, the previously extracted feature array may be reused.
(2-1-6) Feature space generation unit 606
Similar to the feature space generation unit 213 according to the first embodiment, the feature space generation unit 213 generates a feature space S for the entire video 700 to be input to the 3D CNN 607, using information identifying the image object regions r1 and r2 on the image 100 extracted by the image object region extraction unit 604 for each frame constituting the video 700, and the feature arrays for each image object region r1 and r2 extracted by the feature array extraction unit 605.
図8の例では、上記第1の実施の形態に係る特徴空間Sと同様に、フレーム毎の特徴空間Sが生成されている。3DCNN607には、フレームr1~tnそれぞれについて生成された特徴空間Sが入力される。 In the example of Figure 8, a feature space S is generated for each frame, similar to the feature space S in the first embodiment described above. The feature spaces S generated for each of frames r1 to tn are input to the 3DCNN 607.
なお、画像オブジェクトが動画像700の途中から現れたり消えたりする場合には、当該画像オブジェクトを含んでいないフレームについては、当該非ゼロ領域に割り当てる特徴配列をゼロ配列にしてもよい。ゼロ配列とは、すべての配列成分がゼロになっている配列である。 Note that if an image object appears and disappears partway through the video 700, the feature array assigned to the non-zero region for frames that do not contain that image object may be a zero array. A zero array is an array in which all array components are zero.
或いは、当該画像オブジェクトを含んでいないフレームについて、特徴空間Sにおける当該画像オブジェクト領域に対応する領域をゼロ領域にしてもよい。
(2-1-7)3DCNN607
3DCNN607は、上記第1の実施の形態に係るCNN214と同様に、動画像700全体についての特徴空間Sの非ゼロ領域だけについて畳み込み処理を実行し、ゼロ領域については畳み込み処理を実行しないスパース畳み込み処理を実行する。したがって、ゼロ領域についての畳み込み処理の分だけ演算量を削減することができる。
Alternatively, for frames that do not include the image object, the region in the feature space S corresponding to the image object region may be set to zero.
(2-1-7)3DCNN607
Similar to the CNN 214 according to the first embodiment, the 3D CNN 607 performs sparse convolution processing, which performs convolution processing only on non-zero regions of the feature space S for the entire video 700, and does not perform convolution processing on zero regions. Therefore, the amount of calculation can be reduced by the amount of convolution processing on the zero regions.
また、従来技術では、画像オブジェクトが動画像700中で移動し得る範囲全体を非ゼロ領域とせざるを得ないのに対して、本実施の形態においては、動画像700中で画像オブジェクトが実際に移動した範囲まで非ゼロ領域を絞り込むことができるため、畳み込み処理に要する演算量を削減する効果が高い。
(2-2)画像処理装置1の処理
画像処理装置1は、図9に示すように、ビデオカメラ110から受け付けたり、HDD204から読み出したりすることによって、動画像700を取得する(S901)。上述のように、フレーム別領域を抽出することによって画像オブジェクト領域を抽出する必要上、画像処理装置1は、ビデオカメラ110による撮影と並行して、動画像700を構成するフレームを逐次取得するのではなく、動画像700全体を一括して取得する。
Furthermore, in the prior art, the entire range in which the image object can move within the video 700 must be considered a non-zero region, whereas in the present embodiment, the non-zero region can be narrowed down to the range in which the image object actually moved within the video 700, which is highly effective in reducing the amount of calculation required for the convolution process.
9, the image processing device 1 acquires the moving image 700 by receiving it from the video camera 110 or reading it from the HDD 204 (S901). As described above, since it is necessary to extract the image object area by extracting the frame area, the image processing device 1 acquires the entire moving image 700 in a lump, rather than sequentially acquiring the frames that make up the moving image 700, in parallel with the shooting by the video camera 110.
画像処理装置1は、フレーム別領域抽出部601にて、動画像700を構成するフレーム毎にフレーム別領域を検出した後(S902)、静止物判定部602にてフレーム別領域に係る画像オブジェクトが静止物であるか否かを判定する(S903)。 In the image processing device 1, the frame-by-frame region extraction unit 601 detects a frame-by-frame region for each frame constituting the moving image 700 (S902), and then the stationary object determination unit 602 determines whether the image object related to the frame-by-frame region is a stationary object (S903).
