マ ダイ稚魚選 別 システムの研究
3︑4盛和
正
下月
宮秋
︑︑
均樹
直
田口保久谷
︑︑ 洋朗
友敏
規須
吉那
要 旨
高 級 魚 に お い て、 外 観 形 状 は そ の値 打 ち を大 き く決 め る要 素 とな る。 そ の 為 、 種 苗 生 産 にお い て は最 終 の選 別 工 程 で変 形 魚 を取 り除 い て い る。 選 別作 業 は 、数 年 の 経験 の あ る熟 練 作 業 者 に よ って 実 施 され て い る が、 個 人 間 の能 力 の違 い に よ る選 別 品 質 の バ ラ ツ キ 、 熟 練 作 業者 の 高 齢 化 ・若 年 層 の 地 方 か らの 流 出 に よ る後 継 者 不 足 な どが課 題 とな っ て い る。 そ の た め 、人 の 熟 練 度 に 依 存 しな い 安 定 した 選 別 品 質 を 供 給 で き る 自動 化 手 段 が 求 め られ て い る。 本 研 究 で はマ ダ イ 稚 魚 選 別 の 自動 化 を 目標 に 、 画 像 処 理 シ ス テ ム を 試 作 し、 シ ル エ ッ ト画 像 に よ る選 別 実 験 と稚 魚 の 吻 部 ね じれ 計 測 の 為 の 予 備 実 験 を 実 施 した 。 そ の 結 果 、 熟 練 作 業 者 の正 常 魚 判 定 に 対 して 、 機 械 選 別 の 正 常 魚 判 定 は約90%、 熟 練 作 業 者 の 変 形 魚 判 定 に対 して、
変 形 魚 判 定 は 約50〜80%と な っ た。 ま た 、 吻 部 ね じれ の 計 測 結 果 は 、 正 常 魚 と変 形 魚 の 両 方 に 対 して、
実 測 値 と計 測 値 とのRMS誤 差 が5.0度 以 内 で あ り、約10度 以 上 の 吻部 ね じれ の検 出 が可 能 で あ る事 が わ か っ た。
キ ー ワ ー ド:マ ダ イ 、 選 別 作 業 、 自 動 化 、 形 状 認 識 、ActiveAppearanceModels
1.緒 論
高 級 魚 に お い て、 外 観 形 状 は そ の値 打 ち を大 き く決 め る要 素 とな る。 そ の 為 、 種 苗 生 産 にお い て は、 最 終 の選 別 工 程 で変 形 魚 を取 り除 い て い る。選 別 作業 は 、 数 年 の 経験 の あ る熟 練 作 業 者 に よ り実 施 され て い る が、 個 人 間 の能 力 の違 い に よ る選 別 品 質 の バ ラ ツ キ 、 熟 練 作 業者 の 高 齢 化 ・若 年 層 の 地 方 か らの 流 出 に よ る後 継 者 不 足 な ど課 題 が 多 い。 そ こで 、人 の熟 練 度 に 依存 しな い 安 定 した 選 別 品 質 を 供 給 で き る 自動 化 手 段 が 必 要 とな っ て い る。 先 行 研 究 も ほ とん どな く、 我 々 は約4年 前 か ら画 像 処 理 シ ステ ムの 試 作 機 を 製 作(2)し 、 「マ ダイ 稚 魚 選 別 シ ス テ ム の 自動 化 研 究 」 を 始 め た 。
1.1選 別 作 業 の 現 状
図1に 本 学 水 産 養 殖 種 苗 セ ン タ ー 白 浜 事 業 場 の 選 別 施 設 の 概 観 図 を 示 す 。 生 簑(FishPreserve)か ら 稚 魚 が 移 送 ポ ン プ(TransferPump)で 汲 み 上 げ ら れ 移 送 パ イ プ(TransferPipe)を 通 し て 作 業 場
(Workspace)の 振 分 機(Distributer)に 運 ば れ る 。 稚 魚 振 分 機 で は 選 別 用 の コ ン ベ ア ラ イ ン(Sorting ConveyerLine)に 稚 魚 が 振 り分 け られ る 。 選 別 コ ン ベ ア ラ イ ン で は 、 熟 練 作 業 者 に よ り稚 魚 の 外 観 形 状 に
よ る 良 否 選 別 を 実 施 し、 変 形 魚 は 取 り除 か れ 、 正 常 魚 の み 水 槽(Tank)に 収 納 さ れ た 後 、 出 荷 さ れ る 。 変 形 魚 の 中 で も 図2(a)〜(j)に 示 す よ う な 、 短 躯(ShortenedBody1)、 頭 部 陥 没(deformityinhead)、
