最近傍識別器の高速化,高性能化に関する研究

• Project/Area Number: 16700143
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Intelligent informatics
• Research Institution: Wakayama University
• Principal Investigator: 加藤 丈和 和歌山大学, システム工学部, 講師 (30362859)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 最近傍識別器 / 高速化 / 高次元 / 異常検知 / ターゲット検出 / 対象追跡 / 対象認識 / 最近傍探索

Research Abstract

本研究の目的は事例に基づく識別技術の基盤である「最近傍識別器」を高速化するとともに、コンピュータビジョンをはじめとする実用分野への応用の可能性を広げることである。
平成16年度には、基礎となる最近傍識別アルゴリズムについて、20次元までの特徴空間までに対して高速化、省メモリ化を実現する「K-D Decision Treeアルゴリズム」を提案した。また、画像中の各画素の色を識別することによって、ターゲット検出を実時間で実現した。また、領域単位の識別を実時間で行う「4分木表現を用いた高速領域識別」を提案し、画素単位、領域単位の識別を実時間で行う応用を示した。
平成17年度は、さらにコンピュータビジョンの一般的な応用に必要は数百次元から数万次元の特徴に対して、擬似的な最近傍識別器を高速化する「近さ優先探索グラフ」を開発し、またその応用として、対象の認識、追跡を実時間で同時に実現するシステムを開発した。また、高次元において、近似なしで最近傍探索、識別を高速化するためのアルゴリズムとして、「効率的な距離計算戦略による高次元最近傍探索」及び「空間分割と直交変換の統合による高次元最近傍探索」を開発した。また最近傍探索、識別技術の応用として、前年度に開発したターゲット検出の技術を用いた「マーカ追跡」を使ったカメラキャリブレーション手法を開発し、基礎技術としての最近傍識別器を実用的なツールとして利用する可能性を示した。また、本テーマで開発しているK-D Decision Treeや、空間分割型の最近傍探索アルゴリズムと同様の探索原理を用いた非線形写像学習アルゴリズムである「PaLM tree」を開発し、ロボット制御への応用について検討した。
最終年度となる平成18年度は、高次元空間における最近傍探索、識別のさらなる高速化について検討をすすめ、数万次元の一般の画像データにたいして、近似をおこなうことなく従来の約20倍高速に探索する「主成分木を用いた高速最近傍探索手法」を開発した.また、正常事例のみが得られ、異常事例が得られない場合における識別器の学習方法やそれを応用した異常検知について検討した.さらにテキストマイニングなどのほかの応用についても検討した.社会的な必要性が高い分野での応用や実用的なアプリケーションの開発について検討していく予定である。
本研究では、研究テーマである20次元までのデータに対する最近傍識別では従来の約200倍の高速化に成功し、また数万次元の画像の最近傍探索については従来法の約20倍を実現した.また、応用分野についてもコンピュータビジョン、ロボティクス、テキストマイニング、異常検出などへの応用を実現し、本テーマで得られた技術の可能性を示した.