また、静止物でなく、移動物であると判定された画像オブジェクトに係るフレーム別領域については、トラッキング部603にて移動物の追跡処理を行う(S904)。 Furthermore, for frame-specific areas related to image objects that are determined to be moving rather than stationary, the tracking unit 603 performs tracking processing of the moving object (S904).
画像オブジェクトが共通するフレーム別領域から当該画像オブジェクトをクロップするための画像オブジェクト領域を抽出する(S905)。この場合において、上述のように、静止物に係るフレーム別領域と、移動物に係るフレーム別領域とでは、画像オブジェクトの抽出の仕方が異なっている。更に、フレーム毎に、かつ画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する(S906)。 An image object area for cropping the image object is extracted from the frame-specific area in which the image object is common (S905). In this case, as described above, the method for extracting image objects differs between frame-specific areas related to stationary objects and frame-specific areas related to moving objects. Furthermore, a feature sequence is extracted for each frame and for each image object area (S906).
その後、画像オブジェクト毎の画像オブジェクト領域を用いて特徴空間のうち非ゼロ領域とゼロ領域とを設定して(S907)、非ゼロ領域に特徴配列を割り当てる(S908)。 Then, non-zero and zero regions in the feature space are set using the image object region for each image object (S907), and feature arrays are assigned to the non-zero regions (S908).
3DCNN607は、非ゼロ領域に特徴配列を割り当てた特徴空間Sを入力として画像処理を実行する(S909)。3DCNN607による画像処理結果は、例えば、HDD204に記憶させてもよい。
[3]変形例
以上、本開示を実施の形態に基づいて説明してきたが、本開示が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
(3-1)上記第2の実施の形態においては、3DCNN607を用いて画像処理を1回実行する場合を例にとって説明したが、本開示がこれに限定されないのは言うまでもなく、3DCNN607を用いて画像処理を複数回実行してもよく、そのような場合には次のようにしてもよい。
The 3DCNN 607 executes image processing using the feature space S in which the feature arrays are assigned to the non-zero regions as an input (S909). The image processing results by the 3DCNN 607 may be stored in the HDD 204, for example.
[3] Modifications The present disclosure has been described above based on the embodiments, but it goes without saying that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and the following modifications can be implemented.
(3-1) In the above second embodiment, an example was given in which image processing is performed once using the 3DCNN 607. However, it goes without saying that the present disclosure is not limited to this, and image processing may be performed multiple times using the 3DCNN 607. In such a case, the following may be performed.
ビデオカメラ110が固定されている場合には、静止物は撮影画像中でも静止する。この点に着目すれば、更に3DCNN607に要する演算量を削減することができる。 When the video camera 110 is fixed, stationary objects remain stationary even in the captured image. By focusing on this point, the amount of calculation required by the 3DCNN 607 can be further reduced.
すなわち、図10に示すように、まず時刻TからT+△Tまでの間、静止した静止物について3DCNN607によって画像処理を実行して、時空間特徴量を算出する。 That is, as shown in Figure 10, first, image processing is performed by the 3DCNN 607 on a stationary object between time T and T + ΔT to calculate spatiotemporal features.
その後、時刻T´からT´+△Tまでの間、静止した静止物が、先に時空間特徴量を算出した静止物と同一である場合には、当該静止物については、画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を求めることをせず、したがって、当該静止物に係る非ゼロ領域を特徴空間Sに設定したり、当該非ゼロ領域に特徴配列を割り当てたりすることもせずに、先に3DCNN607によって画像処理を実行して、算出した時空間特徴量を流用する。 After that, if a stationary object that remains stationary between times T' and T'+ΔT is the same as the stationary object for which spatiotemporal features were previously calculated, then a feature array is not calculated for each image object region for that stationary object. Therefore, the non-zero region for that stationary object is not set in feature space S, nor is a feature array assigned to that non-zero region; instead, image processing is first performed by the 3DCNN 607, and the calculated spatiotemporal features are reused.
先に時空間特徴量を算出した静止物と同一の静止物であるか否かは、例えば、先の静止物を含む画像と、後の静止物を含む画像との差分を求めることによって判定してもよいし、他の方法で判定してもよい。 Whether or not the object is the same as the still object whose spatiotemporal features were previously calculated may be determined, for example, by calculating the difference between an image containing the earlier still object and an image containing the later still object, or by other methods.
