博士論文審査結果報告書

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早稲田大学大学院情報生産システム研究科

博士論文審査結果報告書

論 文 題 目

S T U D Y O N D I S C O V E R I N G C O N C E P T U A L PAT T E R N S O F H U M A N C E N T R I C A P P L I C AT I O N S

I N M U LT I - VA R I AT E S PA C E

申 請 者

Huiquan ZHANG

情報生産システム工学専攻

コミュニティ・コンピューティング研究

2014 年 9 月

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人 が プ ロ グ ラ ム や シ ス テ ム に 合 わ せ て そ れ ら を 利 用 す る の で は な く 、 人 を 中 心 に 据 え た 設 計 に 基 づ く 情 報 通 信 技 術 の 応 用 、 す な わ ち ヒ ュ ー マ ン セ ン ト リ ッ ク ア プ リ ケ ー シ ョ ン を 考 え る と き 、 人 の 行 動 や 表 出 パ タ ー ン の 利 用 、 あ る い は 人 が 利 用 す る 情 報 源 の 安 全 性 の 確 保 を 、 人 間 へ の 負 担 を 極 力 抑 え た 形 式 で 実 現 す る こ と が し ば し ば 重 要 と な る 。 本 論 文 で は 、 そ の よ う な 場 合 に 対 処 す る た め の 基 盤 技 術 の う ち 、 と く に 3 つ の 課 題 へ の 取 り 組 み が 述 べ ら れ て い る 。 す な わ ち 、 ( 1 ) 適 切 な セ ン サ に よ り 人 の 動 作 が 時 系 列 デ ー タ と し て 観 測 さ れ る と き に 、 収 集 デ ー タ か ら 意 味 の あ る 行 動 パ タ ー ン を 発 見 す る こ と 。 ま た 、 新 た な 観 測 が 得 ら れ た と き に 、 そ れ が ど の 行 動 パ タ ー ン に 属 す る か を 推 定 す る こ と 、 ( 2 ) 正 面 よ り 撮 像 し た 人 の 顔 の グ レ ー 動 画 像 か ら 、 基 本 6 情 動 パ タ ー ン （ 怒 り 、 落 胆 、 恐 れ 、 喜 び 、 悲 し み 、 驚 き ） を 認 識 す る こ と 、 ( 3 ) 人 を 支 援 す る 情 報 サ イ ト の 存 在 を 考 え 、そ れ に 似 せ た 悪 意 の あ る サ イ ト の パ タ ー ン を 発 見 す る こ と 、で あ る 。 こ れ ら は い ず れ も 、 多 く の 変 量 （ 属 性 ） に よ っ て 特 徴 づ け ら れ る 参 照 デ ー タ を 収 集 し 解 析 す る こ と に よ っ て 、 パ タ ー ン 発 見 を 行 う こ と が 基 礎 と な る 。 以 下 、 そ れ ぞ れ の 課 題 解 決 に 向 け て の 提 案 手 法 に つ い て 、 章 を 追 っ て 概 要 を ま と め る こ と に よ り 評 価 を 与 え る 。

第 1 章 「I n t r o d u c t i o n」 と 第 2 章 「R e l a t e d Wo r k s」 は 導 入 部 で あ り 、 本 研 究 の 動 機 と 目 的 に つ い て 述 べ る と と も に 、 部 分 空 間 概 念 ク ラ ス タ リ ン グ 、

L e v e n s h t e i n 距 離 に 基 づ く 類 似 度 計 算 等 、 本 研 究 を 支 え る 基 盤 技 術 と の 関 連 、

最 近 の 研 究 動 向 に つ い て ま と め て い る 。

第 3 章 「E x p l o r i n g A p p r o p r i a t e C l u s t e r s i n S u b s p a c e f o r H u m a n A c t i v i t y

R e c o g n i t i o n」 で は 、 人 の 動 作 を セ ン サ に よ っ て 観 測 し た 時 間 、 場 所 、 人 数 等 の

変 量 か ら な る 時 系 列 デ ー タ か ら 、 そ の 中 に 含 ま れ る 頻 出 パ タ ー ン を 抽 出 し 、 そ れ を ま と め て 意 味 の あ る 行 動 パ タ ー ン（a c t i v i t y）と す る 一 連 の 手 法 が 述 べ ら れ て い る 。N - g r a m、D V S M（D i s c o n t i n u o u s V a r i e d - o r d e r M i n i n g M e t h o d） を は じ め と す る 従 来 手 法 で は 、 時 系 列 デ ー タ の 処 理 に 主 眼 を 置 い て い た 。 そ の た め 、 ひ と つ の a c t i v i t y 中 に 雑 音 デ ー タ や 他 の a c t i v i t y の 一 部 が 含 ま れ る i n t e r l e a v e d s i t u a t i o n や 、 ひ と つ の a c t i v i t y の 中 に 他 の a c t i v i t y が 含 ま れ る c o n c u r r e n t