背 部 陥 没(deformityindorsalpterygiophores)、 腹 部 陥 没(deformityinventralpterygiophores)、 前 弩
原 稿 受 付2014年2月21日
本 研 究 は、 平 成25年 度 科 学 研 究 助 成事 業(基 盤 研 究(C)課 題 番 号25420230)の 助 成 を 受 け た 。 1.近 畿 大 学 大 学 院 生 物 工 学 研 究 科 機 械 制 御 工 学 専 攻 、 〒649‑6493和 歌 山 県 紀 の 川 市 西 三 谷930 2.近 畿 大 学 先 端 技 術 総 合 研 究 所 ロ ボ ッ ト工 学 ・技 術 セ ン タ ー 、 〒642‑0017和 歌 山 県 海 南 市 南 赤 坂14‑1 3.近 畿 大 学 水 産 研 究 所 、 〒649‑2200和 歌 山県 西 牟 婁 郡 白 浜 町1‑5
4.近 畿 大 学 水 産 養 殖 種 苗 セ ン タ ー 、 〒649‑2211和 歌 山 県 西 牟 婁 郡 白浜 町1‑5
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症(Loadis)、 黒 色 等 の著 し く外 観 に異 常 が 見 られ る場合 は判 定 が容 易 で あ るが 、 変 形 の度 合 い が微 小 な個 体 に 対 して は 熟 練 作 業 者 で な け れ ば 見 分 け る 事 は 難 し い 。
Tr皿 日負}rpip已
Wo曲 脚 ε
図1近 畿 大 学 水 産 養 殖 種 苗 セ ン ター
(a》短 躯(ShortenedBody1))
(d)尾 椎 骨 異 常(Cunlature)
(g}背 部 陥 没(deformityindorsai pterygiophores》
(i}吻 部 ね じ れ(Twistofjaw;
呂orH皿 富Co皿},orli皿 ε
〆
1
←T皿 止
1 [}抽trib皿t{}r
白 浜 事 業 場 の 選 別 施 設 の 概 観 図
(b)丸 み(ShortenedBody2)
(e}頭 部 陥 没(Pagheadness)
(c)尾 柄 短 縮(Shortpeduncle》
(h)腹 部 陥 没(deformitVinventral pterVgiophores)
(j》吻 部 不 整 合(Mismathingofjaw)
臨
図2代 表 的 な 変 形 魚 の 例
(f)前 湾 症(Loadis)
1.2変 形 魚 の 種 類
変 形 魚 の 種 類 と し て 短 躯(ShortenedBody1)、 広 義 の 短 躯 で あ る 丸 み(ShortenedBody2)と 同 じ く 尾 柄 短 縮(Shortpeduncle)、 尾 椎 骨 異 常(curvature)、 頭 部 陥 没(deformityinhead)、 前 弩 症(Loadis)、
背 部 陥 没(deformityindorsalpterygiophores)、 腹 部 陥 没(deformityinventralpterygiophores)、 吻 部 ね じ れ(Twistofjaw)、 吻 部 不 整 合(Mismathingofjaw)、 黒 色 等51種 類 も の 変 形 が あ る(1)。 そ の 多 く
が 骨 格 の 異 常 が 原 因 で あ り 、 外 観 の 異 常 と し て 現 れ て い る 。
1.3自 動 化 の た め の課 題
前 節 で述 べ た よ うに、 吻 部 ね じれ(Twistofjaw)以 外 の 変 形 は側 面 の 輪 郭 形 状 の 異 常 と して 現 れ る た め、 側 面 の シ ル エ ッ ト画 像 を 利 用 す れ ば変 形 魚 を 検 出 で き る と考 え られ る。 しか し、 撮 影 時 に は 背 ビ レ、