このようにすれば、3DCNN607の画像処理に要する演算量を削減することができると共に、特徴空間Sを生成するための演算量も削減することができる。
(3-2)上記実施の形態においては、YOLOを用いて画像オブジェクト領域を抽出する場合を例にとって説明したが、本開示がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしてもよい。
In this way, the amount of calculation required for image processing by the 3DCNN 607 can be reduced, and the amount of calculation required to generate the feature space S can also be reduced.
(3-2) In the above embodiment, an example was described in which an image object region was extracted using YOLO. However, it goes without saying that the present disclosure is not limited to this, and the following method may be used instead.
例えば、画像100に含まれている画像オブジェクトを抽出してから、その画像オブジェクトにおける最小のx座標およびy座標を有する頂点と、当該画像オブジェクトにおける最大のx座標およびy座標を有する頂点と、を対角位置に有する長方形領域を画像オブジェクト領域としてもよい。 For example, an image object contained in image 100 may be extracted, and the rectangular area having the vertex with the smallest x-coordinate and y-coordinate in that image object and the vertex with the largest x-coordinate and y-coordinate in that image object at diagonal positions may be used as the image object area.
また、上記以外の方法で画像オブジェクト領域を抽出してもよい。 Image object areas may also be extracted using methods other than those described above.
画像オブジェクト領域をどうような方法で抽出するかに関係なく、本開示を適用すれば、上記実施の形態と同様に、CNNの演算量を削減することができる。 Regardless of the method used to extract image object regions, applying this disclosure can reduce the amount of computation required by the CNN, as in the above embodiment.
また、CNNの演算量を削減するという目的に鑑みれば、画像オブジェクト領域ができるだけ小さくなるように、抽出するのが望ましい。したがって、画像オブジェクトのみを画像オブジェクト領域にすれば、CNNの演算量を最も削減することができる。
(3-3)上記実施の形態においては、3DCNNを用いて動画像を処理する場合を例にとって説明したが、本開示がこれに限定されないのは言うまでもなく、3DCNNに代えて、3DCNN以外のCNNやCNN以外のニューラルネットワークを用いて動画像を処理してもよい。3DCNN以外のニューラルネットワークを用いて動画像を処理する場合においても、本開示を適用することによって、上記と同様の効果を得ることができる。
(3-4)本開示は、上記に示す画像処理装置1による処理によって実現される画像処理方法であるとしてもよい。また、本開示は、これらの方法をCPU等のプロセッサーが実行することで実現する画像処理プログラムとしてもよいし、この画像処理プログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。
また、本開示は、前記画像処理プログラムまたは前記デジタル信号をコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録したものとしてもよい。コンピューター読み取り可能な記録媒体は例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD-ROM、MO、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、BD(Blu-ray(登録商標)Disc)、半導体メモリなどである。また、本開示は、これらの記録媒体に記録されている前記デジタル信号であるとしてもよい。
また、本開示は、前記画像処理プログラムまたは前記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。
また、本開示は、マイクロプロセッサーとメモリを備えたコンピューターシステムであって、前記メモリは、上記画像処理プログラムを記憶しており、前記マイクロプロセッサーは、前記画像処理プログラムにしたがって動作するとしてもよい。
また前記画像処理プログラムまたは前記デジタル信号を前記記録媒体に記録して移送することにより、或いは前記プログラムまたは前記デジタル信号を、前記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピューターシステムにより実施するとしてもよい。
(3-5)上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
また、上記で用いた数字は、全て本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示は例示された数字に制限されない。
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェアまたはソフトウェアが並列または時分割に処理してもよい。
また、上記のステップが実行される順序は、本開示を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時(並列)に実行されてもよい。
更に、本開示の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本開示に含まれる。
Furthermore, in order to reduce the amount of computation required for the CNN, it is desirable to extract the image object region so that it is as small as possible. Therefore, if only the image object is included in the image object region, the amount of computation required for the CNN can be reduced to the greatest extent.
(3-3) In the above embodiment, a case where a moving image is processed using a 3D CNN has been described as an example, but it goes without saying that the present disclosure is not limited to this, and instead of a 3D CNN, a moving image may be processed using a CNN other than a 3D CNN or a neural network other than a CNN. Even when a moving image is processed using a neural network other than a 3D CNN, the same effect as above can be obtained by applying the present disclosure.
