階層的画像抽出と連想マッチングによる対象物認識システムの集積化回路技術の研究

• 研究課題/領域番号: 16700184
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 知覚情報処理・知能ロボティクス
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 小出 哲士 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 助教授 (30243596)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2005年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 2004年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: 画像分割 / 特徴抽出 / 連想メモリ / オブジェクトマッチング / 動き検出 / 連想検索 / リアルタイム処理 / 画像認識 / マッチング / セルネットワーク / リアルタイム

研究概要

本研究では画像分割(抽出)を行うことによりフレーム中のすべての物体を抽出し,前フレームの物体との間でオブジェクトマッチング(連想検索)による連想処理を行い,対応付けを行う方法を開発した.また画像分割および連想検索の高度な処理をリアルタイムで処理できるアーキテクチャを融合することで,リアルタイムかつ高精度な物体検出を実現できる物体検出LSIの開発を行った.
本年度は,(1)イメージスキャン画像分割アーキテクチャの開発,(2)物体追跡LSIアーキテクチャの設計,(3)オブジェクトマッチング用連想メモリLSIアーキテクチャの開発,及び,(4)リアルタイム画像分割FPGAプロトタイプシステムの構築,を行った.
(1)入力画像を小さなサイズの画像ブロックに分けて,各画像ブロック内を全画素並列処理で,各画像ブロックを逐次処理し,大きなサイズの画像に対してリアルタイム画像分割処理を行う方法を考案した.そして,オンチップメモリと画素並列処理ユニットを用いた高データアクセス幅をもつLSIアーキテクチャを提案し,回路設計によりその有効性を示した.(2)上述の画像分割アーキテクチャと前年度に開発した動物体追跡アルゴリズムをもとに,高並列特徴量抽出とオブジェクトマッチング回路を開発し,リアルタイムLSIアーキテクチャを設計した.これによりQVGAサイズで230個程度の物体を同時にリアルタイム追跡(30fps)可能であることを示した.(3)オブジェクトマッチングに不可欠な連想メモリLSIアーキテクチャを開発し,高速化のための新しい回路を考案し,LSIチップ設計により,検索時間が136nsec以下の約1.6倍高速な回路を169mWの低消費電力で実現した.(4)上述の画像分割と物体追跡の有効性をシステム上で確認するために,リアルタイム画像分割プロトタイプシステムをFPGA上に開発した.カメラから取り込んだ入力画像をLSIチップでリアルタイム画像分割・特徴量抽出・物体追跡処理し,最後に処理結果をディスプレイに表示することで,チップ単体での評価ではなくシステム全体の評価した.このプロトタイプシステム上で複数の物体をリアルタイムで同時に追跡することを検証した.