腹 ビ レ、 轡 ビ レ、 尾 ビ レを輪 郭 と して抽 出 して し まい 、 正 確 な 輪 郭 特 徴 が 得 られ な い ため 、 計 測 前 にそ れ らの影 響 を 除去 す る た め に 、照 明 を 工 夫 す る必 要 が あ る。 即 ち 、計 測 の しや す さ と変 形 の 関 係 を 調 べ て計 測 ポイ ン トを 適 切 に決 め る必 要 が あ る。 吻 部 ね じれ(Twistofjaw)に 対 して は、 側 面 に現 れ な い変 形 の た め、 正 面 顔 の画 像 か ら口周 辺 の輪 郭 を抽 出 す る。 口 は顔 の 輪 郭 形 状 内 にあ るた め 、 シル エ ッ ト画 像 で はな く反 射 画 像 を用 い る が 、 口 は撮 影 中 に も常 に パ クパ ク と動 い て い るた め 、 動 作 途 中の 画 像 で 計 測 しな けれ ば な らず、 口 の輪 郭 が一 定 に定 ま らな い 点 が課 題 とな る。 尾 な どの 骨 が 少 な く、 柔 らか い 部 位 につ い て も 同様 で あ る。 ま た、 工 業 製 品 と違 い 、稚 魚 の選 別 に は 良 否判 定 の た め の 明 確 な 数 値 基 準 が な い 点 も 自動 化 にお け る課 題 とな る 。
最 後 に、 タ ク ト面 の課 題 が あ る。 熟 練 作 業 者 の場 合 は 、 明 らか に 良 品 と思 わ れ る稚 魚 は 選 別 コ ンベ アか らは取 らず 、 変 形 魚 に な る可 能 性 の あ る稚 魚 の み手 に 取 り目視 判 定 を して い る ため 非 常 に高 速 で あ り、 自 動 化 の 際 に は高 タ ク トを 狙 え る画 像 処 理 方 法 が必 要 に な る 。本 研 究 で は、 仮 に 目標 と して5千 匹 を5時 間 で選 別 、 つ ま り一 匹 当 た りの 選 別 時 間 を稚 魚 のハ ン ドリ ン グ時 間2.0秒 も含 め て 目標 を3.6秒 と し、 製 作 した画 像 処 理 シス テ ム の評 価 を行 う。
1.4自 動 化 の 進 め方
これ らの課 題 を一 挙 に解 決 す る の は 困 難 で あ る 。 そ こで 、 本 研 究 で は 画 像 処 理 上 の 課 題 か ら順 次 解 決 す る こ とに し、 比 較 的簡 単 に で き る側 面 の シ ル エ ッ ト画 像 に よ る選 別 実 験 と、 稚 魚 の 正 面 の 反 射 画 像 を 用 い た吻 部 ね じれ 計 測 実験 を実 施 した。
2.実 験 装 置 と 方 法
2.1シ ル エ ッ ト画 像 に よ る 選 別 実 験 (1)実 験 装 置 と 手 順
実 験 装 置 を 図3に 示 す 。 実 験 装 置 は 、 カ メ ラ(キ ー エ ン ス:CV‑035M)、 置 台 、LED照 明(キ ー エ ン ス:
CA‑DSW7)を 収 納 し た 架 台 、 画 像 処 理 装 置(キ ー エ ン ス:XV‑1000)か ら な る 。 実 験 準 備 と し て 、 対 象 魚 を あ ら か じ め 熟 練 作 業 者 に よ り選 別 し 正 常 魚 と 変 形 魚 に 選 別 して お く。 機 械 教 示 時 は 、 熟 練 作 業 者
に よ り選 別 さ れ た 正 常 魚 ・変 形 魚 の 稚 魚 を 甲殻 類 麻 酔 剤(田 村 製 薬:FA100)で 麻 酔 し 、 稚 魚 の 不 活 性 化 を 行 っ た 上 で 、 置 き 台 に 人 で 置 き 、 下 か らLED照 明 を あ て 、 シ ル エ ッ ト画 像 を 上 部 の カ メ ラ に て 撮 像 す る 。
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'
カ メ'ノ
置 音台
画 靡 岨理 蟄 置
図3側 面 計 測 に使 用 す る実 験 装 置
(2)認 識 手 法
認 識 手 法 の フ ロー チ ャー トを 図4に 示 す 。 撮 像 した画 像 を前 処 理 と して二 値 化 を 行 い 、 正 規 化 相 関法 に よ るパ ター ンマ ッチ ング を用 い て各 注 目領域 の探 索 を 行 い、 探 索 した特 徴 点 の位 置 に基 づ き、 特 徴 量 を抽 出 す る。 変 形 の種 類 に対 応 す る計 測位 置 、 特 徴 量 は 、 熟 練 作 業 者 の 良 否 判 定 結 果 との 相 関、 検 出率 か ら図5
(a)〜(h)の 特 徴 量 を 採 用 した 。 良否 判 定 は、 正 常魚 の分 布 よ り各 特 徴 量 の 上 下 限 閾値(μ+3σ 、 μ一3σ) を1組 決 め て お き、1つ で も特 徴 量 が 閾値 外 に 出 た 時、 変 形 魚 と見 なす3σ 法 と、 正 常 魚 、 変 形 魚 の両 方 の分 布 に着 目 し、 両 分 布 を正 規 分 布 と見 な した 時 の 正 常 魚 、 変 形魚 の 対 数 尤 度 差 か ら判 定 す るベ イ ズ統 計 を用 い る。 対 数 尤 度 を 定義 す る式 を以 下 に示 す 。