s i t u a t i o n に 対 処 す る こ と が 困 難 と な っ て い た 。 こ れ に 対 し て 提 案 手 法 で は 、

a c t i v i t y を す べ て の 変 量 に よ っ て 構 成 さ れ る 空 間 と そ の 部 分 空 間 内 で の ク ラ ス

タ と し て 発 見 し て い る 。 次 元 の 高 い 空 間 に お け る ク ラ ス タ を 優 位 と 考 え る こ と に よ り 、 例 え ば 時 間 だ け よ り も 、 時 間 と 場 所 双 方 に つ い て 類 似 度 の 高 い デ ー タ が 同 一 の ク ラ ス タ と し て 発 見 さ れ る よ う に 、 実 世 界 で の 拘 束 条 件 が 強 い 一 連 の パ タ ー ン を a c t i v i t y と み な す こ と が 自 然 に 実 現 で き て い る 。 ひ と た び a c t i v i t y の 集 合 が 発 見 さ れ れ ば 、 新 た に 人 の 動 作 が 観 測 さ れ た と き に 、 そ れ が ど の

a c t i v i t y に 最 も 近 い か を 計 算 す る こ と が で き る 。 本 研 究 で は そ の た め の 類 似 度

関 数 を 、L e v e n s h t e i n 距 離 を 応 用 す る こ と に よ り 定 め て い る 。 提 案 手 法 の 有 効 性 を 示 す た め 、W S U C A S A S D a t a s e t を 用 い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と 、 電 力 プ ラ ン ト に お け る メ ン テ ナ ン ス 作 業 の 実 測 デ ー タ に 基 づ く 実 験 の 結 果 が 報 告 さ れ て

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い る 。 前 者 で は 、4 2 人 の 実 験 参 加 者 に よ っ て 提 供 さ れ た 8 種 類 の a c t i v i t y が 対 象 で あ る が 、i n t e r l e a v e d s i t u a t i o n が 含 ま れ る 場 合 に つ い て 、a c t i v i t y を 正 し く 発 見 し た 割 合 を 提 案 手 法 、D V S M、N - g r a m 法 で 比 較 し た 結 果 、 そ れ ぞ れ 平 均 で 7 9 . 3 %、7 8 . 7 %、6 8 . 7 %で あ っ た 。 ま た 、 同 様 に c o n c u r r e n t s i t u a t i o n を 含 む 場 合 に は 、 そ れ ぞ れ 7 9 . 3 %、7 2 . 3 %、6 5 . 7 %と な っ た 。 さ ら に 、a c t i v i t y 認 識 率 は 、i n t e r l e a v e d s i t u a t i o n、c o n c u r r e n t s i t u a t i o n を 含 む さ ま ざ ま な デ ー タ に 対 し 、 平 均 で そ れ ぞ れ 7 4 . 3 %、6 1 . 7 %、5 2 . 3 %を 示 し た 。 後 者 で は 、R F I D ウ ェ ア ラ ブ ル セ ン サ （We l c a t 社 製 W I T- 1 5 0） を も と に 申 請 者 が 開 発 し た 動 作 観 測 シ ス テ ム を 用 い 、メ ン テ ナ ン ス マ ニ ュ ア ル に 記 載 さ れ て い る 1 3 種 類 の a c t i v i t y を 対 象 に 実 験 が 行 わ れ 、a c t i v i t y の 認 識 率 は そ れ ぞ れ 9 0 . 0 %、8 7 . 7 %、8 2 . 2 %で あ っ た 。 な お 、 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 、 実 験 を 通 し て 変 量 の 数 は 4～8 で あ る 。 以 上 の よ う に 、 提 案 手 法 は a c t i v i t y の 発 見 お よ び 認 識 に 関 し て 、 と く に i n t e r l e a v e d

s i t u a t i o n へ の 対 処 を 目 指 し た D V S M と そ の 点 に お い て 同 等 以 上 の 性 能 を 示 し 、

c o n c u r r e n t s i t u a t i o n に お い て は よ り 明 ら か な 優 位 性 を も っ て お り 、 有 用 性 が 理 解 で き る 。

