| 研究課題/領域番号 |
17H06100
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
内田 誠一 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (70315125)
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| 研究分担者 |
柳井 啓司 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20301179)
牛久 祥孝 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 講師 (10784142)
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| 研究期間 (年度) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| キーワード | 文字 / 機械学習 / 情景内文字 / フォント / 深層学習 / 文字科学 / 画像記述 |
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| 研究実績の概要 |
「文字」は我々の文化的活動やコミュニケーションを支える最重要メディアである．本提案では，「言語であり画像でもある」という文字の二面性に注目しながら，文字の持つ多様な機能の本質を総合的に解析する新分野「文字科学」を推進する．特にこれまで注目されることのなかった文字の4 機能（周囲の明確化，知識・意味伝達，雰囲気伝達，可読性維持）について，広汎で挑戦的かつ世界にも類例のない基礎的研究群および応用展開研究群を実施している．H29年度も，これら4機能について並列した研究を行い，その概要は以下の通りである．
周囲の明確化機能：画像情報と文字情報の相補的な関係を明らかにする研究群を実施した．具体的には，環境内文字情報を反映させた画像キャプション生成，キャプション生成時に不足情報についての質問生成を含めたインタラクティブな画像理解，テキストに含まれる非言語情報（文字画像であれば形状等）からの画像生成などである．
知識・意味伝達機能：深層学習(CNN/LSTM)を用いた複数の情景内文字情報の抽出および認識手法を実現した．さらに意図的に文字部分だけを消去する画像変換も実現し，「文字の無い状況」を体験することで，環境中の文字情報の必要性を定性的に検証した．
雰囲気伝達機能：書籍画像約20万冊分を対象として，そのタイトルに使用されているフォントの種類や色と書籍ジャンルの相関解析を行い，特定ジャンルに特定フォント・色が頻出するといった関係を世界で初めて定量化した．また，GAN(Generative Adversarial Networks)やNeural style transferを活用した様々なフォント自動合成手法を開発した．
可読性維持機能：GANを用い，(既存のアルファベットとは異なる)可読性を持った記号の自動生成を試みた．また深層学習内部で多様な文字がどのように認識されているかを解析した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
文字の4 機能（周囲の明確化，知識・意味伝達，雰囲気伝達，可読性維持）の解明について，いずれも十分な進捗が見られるので，上記の評価とした．
周囲の明確化機能についても，画像情報と文字情報のインタラクションについて，画像記述と関連した新技術群を開発できた．
知識・意味伝達機能については，情景内文字検出・認識手法を開発しただけでなく，最新の手法(EASTやCRNN)も併用することで，従来をはるかに上回る精度での文字情報自動収集を実現している．
雰囲気伝達機能については，世界で初めてジャンルとフォント・色の相関関係の大規模データに基づく定量化しに成功した．また自動生成されたフォントも多様性があり，さらに可読性も高いことを検証している．
可読性維持機能については，可読性を持った記号の自動生成について，どのような制約や評価を与えるべきかを複数検討した．また深層学習内部で多様な文字がどのように認識されているかについても，プーリングの傾向や，各レイヤでのパターン分布，学習されたフィルタ（重み）の傾向など，多面的な検証を行った．
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| 今後の研究の推進方策 |
H30年度についても，H29年度に行ってきた検討をさらに進め，文字機能の原理解明のための基礎研究を，4 機能全てについて並行して実施する．
周囲の明確化機能：H29年度に行った検討結果をもとに，物体認識における文字情報の有効性を評価する．
知識・意味伝達機能：H29年度に単一静止画像レベルで行った文字検出・認識実験を動画に展開する．さらにH29年度に培った画像記述技術を用いて，（文字以外の）画像情報の意味解析を行う．
雰囲気伝達機能：H29年度に実施した書籍タイトルに使用されているフォント種類と書籍ジャンルの相関関係の解析をさらに進める．また，H29年度に実現したスタイル制御可能な(GANに基づく）フォント合成手法について，そこで学習された制御変数（潜在変数）がフォントのどの部分に対応しているのかを，解析する．
可読性維持機能：CNNによる文字認識の挙動解析についてさらに調査を進める．特にCNNが文字の構造をどのように捉えているかについて，多角的な観察を行う．例えばプーリング方向のクラス依存性などについて，調査する．可読性・変形耐性を兼ね備えたアルファベット生成過程の解明のために，どのようなエネルギーを設計すれば既存のアルファベットとは識別可能で，かつ文字らしいパターンが生成可能かを調査する．
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