塩1茜 σ)一 一(η2)bg(2π ・2)一(去)ΣL(竺i手)2 (1)
こ こ で 、x,を 測 定 値 、 μ を デ ー タ 分 布 の 平 均 値 、 σ を デ ー タ の 標 準 偏 差 値 、nは デ ー タ 個 数 とす る 。 今 回 の 実 験 で は 、変 形 魚 と正 常 魚 の そ れ ぞ れ の 対 数 尤 度 を 求 め 、 そ の 差 が2.303を 超 え る と 変 形 魚 と見 な す 。
聞 値 判 定 項 目 圭OK
図4シ ル エ ッ ト画 像 に よ る 選 別 実 験 の フ ロ ー チ ャ ー ト
∬
岬︑
① ②
∂
サ ﹁電 ③④ヨ自 中邑 臨円
(a)体 高 (b)パ グヘ ッ ドネ ス(直 線 ① と② の 角 度) (c)背 部 曲 率
㌔Ir・
(d)腹 部 曲 率 (e)背 部 窪 み
r2
(・26Ll〕 〔[0
(f)腹 部 窪 み
11
あ の
(g)尾 上 り角 度(直 線① と② の角 度) (h)尾 部 短 縮(直 線 ① と② の 角 度) 図5特 徴 量 の定 義
2.2吻 部 ね じ れ の 計 測 実 験 (1)実 験 装 置 と 手 順
図6に 撮 像 装 置 を 示 す 。 実 験 装 置 は 、 カ メ ラ((株)ア ル ゴ:TXG12)、 カ メ ラ ス タ ン ド((株)エ ス ・ エ フ ・シ ー:特 殊 品)、2つ の 照 明 装 置(日 進 電 子 工 業(株):WDR‑90、WFR‑250)、 パ ソ コ ン か ら な る 。 パ ソ コ ン は 、OS:MicroSoftWindows7、 メ モ リ:4.00GB、CPU:IntelCorei5‑2430M(2.4GHz)、 使 用 言 語:MicrosoftVisualStudio2010C++の 環 境 で 開 発 し た 。 実 験 は 、 図7に 示 す よ うな 、 開 口 の 大 き さ や 向 き が 異 な る 正 常 魚5枚 と、 口 に 作 為 的 に ね じ れ を 発 生 さ せ た 変 形 魚5枚 に 対 し て 行 い 、 吻 部 ね じれ 特 徴 量 の 計 測 を し、 実 測 値 と 計 測 値 のRMS誤 差 か ら 、 提 案 手 法 の 精 度 評 価 を 行 う 。 人 手 で 実 験 装 置 に 稚 魚 を セ ッ テ ィ ン グ す る 為 、 カ メ ラ に 対 す る 稚 魚 の 位 置 、 傾 き 、 奥 行 き が ば ら つ く。 そ れ ら の バ ラ ツ キ に 対 す る 計 測 実 験 を 実 施 し 、 認 識 性 能 を 評 価 す る 。
畳r』
図6正 面 顔 計 測 に使 用 す る実験 装 置
̀ 確 の 塗 謙
図75枚 の サ ンプル 画 像
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(2)認 識 手 法
吻 部 ね じれ の 検 出 に は 、顔 検 出 に広 く用 い られ て い るActiveAppearanceModel(3)(4)(5)(6)(以 下AAM) を用 い た。AAMと は、 口の動 き や顔 の 向 き(特 徴 点 座 標 の座 標 値)が 変 化 した時 の 見 え方 の変 化(注 目領 域 内の 輝 度 値)の 相 関 を ア フ ィ ン変 換 に よ って 統計 的 に モ デル 化 した もの で あ る。AAMの 構築 に は 、全 て の学 習 画 像 に 対 して 図8の よ うに 口 の輪 郭 に沿 って12点 の 特 徴 点 を与 え た画 像 を 用 い た 。 学 習 画 像 か ら 得 た 口領 域 内 の平 均 画 像 を変 形 さ せ る事 で 、計 測対 象 の 画 像 との 残 差 が 最 小 とな る位 置 を 探 索 す る。 具 体
的 に は、 最 急 降 下 法 を 用 い て以 下 の式 の 収 束 値 ρを計 算 す る。
Σ κ【T(協1(κ;∠P))‑1(w(κlP))12 (2)