Research Products

• [Journal Article] インテグラルイメージを用いた主成分木による画像の最近傍探索の高速化 (2007)
  • Author(s): 藤原純也, 荒井英剛, 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 信学技報,PRMU2006-203 Pages: 55-60
  • NAID: 110006205216
• [Journal Article] Geometric and Timing Calibration for Unsynchronized Cameras Using Trajectories of a Moving Marker (2006)
  • Author(s): Mami Noguchi, Takekazu Kato
  • Journal Title: Proc. of Eighth IEEE Workshop on Applications of Computer Vision (WACV'07) Pages: 20-20
  • NAID: 110004709480
• [Journal Article] 単一マーカーの追跡による首振りカメラの方位・時間キャリブレーション (2006)
  • Author(s): 行旨克哉, 加藤丈和
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2006)インタラクティブセッション Pages: 1313-1318
• [Journal Article] 階層的固有空間による高次元最近傍探索の高速化 (2006)
  • Author(s): 荒井英剛, 武本浩二, 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2006) Pages: 291-297
• [Journal Article] 効率的な距離計算戦略による高次元最近傍探索の高速化 (2006)
  • Author(s): 武本浩二, 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2006)インタラクティブセッション Pages: 1156-1161
  • NAID: 110004788322
• [Journal Article] 基礎行列の不安定度に基づくカメラ間の最適組み合わせの推定. (2006)
  • Author(s): 前田昌宏, 加藤丈和, 和田俊和, Moldovan Daniel
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2006)インタラクティブセッション Pages: 952-957
• [Journal Article] マーカの軌跡を用いた非同期カメラの幾何学的・時間的キャリレーション (2006)
  • Author(s): 野口真身, 加藤丈和
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌:コンピュータビジョンとイメージメディア Vol.47 No.SIG5 Pages: 59-68
• [Journal Article] 空間分割と直交変換の統合による高次元最近傍探索の高速化 (2006)
  • Author(s): 荒井英剛, 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 情処研報2006-CVIM-153-7 Pages: 41-48
  • NAID: 110004788321
• [Journal Article] 効率的な距離計算戦略による高次元最近傍探索の高速化 (2006)
  • Author(s): 武本浩二, 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 情処研報2006-CVIM-153-8 Pages: 49-56
  • NAID: 110004788322
• [Journal Article] 事例ベース対象追跡・認識のための近さ優先探索グラフの対話的構築アルゴリズム (2006)
  • Author(s): 坂平星弘, 和田俊和, 坂垣内洵也, 加藤丈和
  • Journal Title: 情処研報2006-CVIM-153-13 Pages: 85-92
  • NAID: 110004788327
• [Journal Article] 連続特徴空間における決定木構築法と顔検出への応用 (2006)
  • Author(s): 林拓, 和田俊和, 加藤丈和
  • Journal Title: 情処研報2006-CVIM-153-19 Pages: 125-130
  • NAID: 110004788333
• [Journal Article] K-D Decision Treeとその応用・最近傍識別器の高速化と省メモリ化 (2005)
  • Author(s): 柴田智行, 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌D-II画像の認識・理解特集号 Pages: 1367-1377
• [Journal Article] 非線形写像学習のためのPaLM-treeの提案 (2005)
  • Author(s): 中村恭之, 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 日本ロボット学会誌 Vol.23 No.6 Pages: 92-102
  • NAID: 10019037777
• [Journal Article] 近さ優先探索グラフを用いた実時間対象追跡 (2005)
  • Author(s): 坂垣内洵也, 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2005) Pages: 16-23
• [Journal Article] マーカーの軌跡を用いた非同期カメラの幾何学的・時間的キャリブレーション (2005)
  • Author(s): 野口真身, 加藤丈和
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2005), Pages: 32-39
  • NAID: 110004709480
• [Journal Article] 一般化K-D Decision Tree-近接性グラフによるEditingを利用した最近傍識別器の高速化- (2005)
  • Author(s): 柴田智行, 和田俊和, 加藤丈和
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2005) Pages: 886-893
• [Journal Article] 最近傍識別による背景差分と色検出の統合 --事例に基く情報統合-- (2005)
  • Author(s): 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌:コンピュータビジョンとイメージメディア Vol.45, No.SIG 13 Pages: 110-117
• [Journal Article] Direct Condensing : An Efficient Voronoi Condensing Algorithm for Nearest Neighbor Classifiers (2004)
  • Author(s): T.Kato, T.Wada
  • Journal Title: In The 17th IAPR International Conference on Pattern Recognition (ICPR2004) Pages: 135-139
• [Journal Article] 特徴の連接と最近傍識別によるターゲット検出-事例に基づく情報統合- (2004)
  • Author(s): 加藤丈和, 浮田宗泊, 和田俊和
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2004) Vol.II Pages: 1-6
• [Journal Article] 背景差分と色検出の統合によるターゲット色の自動学習と背景変動に頑健な実時間対象検出 (2004)
  • Author(s): 浮田宗泊, 加藤丈和
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2004) Vol.II Pages: 24-29
• [Journal Article] K-D Decision Tree -最近傍識別器の高速化と省メモリ化- (2004)
  • Author(s): 柴田智行, 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2004) Vol.II Pages: 55-60
• [Journal Article] 画像の4分木表現を用いた高速最近傍識別 (2004)
  • Author(s): 武本浩二, 加藤丈和, 和田俊和
  • Journal Title: 画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2004) Vol.II Pages: 347-352