(3-4) The present disclosure may be an image processing method realized by processing by the above-described image processing device 1. Furthermore, the present disclosure may be an image processing program realized by executing these methods by a processor such as a CPU, or may be a digital signal consisting of this image processing program.
The present disclosure may also be the image processing program or the digital signal recorded on a computer-readable recording medium. Examples of computer-readable recording media include flexible disks, hard disks, CD-ROMs, MOs, DVDs, DVD-ROMs, DVD-RAMs, BDs (Blu-ray (registered trademark) Discs), and semiconductor memories. The present disclosure may also be the digital signal recorded on these recording media.
Furthermore, the present disclosure may also be such that the image processing program or the digital signal is transmitted via a telecommunications line, a wireless or wired communication line, a network such as the Internet, data broadcasting, or the like.
The present disclosure may also provide a computer system having a microprocessor and a memory, wherein the memory stores the image processing program, and the microprocessor operates in accordance with the image processing program.
The image processing program or the digital signal may also be implemented by another independent computer system by recording it on the recording medium and transferring it, or by transferring the program or the digital signal via the network or the like.
(3-5) The above-described embodiments and modifications may be combined with each other.
Furthermore, all the numbers used above are merely examples to specifically explain the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the numbers used as examples.
The division of functional blocks in the block diagram is an example, and multiple functional blocks may be realized as a single functional block, one functional block may be divided into multiple blocks, or some functions may be moved to another functional block.Furthermore, the functions of multiple functional blocks having similar functions may be processed in parallel or time-shared by a single piece of hardware or software.
The order in which the steps are performed is merely an example for specifically explaining the present disclosure, and other orders may be used. Also, some of the steps may be performed simultaneously (in parallel) with other steps.
Furthermore, various modifications of the present embodiment that are within the scope of what would occur to a person skilled in the art are also included in the present disclosure, as long as they do not deviate from the gist of the present disclosure.
本開示に係る画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラムは、畳み込み処理に要する演算量を低減する技術として有用である。 The image processing device, image processing method, and image processing program disclosed herein are useful as technologies for reducing the amount of calculation required for convolution processing.
1…………………………………画像処理装置
100……………………………画像(静止画像)
110……………………………ビデオカメラ
120……………………………通信ネットワーク
207……………………………画像処理プログラム
211、604…………………画像オブジェクト領域抽出部
212、605…………………特徴配列抽出部
213、606…………………特徴空間生成部
214……………………………CNN(Convolutional Neural Network)
401……………………………バイナリマスク
402……………………………インデックスリスト
601……………………………フレーム別領域抽出部
602……………………………静止物判定部
603……………………………トラッキング部
607……………………………3DCNN(3-dimensional CNN)
700……………………………動画像
1201、1202……………非ゼロ領域
1301…………………………マップマスク
o1、o2………………………画像オブジェクト
o1(t1)~o1(tn)…画像オブジェクト
o2(t1)~o2(tn)…画像オブジェクト
r1、r2………………………画像オブジェクト領域
r1(t1)~r1(tn)…フレーム別領域
r2(t1)~r2(tn)…フレーム別領域
v1、v2………………………特徴配列
S…………………………………特徴空間
1. Image processing device 100. Image (still image)
110...................................................Video camera 120...................................................Communication network 207...................................................Image processing program 211, 604...................................Image object region extraction unit 212, 605...................................Feature sequence extraction unit 213, 606...................................Feature space generation unit 214...................................................CNN (Convolutional Neural Network)
401...................................................Binary mask 402...................................................................Index list 601...................................................................Frame-by-frame region extraction unit 602...........................................................Stationary object determination unit 603...................................................................Tracking unit 607...................................................................3DCNN (3-dimensional CNN)
700...................................................Moving images 1201, 1202...Non-zero region 1301...................................................Map mask o1, o2...................................................Image objects o1(t1) to o1(tn)...Image objects o2(t1) to o2(tn)...Image objects r1, r2...................................................Image object region r1(t1) to r1(tn)...Frame-specific region r2(t1) to r2(tn)...Frame-specific region v1, v2...................................................Feature array S...................................................Feature space
Claims (26)
入力画像において所定の画像オブジェクトの一部だけを画像オブジェクト領域として抽出する画像オブジェクト領域抽出部と、
画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出部と、を備え、
CNNは、特徴空間のうち、
画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、
非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行する
ことを特徴とする画像処理装置。 An image processing device that performs image processing using a CNN that receives as input a feature space configured by a feature array extracted from an input image,
an image object region extraction unit that extracts only a portion of a predetermined image object in an input image as an image object region;
a feature sequence extraction unit that extracts a feature sequence for each image object region;
CNN uses the following feature space:
A region corresponding to an image object region is set as a non-zero region, and the feature array extracted for each image object region is assigned to the non-zero region, and the region is subjected to convolution processing; and
An image processing device characterized by performing sparse convolution processing in which zero regions other than non-zero regions are excluded from the convolution processing.