7を 学 習 画 像 の 平 均 画像 、1を 入 力 画 像 、 π を ア フ ィ ン変 換 を 実 行 す る関数 、pを ア フ ィ ンパ ラ メー タ と す る。AAMの 探 索 の 経 過 を 図9に 示 す 。 上 式 が 収 束 した時 の特 徴 点 群 の 座 標 値 か ら、 吻 部 ね じれ の 特 徴 量 を抽 出す る。 吻部 ね じれ 特 徴 量 の定 義 は、 図10に 示 す よ うな、 検 出 した特 徴 点 群 のy座 標 頂点(点a)
と底 点(点b)を 結 ぶ 直 線 と、x座 標 左 端(点c)、 右 端(点d)を 結 ぶ 直 線 の な す 角 ∠aodを 吻 部 ね じれ の特 徴 量 と して 定 義 す る。 ま た、 図11に 示 す よ うに 、 計 測 した 吻 部 ね じれ 角 度 の 誤 差 と して 、計 測 値
∠aodと 実 際 の角 度 ∠AODと の 差 ∠aod‑∠AODを 計 測 誤 差 と して定 義 す る。
図8AAMの 構築 に用 い る12点 の特 徴 点 を 与 えた 画 像
' ' ' '
(a)初 期 探 索 位 置(b)計 算 回 数=10(c)計 算 回 数=20(d)計 算 回 数=30
図9AAMの 探 索 の経 過
C
Landmark
∠aod
図10吻 部 ね じれ特 徴 量 の 定 義(∠aod)
Measurementangle
∠aod
Bb
Realangle ぎAOD
図11実 測 値 と の 計 測 誤 差 の 定 義(∠aod‑∠AOD)
3.結 果
3.1シ ル エ ッ ト画 像 に よ る 選 別 実 験 結 果
実 験 は 冬1回(2012年2月24日)、 春2回(2012年4月12日 、2012年5月28日)の 計3回 実
施 し た 。 冬 の 実 験 で は 判 定 法 式 に3σ 法 、 春 の 試 験 で は3σ 法 、 ベ イ ズ 統 計 を 用 い た 。 結 果 を 表1〜3に 示 す 。
表12012年2月24日 の 実 験 結 果 表
作業者選別
判定 3σ 法
判定 対象画像 判定数 割 合(%)
正常魚 50 正常魚 47 94
変形魚 3 6
変形魚 160 正常魚 80 50
変形魚 80 50
合計 210
表22012年4月12日 の 実 験 結 果
作業者選別 判定方 式
判定 3σ 法 ベイズ統 計
判 定 対象画像 判定数 割 合(%) 判定 数 割合(%)
正常魚 122 正常魚
変形魚
11998 32
11090 1210
変形魚 92 正常魚
変形魚
2830 6470
1718 7582
合計 214
表32012年5月28日 の 実 験 結 果 表
作 業者 選別 判定 方式
判定 3σ 法 ベイズ統 計
判 定 対 象画像 判 定 数 割 合(%) 判 定 数 割 合(%)
正 常魚 96 正 常魚
変 形魚
8993 77
9296 44
変 形魚 121 正 常魚 変 形魚
6352 5848
5545 6655
合計 217
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これ らの 結 果 を 以下 に ま とめ る。
・ 正 常 魚 に対 す る選 別 精 度 は約90%強 、 変 形 魚 に対 す る選 別 率 は 約50〜80%と な っ た。 誤 判 定 を し た変 形 魚 の 内 、約20%が 吻部 ね じれ 、 体 色 異 常 な どの側 面 の シル エ ッ ト画 像 か らは得 られ な い不 具 合 で あ った 。
・ 体 長 、体高、縦横比、背 曲率、腹 曲率、パ グヘ ッ ドネスな ど、骨 が多 く動 きが小 さい部位の特徴量の 検 出 は安 定 して い る。 一 方 、 図12に 示 す尾 部 の 様 な 、 柔 らか く動 き が 大 きい 部 位 は探 索領 域 の 誤 検
出 は多 い 。 動 作 に よ っ て輪 郭 形 状 が 変 化 し、正 確 な位 置 を探 索 で きな い 事 が原 因 だ と考 え られ る。
背 ビ レ ・尾 ビ レ ・腹 ビ レが誤 検 出の 原 因 に な る事 が あ り、 誤 計 測 率 は 約1%と な っ た。(7) 判 定 方 式 は 、 ベ イ ズ統 計 の方 が 若 干 良 い 結 果 とな っ た。
一 回の 計 測 時 間 は 約0 .74secと な った。(7)
朝1・1.