研究成果

• [雑誌論文] Boundary-active-only adaptive power-reduction scheme for region-growing video-segmentation (2006)
  • 著者名/発表者名: Takashi Morimoto
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Information & Systems E89-D・3 ページ: 1299-1302
• [雑誌論文] Image segmentation and pattern matching based FPGA/ASIC implementation architecture of real-time object tracking (2006)
  • 著者名/発表者名: Kousuke Yamaoka
  • 雑誌名: Proceedings of the 2006 Asia South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC2006) ページ: 176-181
• [雑誌論文] Pixel-parallel digital CMOS implementation of image segmentation by region growing (2005)
  • 著者名/発表者名: Takashi Morimoto
  • 雑誌名: IEE Proceedings Circuits, Devices & Systems 152・6 ページ: 579-589
• [雑誌論文] Object tracking in video pictures based on image segmentation and pattern matching (2005)
  • 著者名/発表者名: Takashi Morimoto
  • 雑誌名: Proceedings of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems 2005 (ISCAS2005) ページ: 3215-3218
• [雑誌論文] Image-scan architecture for efficient FPGA/ASIC implementation of video-segmentation by region growing (2005)
  • 著者名/発表者名: Hidekazu Adachi
  • 雑誌名: Proceedings of the 2005 International SoC Design Conference (ISOCC2005) ページ: 301-304
• [雑誌論文] Image-scan video segmentation architecture based on embedded memory technology (2005)
  • 著者名/発表者名: Takashi Morimoto
  • 雑誌名: Extended Abstracts of the 4th Hiroshima International Workshop on Nanoelectronics for Tera-Bit Information Processing ページ: 60-61
• [雑誌論文] Real-time multi-object tracking based on highly parallel image segmentation and pattern matching (2005)
  • 著者名/発表者名: Tetsushi Koide
  • 雑誌名: Extended Abstracts of the 4th Hiroshima International Workshop on Nanoelectronics for Tera-Bit Information Processing ページ: 54-55
• [雑誌論文] Embedded Low-Power Dynamic TCAM Architecture with Transparently Scheduled Refresh (2005)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Noda
  • 雑誌名: IEICE Trans.on Electronics E88-C ページ: 622-629
• [雑誌論文] A Parallel Hardware Design for Snake Models with an FPGA Architecture (2005)
  • 著者名/発表者名: Ali Ahmadi
  • 雑誌名: International Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing (NSIP2005) ページ: 146-150
• [雑誌論文] A Parallel Hardware Design for Parametric Active Contour Models (2005)
  • 著者名/発表者名: Ali Ahmadi
  • 雑誌名: Proceedings of the IEEE International Conference on Advanced Video and Signal based Surveillance (AVSS2005) ページ: 609-613
• [雑誌論文] A CAM-based signature-matching co-processor with application-driven power-reduction features (2005)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Inoue
  • 雑誌名: IEICE Trans.on Electronics E88-C ページ: 1332-1342
• [雑誌論文] Systems with recognition and learning capability based on associative memory (2005)
  • 著者名/発表者名: Hnas J.Mattasuch
  • 雑誌名: Extended Abstracts of the 4th Hiroshima International Workshop on Nanoelectronics for Tera-Bit Information Processing ページ: 52-53
• [雑誌論文] Fully-parallel associative memory architecture realizing minimum Euclidian distance search (2005)
  • 著者名/発表者名: Md.Anwarul Abedin
  • 雑誌名: Extended Abstracts of the 4th Hiroshima International Workshop on Nanoelectronics for Tera-Bit Information Processing ページ: 58-59
• [雑誌論文] A Low-Power Video Segmentation LSI with Boundary-Active-Only Architecture (2005)
  • 著者名/発表者名: Takashi Morimoto
  • 雑誌名: Proceedings of the Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC2005) 1
• [雑誌論文] Object Tracking in Video Pictures based on Image Segmentation and Pattern Matching (2005)
  • 著者名/発表者名: Takashi Morimoto
  • 雑誌名: Proceedings of 2005 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS2005) (発表予定)
• [雑誌論文] Low-Power Design for Real-Time Image Segmentation LSI and Compact Digital CMOS Implementation (2004)
  • 著者名/発表者名: Osamu Kiriyama
  • 雑誌名: Proceedings of the 2004 IEEE Asia-Pacific Conference in ASICs (AP-ASIC2004) 1 ページ: 432-433
• [雑誌論文] Digital Low-Power Real-Time Video Segmentation by Region Growing (2004)
  • 著者名/発表者名: Takashi Morimoto
  • 雑誌名: Extended Abstracts of the 2004 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2004) 1 ページ: 138-139
• [雑誌論文] Bank-Type Associative Memory for High-Speed Nearest Manhattan Distance Search in Large Reference-Pattern Space (2004)
  • 著者名/発表者名: Tetsushi Koide
  • 雑誌名: Extended Abstracts of the 2004 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2004) 1 ページ: 360-361
  • NAID: 10022538756
• [雑誌論文] Real-Time Segmentation of Large-Scale Images by Pipeline Processing with Small-Size Cell Network (2004)
  • 著者名/発表者名: Hidekazu Adachi
  • 雑誌名: Proceedings of 12^<th> Workshop on Snthesis And System Integration of Mixed Information Technologies (SASIMI2004) 1 ページ: 95-102
• [産業財産権] 画像処理装置 (2005)
  • 発明者名: 小出 哲士 他4名
  • 権利者名: 広島大学
  • 産業財産権番号: 2005-264934
  • 出願年月日: 2005-09-13
• [産業財産権] 最小ユークリッド距離検索連想メモリ装置 (2005)
  • 発明者名: H.J.Mattausch 他3名
  • 権利者名: 広島大学
  • 産業財産権番号: 2005-266250
  • 出願年月日: 2005-09-14
• [産業財産権] 符号化装置 (2005)
  • 発明者名: 小出 哲士 他8名
  • 権利者名: 広島大学
  • 産業財産権番号: 2005-146211
  • 出願年月日: 2005-05-19
• [産業財産権] 画像処理装置,画像処理集積化回路,画像処理方法,画像処理プログラム,およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 (2004)
  • 発明者名: 小出哲士, 他
  • 権利者名: 広島大学
  • 産業財産権番号: 2004-256184
  • 出願年月日: 2004-09-02