非ゼロ領域は、入力画像における矩形領域の位置および大きさに応じて、画像オブジェクト領域に対応付けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 The image object region is a rectangular region including the part of the image object,
2. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the non-zero regions are associated with image object regions according to the positions and sizes of rectangular regions in the input image.
CNNは、人物の行動を認識する画像処理を行う
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。 The image object is a person,
3. The image processing device according to claim 1, wherein the CNN performs image processing to recognize human behavior.
CNNは、入力画像のシーンを認識する画像処理を行う
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の画像処理装置。 The image object is a person or object,
4. The image processing device according to claim 1, wherein the CNN performs image processing to recognize a scene in an input image.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の画像処理装置。 5. The image processing device according to claim 1, wherein the predetermined image object is an image object that is to be subjected to image processing using a CNN.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の画像処理装置。 6. The image processing device according to claim 1, wherein the feature sequence extraction unit extracts the feature sequence by any one of a convolutional neural network, a multilayer perceptron, a neural network other than a convolutional neural network or a multilayer perceptron, principal component analysis, and a predefined feature calculation method.
入力画像において所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む画像オブジェクト領域を抽出する画像オブジェクト領域抽出部と、
画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出部と、を備え、
CNNは、特徴空間のうち、
画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、
非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行し、
前記CNNはSBnetである
ことを特徴とする画像処理装置。 An image processing device that performs image processing using a CNN that receives as input a feature space configured by a feature array extracted from an input image,
an image object region extraction unit that extracts an image object region including at least a part of a predetermined image object from an input image;
a feature sequence extraction unit that extracts a feature sequence for each image object region;
CNN uses the following feature space:
A region corresponding to an image object region is set as a non-zero region, and the feature array extracted for each image object region is assigned to the non-zero region, and the region is subjected to convolution processing; and
For zero regions other than non-zero regions, sparse convolution processing is performed, excluding them from the convolution processing target .
The image processing device, wherein the CNN is SBnet.
入力動画像において所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む画像オブジェクト領域であって、かつ、当該画像オブジェクトを含むフレームどうしで共通の画像オブジェクト領域を抽出する画像オブジェクト領域抽出部と、
画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出部と、を備え、
CNNは、特徴空間のうち、
画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、
非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行する
ことを特徴とする画像処理装置。 An image processing device that performs image processing using a CNN that receives as input a feature space configured by a feature array extracted from an input video,
an image object region extraction unit that extracts an image object region that includes at least a part of a predetermined image object in an input video sequence and that is common to frames that include the image object;
a feature sequence extraction unit that extracts a feature sequence for each image object region;
CNN uses the following feature space:
A region corresponding to an image object region is set as a non-zero region, and the feature array extracted for each image object region is assigned to the non-zero region, and the region is subjected to convolution processing; and
An image processing device characterized by performing sparse convolution processing in which zero regions other than non-zero regions are excluded from the convolution processing.
ことを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。 9. The image processing apparatus according to claim 8, wherein the feature sequence extracting unit extracts a feature sequence for each image object region for each frame.
入力動画像を構成するフレーム毎に、所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含むフレーム別領域を抽出し、
前記画像オブジェクト領域は、フレーム間で共通する画像オブジェクトについて、当該画像オブジェクトの少なくとも一部を含むフレーム別領域の和領域である
ことを特徴とする請求項8または9に記載の画像処理装置。 The image object region extraction unit
extracting a frame-by-frame region including at least a portion of a predetermined image object for each frame constituting the input video;
10. The image processing apparatus according to claim 8, wherein the image object region is a sum of frame regions including at least a part of an image object that is common between frames.