ト ー
,1」 。
押
図12同 一 個 体 に 対 す る 尾 上 り角 度 の 計 測 値 の バ ラ つ き(左4.1度 、 右1.7度)
3.2吻 部 ね じ れ の 計 測 実 験 結 果 (1)正 常 魚 の 実 験 結 果
サ ン プ ル 画 像 の 角 度 計 測 結 果 を 図13、 表5、 表6に 示 す 。 結 果 か ら、 本 手 法 の 計 測 誤 差 のRMSは 、 約 5.0度 発 生 す る 事 が わ か っ た 。 収 束 時 間 は 平 均1.84secで 、 側 面 計 測 の 時 間0.74secと 合 わ せ る と 、 計 測 時 間 は2.58secと な り 、 目標 よ り約1.Osec遅 い 。
図13正 常 魚 の 吻部 領 域 の検 出結 果
表5正 常 魚 の吻 部 ね じれ 角 度 の 計測 結 果
サンプル 号 1 2 3
角 度(。)
実測値 計測結果 誤差
87,617 84,806
‑2,811
85,346 79,076
‑6.27
88,967 82,315
‑6,652
サンプル 番 号 4 5
角 度(。)
実測値 計測結果 誤差
82,758 78,682
‑4 ,076
89,288 85,201
‑4 ,087
RMSerror 4.99
表6正 常魚に対する吻部領域検出の収束時間
サンプル番号 1 2 3 4 5 平均
収 束 時 間(s) 1.9 2.8 1.2 0.9 2.4 1.84
計算数
29 43 17 15 29 26.61回 の 繰 り返 しに か か る計 算 時 間(s) 0,066 0,065 0,071 0,060 0,083 0,069
(2)吻 部 ね じれ を 表 現 し た 画 像 で の 実 験
作 為 的 に 学 習 画 像 の 口 周 辺 を 歪 め 、 吻 部 ね じ れ を 表 現 し た 画 像 群 に 同 様 の 実 験 を 実 施 し た 。 結 果 を 口 領 域 検 出 結 果 の 画 像 を 図14、 計 測 結 果 を 表7、 表8に 示 す 。 吻 部 ね じ れ 角 度 計 測 誤 差 のRMSは 、 約4.2度
と な っ た 。 収 束 時 間 は 平 均 で 約3.06secで 、 側 面 計 測 の 時 間0.74secと 合 わ せ る と、 計 測 時 間 は3.80sec と な り、 目 標 よ り2.2sec遅 くな っ た 。
欝屡
、図14吻 部 ね じれ を模 した画 像 の吻 部 領 域 の 検 出結 果
表7吻 部 歪 み画 像 の 吻 部 ね じれ 角 度 の計 測 結 果
サ ンプル番号 1 2 3
角 度(。)
実測 値 計測 結 果 誤差
99,326 102,051 2,725
99.66 104.89
5.23
97,537 93,348
‑4 ,189
サ ンプル番号 4 5
角 度(。)
実測 値 計測 結 果 誤差
62,604 56,883
‑5 ,721
65.08 66,121
1,041
RMSerror 4,151
表8吻 部 ね じれ を 模 した 画 像 の 吻部 領 域 検 出の 収 束 時 間
サンプル番号 1 2 3 4 5 平均
収 束 時 間(s) 3.9 3.5 1.3 1.9 4.7 3.06
計算数
60 53 19 29 71 46.41回 の 繰 り返 しに か か る計 算 時 間(s) 0,065 0,066 0,068 0,066 0,066 0,066
(3)傾 き画 像 で の 実 験
サ ン プ ル 画 像1に 対 し ±10度 ず つ 画 像 を傾 け 、 ね じれ 角 度 を 計 測 した。 角 度 の 計 測 範 囲 は ±30度 と した。 口領 域 検 出 結 果 の 画 像 を 図15、 計 測 結 果 を 表9に 示 す 。 発 生 した 計 測 誤 差 のRMSは 約0.86度 と な っ た。
隆
表9傾 き 画像 の 吻部 ね じれ 角 度 の 計 測結 果 傾きなしねじれ角度 84,806
傾き角度 一30 一20 一10 10 20 30
計測値 85,398 84,743 85,175 84,344 84,608 86,915
誤差 0,592 一〇.063 0,369 一〇.462 一〇.198 2,109
RMSerror 0.86
図15傾 き 画像 の 吻部 領 域 の 検 出結 果
(4)奥 行 き 画 像 で の 実 験
サ ン プ ル 画 像 に 対 し 、 ガ ウ シ ア ン フ ィ ル タ を 用 い て 画 像 の 平 滑 化 を 行 い 、 被 写 界 深 度 か ら 外 れ た 場 合 の 画 像 を 再 現 し た 。 フ ィ ル タ サ イ ズ は 、35×35、71×71の 二 通 り を 用 い た 。 検 出 結 果 の 画 像 を 図17に 示 す 。 フ ィ ル タ サ イ ズ35×35を 用 い た 画 像 な ら、 発 生 し た 計 測 誤 差 のRMSは 約1.4度 と な っ た 。 そ れ に 対 し、 図16(右)の フ ィ ル タ サ イ ズ71×71の 画 像 で は 、 多 数 の サ ン プ ル が 口 領 域 の 誤 検 出 を 発 生 す る 結 果 と な っ た 。