第 4章「F a c i a l E x p r e s s i o n R e c o g n i t i o n b y D i s c o v e r i n g A s s o c i a t i o n b e t w e e n I m a g e F e a t u r e s a n d L o c a l F a c i a l F e a t u r e s」 で は 、 人 が 情 動 認 識 を 行 う 際 に 、 顔 の 6 つ の 領 域 が 重 要 な 役 割 を 果 た す と い う 認 知 心 理 学 の 知 見 を も と に 、 特 徴 点 で は な く 領 域 に 基 づ く 手 法 を 提 案 し て い る 。 工 学 的 に は 、 点 よ り も 大 域 的 な 特 徴 量 に 着 目 す る た め に 、 照 明 条 件 等 に 対 し 頑 健 な 手 法 と な る こ と が 期 待 さ れ る 。東 西 南 北 に 値 を も つ L B P（L o c a l B i n a r y P a t t e r n）を 各 領 域 に 適 用 し 、L B P の も つ( 0 0 0 0 )2～( 1111 )2 の 値 ご と に そ れ ぞ れ 該 当 す る 画 素 数 を 求 め 、そ れ を 領 域 の 特 徴 量 と す る 。 処 理 対 象 は 動 画 像 で あ る の で 、 フ レ ー ム の 進 行 と と も に 変 化 す る 1 6 種 類 の 時 系 列 デ ー タ を 得 る こ と に な る が 、入 力 動 画 像 と あ ら か じ め 用 意 し た 基 本 6 情 動 の モ デ ル と を 上 記 の よ う に 求 め た 時 系 列 デ ー タ ど う し に よ り 比 較 し て 、 も っ と も 類 似 性 の 高 い も の を 認 識 結 果 と す る 。 類 似 性 の 尺 度 は 、

L e v e n s h t e i n 距 離 を 応 用 す る こ と に よ り 定 め て い る 。 提 案 手 法 に お け る 基 本 的

な ア イ デ ア は 以 上 の 通 り で あ る が 、 論 文 中 に は 、 顔 の 全 体 領 域 を 擬 似 3 次 元 モ デ ル に よ り 6 つ の 認 知 領 域 へ 分 割 す る 手 法 の 提 案 も 述 べ ら れ て お り 、 新 規 性 は 高 い 。 さ ら に 、 提 案 手 法 は E x t e n d e d C o h n - K a n a d e D a t a s e t に 適 用 さ れ 、 そ の 有 用 性 も 示 さ れ て い る 。 そ こ で は 、 照 明 条 件 を 変 え た 基 本 6 情 動 を 含 む 3 0 0 の 動 画 像 が 選 ば れ て お り 、 平 均 で 9 1 . 7 %の 認 識 率 が 得 ら れ て い る 。 こ れ は 、 従 来 法 と し て 代 表 的 な 、L B P と S u p p o r t Ve c t o r M a c h i n e と を 組 み 合 わ せ た 手 法 、 隠 れ マ ル コ フ モ デ ル を 用 い た 手 法 、 マ ル チ ス ト リ ー ム 隠 れ マ ル コ フ モ デ ル と f a c i a l a n i m a t i o n p a r a m e t e r s と を 組 み 合 わ せ た 手 法 が 、そ れ ぞ れ 8 1 . 8 %、8 4 . 8 %、

8 4 . 8 %を 示 し た の に 比 べ 良 好 な 結 果 で あ る 。

第 5 章 「I n t e l l i g e n t I n f o r m a t i o n C o l l e c t i o n t h r o u g h S u b s p a c e C l u s t e r i n g

A p p r o a c h」 で は 、 人 を 支 援 す る イ ン タ ー ネ ッ ト サ イ ト に 似 せ た 悪 意 の あ る サ イ

ト （ 以 下 で は フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト と い う ） を 検 知 し 、 安 全 の 面 か ら 人 を 支 援 す

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る 手 法 に つ い て 、 部 分 空 間 ク ラ ス タ リ ン グ を 利 用 す る 手 法 を 提 案 し て い る 。 最 近 の フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト へ の 誘 導 は 、人 に サ イ ト 名 や I P ア ド レ ス を 入 力 さ せ る こ と で は な く 、 リ ン ク を ク リ ッ ク さ せ る こ と に よ り 行 わ れ る こ と が 多 い 。 こ の よ う な 場 合 、 誘 導 へ の 対 処 法 は 、 フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト を 登 録 す る ブ ラ ッ ク リ ス ト 方 式 が 有 効 で あ る が 、 そ の 効 果 は 登 録 の 精 度 に 依 存 す る 。 本 論 文 で は 、 こ の 精 度 を 上 げ る た め に 、 正 規 サ イ ト と そ の フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト 、 似 て い る が フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト で は な い も の を 例 と し て 与 え る こ と に よ り 、 フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト の 分 布 を 検 知 す る 手 法 に つ い て 述 べ て い る 。 そ こ で の 第 一 の 特 徴 は 、 サ イ ト 間 の 類 似 度 を 測 る た め に 、We b ペ ー ジ を 画 像 と み た と き の 画 像 類 似 度 と テ キ ス ト 類 似 度 の 双 方 を 考 え 、 類 似 度 が あ る 値 を 越 え た と き に フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト で あ る と す る た め の 閾 値 を 求 め る 手 法 を 導 い て い る 点 で あ る 。 こ れ は N a ï v e