入力動画像を構成するフレーム毎に、所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む矩形状のフレーム別領域を抽出し、
前記画像オブジェクト領域は、フレーム間で共通する画像オブジェクトについて、当該画像オブジェクトの少なくとも一部を含むフレーム別領域の和領域を含む矩形領域のうち、最小の矩形領域である
ことを特徴とする請求項8または9に記載の画像処理装置。 The image object region extraction unit
extracting a rectangular frame-by-frame region including at least a portion of a predetermined image object for each frame constituting the input video;
10. The image processing device according to claim 8, wherein the image object area is the smallest rectangular area among rectangular areas including a sum area of frame-specific areas that includes at least a part of an image object that is common between frames.
画像オブジェクト毎に静止しているか否かを判定する静止判定部を備え、
入力動画像を構成するフレーム毎に、所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含むフレーム別領域を抽出するとともに、当該フレーム別領域ごとに抽出尤度を取得し、
共通の画像オブジェクトに係るフレーム別領域のうち、抽出尤度がもっとも高いフレーム別領域を当該画像オブジェクトに係る画像オブジェクト領域とする
ことを特徴とする請求項8または9に記載の画像処理装置。 The image object region extraction unit
a stillness determination unit that determines whether each image object is still;
extracting a frame-by-frame region including at least a part of a predetermined image object for each frame constituting the input video sequence, and obtaining an extraction likelihood for each frame-by-frame region;
10. The image processing apparatus according to claim 8, wherein the frame region having the highest extraction likelihood among the frame regions relating to a common image object is set as the image object region relating to the image object.
ことを特徴とする請求項12に記載の画像処理装置。 The image processing device according to claim 12, characterized in that, for a plurality of image object regions relating to a common image object and also relating to a stationary image object, the feature array extraction unit extracts the feature array relating to any one of the image object regions, thereby extracting the feature array relating to the other image object regions.
静止判定部は、画像オブジェクトが属するクラスから、当該画像オブジェクトは静止しているか否かを判定する
ことを特徴とする請求項12または13に記載の画像処理装置。 the image object region extraction unit acquires, for each frame region, a class to which the image object related to the frame region belongs;
14. The image processing device according to claim 12, wherein the stillness determination unit determines whether or not an image object is still based on a class to which the image object belongs.
ことを特徴とする請求項12または13に記載の画像処理装置。 14. The image processing device according to claim 12, wherein the stillness determination unit determines that an image object is still when frame-specific regions relating to the common image object are located at a common position within a frame.
CNNは、人物の行動を認識する画像処理を行う
ことを特徴とする請求項8から15のいずれかに記載の画像処理装置。 The image object is a person,
16. The image processing device according to claim 8, wherein the CNN performs image processing to recognize human behavior.
CNNは、入力動画像のシーンを認識する画像処理を行う
ことを特徴とする請求項8から16のいずれかに記載の画像処理装置。 The image object is a person or object,
17. The image processing device according to claim 8, wherein the CNN performs image processing for recognizing scenes in an input video image.
ことを特徴とする請求項8から17のいずれかに記載の画像処理装置。 18. The image processing device according to claim 8, wherein the predetermined image object is an image object that is to be subjected to image processing using a CNN.
CNNは、特徴空間のうち、前記他の入力画像に含まれている同一の静止物の画像オブジェクトに係る画像オブジェクト領域に対応する領域をゼロ領域として、畳み込み処理の対象から除き、
前記1の入力動画像についてのCNNによる画像処理結果のうち、当該1の入力動画像に含まれた静止物の画像オブジェクトについて画像処理結果を、前記他の入力画像に含まれた同一の静止物の画像オブジェクトについての画像処理結果とする
ことを特徴とする請求項12から15のいずれかに記載の画像処理装置。 When a still image object included in one input image is included in another input video,
The CNN excludes, from the target of the convolution process, a region in the feature space corresponding to an image object region relating to the same still object image object included in the other input image as a zero region;
16. The image processing device according to claim 12, wherein, among the image processing results by the CNN for the one input video, the image processing result for a still image object included in the one input video is used as the image processing result for the same still image object included in the other input image.
ことを特徴とする請求項8から19のいずれかに記載の画像処理装置。 20. The image processing device according to claim 8, wherein the CNN is a 3D CNN.
ことを特徴とする請求項8から20のいずれかに記載の画像処理装置。 21. The image processing device according to claim 8, wherein the CNN is SBnet.