52 MemoirsofInstituteofAdvancedTechnolog酔KinkiUniversityNo.19(2014)
図16ガ ウ シ ア ン フ ィ ル タ に よ る 平 滑 化 を 行 っ た 画 像 の 吻 部 領 域 の 検 出 結 果 (左:平 滑 化 な し,中 央:フ ィ ル タ サ イ ズ35×35,右:フ ィ ル タ サ イ ズ71×71)
(5)ま と め
・ サ ン プ ル 画 像 に 対 す る 計 測 誤 差 のRMSは 、 約5.0度(表5)と な っ た 。
・ 唇 を 歪 め た 画 像 の 吻 部 ね じれ の 計 測 誤 差 のRMSは 約4 .2度(表7)と な っ た 。
・ 画 像 の 傾 き が 変 化 し た 時 に 発 生 す る 計 測 誤 差 のRMSは 約0 .86度(表9)と な っ た 。
・ 平 滑 化 を 行 っ た 画 像 の 吻 部 領 域 の 検 出 は,フ ィ ル タ サ イ ズ35×35の 場 合 は 計 測 誤 差 のRMS誤 差 は 約1.4度 と な っ た.71×71の 画 像 で は 、 多 数 の サ ン プ ル が 口 領 域 の 誤 検 出 を 発 生 す る 結 果 と な っ た
4.結 論
本 研 究 で は、 画 像 処 理 シ ス テ ム を試 作 し、 シ ル エ ッ ト画像 に よ る選 別 実験 と稚 魚 の 吻 部 ね じれ 計 測 の 為 の予 備 実 験 を 実 施 した 。
シル エ ッ ト画 像 に よ る選 別 実 験 は正 常 魚 に対 して の選 別 能 力 は90%、 変形 魚 に対 して は50%〜80%程 度 とな り、 特 徴 量 と して 骨 の 多 く、 動 き に くい 部 位 に 関 わ る特 徴 量 で の 検 出(縦 横 比 、 背 曲 率 、 腹 曲率 、 傷 を特 徴 量)は 有 効 で あ る事 が わ か った 。 一・方 、尾 の様 な 柔 らか く、 動 きが 多 い 部 位 に対 して は誤 検 出を
多 く発 生 さ せ る結 果 とな っ た。 図12の 様 に、 動 作 に よ っ て輪 郭形 状 が 変 化 し、 正 確 な位 置 を 探 索 で きな い事 が原 因 だ と考 え られ る。 そ の た め 、 吻部 の 計 測 と同 様 に 、 動 作 に よ る形 状 の 変 化 を 推 定 し、 部 位 の 正 確 な位 置 を検 出 す る手 法 を適 用 す る 必 要 が あ る と考 え られ る。 また 、 ヒ レの 映 り方 に よ る輪 郭 形 状 の 変 動 も誤 検 出 の原 因 とな り、前 処 理 に よ って ヒ レの 影 響 を 除 去 す る必 要 が あ る事 が わ か っ た。 ま た、 計 測 時 間 は約0.74secと な っ た。
吻 部 ね じれ 検 出実 験 で は、 実 測 値 と計 測 値 とのRMS誤 差 が5.0度 以 内 で あ り、 約10度 以 上 の吻 部 ね じ れ の検 出が 可 能 で あ る事 が わ か っ た。 収 束 時 間 は 、正 常 魚 に 対 して は 、側 面 の計 測 時 間 と合 わ せ て2.58sec
とな り、 目標 よ り約1.Osec遅 い 。 一 方 、 吻 部 ね じれ を表 現 した画 像 に対 して は 、 側 面 の計 測 時 間 と合 わ せ て3.80secと な り、 目標 よ り2.2sec遅 くな った 。 ま た、 ±30度 以 内の 傾 き な ら約0.8度 程 度 の 誤 差 に止 ま り、 提 案 手 法 が傾 き に対 して対 応 可能 で あ る事 が わ か った 。 奥 行 き の 変 動 を ガ ウシ ア ン フ ィル タ に よ っ て再 現 した平 滑 化 画 像 に対 して は 、 フ ィル タ サ イ ズ35×35を 用 い た画 像 な ら、発 生 した計 測 誤 差 のRMS は約1.4度 とな り、 フ ィル タサ イ ズ71×71の 画 像 で は 、 多 数 の サ ン プル が 口領 域 の誤 検 出 を 発 生 す る結 果 とな った 。
今 後 の 取 り組 み と して は、尾 部 付近 の計 測 、吻 部 不 整合 へ の取 り組 み 、お よ び、計 測 時 間 の ス ピー ドア ッ プ、 そ れ ら も含 め た実 証 実 験 を実 施 し、 デ ー タの蓄 積 、実 験 装 置 の操 作 性 の 向 上 に努 め る所 存 であ る。
5.謝 辞
本 研 究 は 、 平 成25年 度 科 学研 究 助 成 事 業(基 盤 研 究(C)課 題 番 号25420230)の 助 成 を 得 て な さ れ た。
6.参 考 文 献