B a y e s 法 に お け る 事 後 確 率 最 大 化 に よ り 実 現 さ れ る が 、 こ れ に よ り 同 時 に 誤 判

断 率 が 最 小 と な る 数 学 的 な 証 明 が 根 拠 と な っ て い る 。 第 二 の 特 徴 は 、 イ ン タ ー ネ ッ ト か ら ラ ン ダ ム に 選 ば れ た n 個 の サ イ ト に よ っ て 構 成 さ れ る n 次 元 空 間 内 に 、 上 記 の 類 似 度 を 用 い て さ ま ざ ま な サ イ ト を プ ロ ッ ト し 、 部 分 空 間 ク ラ ス タ リ ン グ を 行 う こ と に よ り 、 複 数 の フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト 群 を 一 挙 に 発 見 す る 手 法 を 提 案 し て い る 点 で あ る 。 提 案 手 法 は 、 A n t i - P h i s h i n g Wo r k i n g G r o u p

D a t a b a s e 中 の 5 0 0 0 サ イ ト （ フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト 7 5 0、 似 て い る が フ ィ ッ シ ン

グ サ イ ト で は な い も の 4 2 5 0） の デ ー タ を 用 い て 検 証 さ れ 、9 8 . 5 %の 正 解 率 を 得 て い る 。 ま た 、 ク ラ ス タ リ ン グ に つ い て は 、2 0 サ イ ト か ら 構 成 さ れ る （n = 2 0） 空 間 内 で 、 正 規 サ イ ト 8 つ の フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト 、 似 て い る が フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト で な い も の 計 1 0 0 サ イ ト を プ ロ ッ ト し た 。提 案 手 法 に よ り 11 サ イ ト は ど の ク ラ ス タ に も 含 ま れ な か っ た が 、 こ れ ら は フ ィ ッ シ ン グ サ イ ト で な い も の ば か り で あ り 、 ま た 8 つ の ク ラ ス タ は 正 し く 発 見 さ れ た 。 こ の よ う に 、 本 章 の 内 容 は 信 頼 で き る 情 報 源 へ の ア ク セ ス に 関 し て 、 今 後 の 有 望 な 方 針 を 示 し て い る 。

第 6 章 「C o n c l u s i o n a n d F u t u r e Wo r k s」 は 、 本 研 究 で 得 ら れ た 成 果 と 課 題 の 総 括 で あ る 。

本 論 文 で 扱 わ れ て い る 行 動 パ タ ー ン の 発 見 お よ び 認 識 、 情 動 認 識 、 安 全 な 情 報 源 の 確 保 は 、 人 を 中 心 と す る 情 報 通 信 技 術 の 応 用 を 考 え る 上 で 重 要 で あ り 、 高 齢 化 社 会 に 必 要 な 高 齢 者 の 見 守 り 、 十 分 な 情 報 リ テ ラ シ を も た な い 人 々 の サ ポ ー ト や 脅 威 か ら の 防 護 等 に も つ な が る 。 本 論 文 は 、 こ れ ら に 対 す る 有 効 な 手 法 を 提 案 し て お り 、 今 後 の ヒ ュ ー マ ン セ ン ト リ ッ ク 技 術 の 発 展 に 寄 与 す る と こ ろ 大 で あ る の で 、 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 論 文 と し て 価 値 あ る も の と 認 め る 。

2 0 1 4 年 8 月 2 日

主 査 早 稲 田 大 学 教 授 工 学 博 士 （ 早 稲 田 大 学 ） 吉 江 修 早 稲 田 大 学 教 授 博 士 （ 工 学 ） （ 早 稲 田 大 学 ） 藤 村 茂 早 稲 田 大 学 教 授 博 士 （ 情 報 工 学 ） （ 九 州 工 業 大 学 ） 古 月 敬 之