ことを特徴とする請求項8から21のいずれかに記載の画像処理装置。 22. The image processing device according to claim 8, wherein the feature sequence extraction unit extracts the feature sequence by any one of a convolutional neural network, a multilayer perceptron, a neural network other than a CNN or a multilayer perceptron, principal component analysis, and a predefined feature calculation method.
入力画像において所定の画像オブジェクトの一部だけを画像オブジェクト領域として抽出する画像オブジェクト領域抽出ステップと、
画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出ステップと、を含み、
CNNは、特徴空間のうち、
画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、
非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行する
ことを特徴とする画像処理方法。 An image processing method executed by an image processing device that executes image processing using a CNN that receives as input a feature space configured by a feature array extracted from an input image,
an image object region extraction step of extracting only a part of a predetermined image object from the input image as an image object region;
a feature sequence extraction step of extracting a feature sequence for each image object region;
CNN uses the following feature space:
A region corresponding to an image object region is set as a non-zero region, and the feature array extracted for each image object region is assigned to the non-zero region, and the region is subjected to convolution processing; and
An image processing method characterized in that sparse convolution processing is performed in which zero regions other than non-zero regions are excluded from the convolution processing.
入力動画像において所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む画像オブジェクト領域であって、かつ、当該画像オブジェクトを含むフレームどうしで共通の画像オブジェクト領域を抽出する画像オブジェクト領域抽出ステップと、
画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出ステップと、を含み、
CNNは、特徴空間のうち、
画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、
非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行する
ことを特徴とする画像処理方法。 An image processing method executed by an image processing device that executes video processing using a CNN that receives as input a feature space configured by a feature array extracted from an input video, the method comprising:
an image object region extraction step of extracting an image object region that includes at least a part of a predetermined image object in the input video sequence and that is common to frames that include the image object;
a feature sequence extraction step of extracting a feature sequence for each image object region;
CNN uses the following feature space:
A region corresponding to an image object region is set as a non-zero region, and the feature array extracted for each image object region is assigned to the non-zero region, and the region is subjected to convolution processing; and
An image processing method characterized in that sparse convolution processing is performed in which zero regions other than non-zero regions are excluded from the convolution processing.
入力画像において所定の画像オブジェクトの一部だけを画像オブジェクト領域として抽出する画像オブジェクト領域抽出ステップと、
画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出ステップと、を該コンピューターに実行させ、
CNNは、特徴空間のうち、
画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、
非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行する
ことを特徴とする画像処理プログラム。 An image processing program executed by a computer that performs image processing using a CNN that receives as input a feature space configured by a feature array extracted from an input image,
an image object region extraction step of extracting only a part of a predetermined image object from the input image as an image object region;
a feature sequence extraction step of extracting a feature sequence for each image object region;
CNN uses the following feature space:
A region corresponding to an image object region is set as a non-zero region, and the feature array extracted for each image object region is assigned to the non-zero region, and the region is subjected to convolution processing; and
An image processing program characterized by performing sparse convolution processing in which zero regions other than non-zero regions are excluded from the convolution processing.
入力動画像において所定の画像オブジェクトの少なくとも一部を含む画像オブジェクト領域であって、かつ、当該画像オブジェクトを含むフレームどうしで共通の画像オブジェクト領域を抽出する画像オブジェクト領域抽出ステップと、
画像オブジェクト領域ごとに特徴配列を抽出する特徴配列抽出ステップと、を該コンピューターに実行させ、
CNNは、特徴空間のうち、
画像オブジェクト領域に対応する領域を非ゼロ領域として、当該画像オブジェクト領域ごとに抽出した特徴配列を当該非ゼロ領域に割り当てて、畳み込み処理の対象とし、かつ、
非ゼロ領域以外のゼロ領域については、畳み込み処理の対象から除いたスパース畳み込み処理を実行する
ことを特徴とする画像処理プログラム。 An image processing program executed by a computer that performs video processing using a CNN that receives as input a feature space configured by a feature array extracted from an input video,
an image object region extraction step of extracting an image object region that includes at least a part of a predetermined image object in the input video sequence and that is common to frames that include the image object;
a feature sequence extraction step of extracting a feature sequence for each image object region;
CNN uses the following feature space:
A region corresponding to an image object region is set as a non-zero region, and the feature array extracted for each image object region is assigned to the non-zero region, and the region is subjected to convolution processing; and
An image processing program characterized by performing sparse convolution processing in which zero regions other than non-zero regions are excluded from the convolution processing.
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