1.服 部 学(2004)養 殖 マ ダ イ の 脊 椎 骨 異 常 に 関 す る 研 究,Bull.Fish.Lab.KinkiUniv.No.9,1‑66
2.久 保 田 均 、 吉 規 友 洋 、 栗 山 敏 秀 、 渡 辺 俊 明 、 宮 下 盛 、 那 須 敏 朗 、 谷 口 直 樹(2012)マ ダ イ 稚 魚 選 別 シ ス テ ム の 研 究,第30回 日 本 ロ ボ ッ ト 学 会 講 演 会 予 稿 集RSJ2012AC4G3‑2
3.SimonBaker,IainMatthews.(2004)Lucas‑Kanade20YearsOn:AUnifyingFramework, InternationalJournalofComputerVision56(3),221‑255.
4.ImageAlignmentAlgorithms‑CodePr(オect,
http://www.codepr(ject.com/Articles/24809/Image‑Alignment‑Algorithms
5.IainMatthews,SimonBaker.(2004)ActiveAppearanceModelsRevisited,InternationalJournalof ComputerVision,Vol.60,No.2,pp135‑164
6.T.F.Cootes,GVWheeler,KNWalker,CJTaylor.(2002)View‑basedactiveappearancemodels, ImageandVisionComputing,20(9‑10):657‑664
7.吉 田 拓(2011)鯛 稚 魚 の 画 像 処 理 に よ る 選 別 の 研 究 、 平 成22年 度 卒 業 研 究
54 MemoirsofInstituteofAdvancedTechnology,KinkiUniversityNo.19(2014)
英 文 抄 録
AutomationResearchoftheRedseabreamfryAppearance‑Formsortingsystem
TomohiroYoshikil,HitoshiKubota2,ShigeruMiyashita3, ToshiroNasu4,NaokiTaniguchi4,MasakazuAkizuki4
Inahigh‑classfish,appearanceformisanelementwhichdeterminesthevaluegreatly.Forthereason, inseeds‑and‑saplingsproduction,themodificationfishisgotridofatthelastsortingprocess.Sorting processiscarriedoutbytheskillfulworkerwhohasseveralyearsofexperience,althoughinaquaculture industry,lackofsuccessorisseriousproblembecauseofpopulationagingoftheskillfulworkerandflow oftheyoungfromtheprovinces.Forsolveaproblem,weproduceimageprocessingsystemforsorting redseabreamflyexperimentally,andputinsortingtestwithuseofsilhouetteimageandpreliminary experimentformeasurementtestoftwistofjaw.Asaresult,sortingaccuracyfornormalfishisabout 90%,fordeformedfishisabout50〜80%.Besides,theresultofmeasurementoftwistofjawisthatRMS errorffomactualmeasuredvalueisabout5.Odegreefornormalfishandabout4.2degreefordeformed fish.
KeyWords:redseabream,sorting,automation,shapeidentification,ActiveAppearanceModels
1.GraduateSchoolofBiologyO血entedScienceImdTec㎞ology,KinkiUniversity,Kinokawa,Wakayama649‑6493,Japan 2.InsUtuteofAdv{mcedTec㎞ology,KinldUniversi取,Wakayama624‑0017,Japan
3.DepartmentofFisheriesLaboratoW,KinkiUniversi取,Wakayama649‑2200,Japan 4.DepartmentofFishNurseWCenter,KinldUniversiW,Wakayama,649‑2211,Japan
