JAVA言 語 で実 装 化 され た画 像 理 解 シ ス テ ムIUSの 動 作 概 要 と,そ の稼 動 方 法
鈴 木 昇 一 、川 俣 博 司 、大 槻 善 樹
A Specification about an Image-Understanding System IUS Implemented with Program Language JAVA and Its
Operational Method
Shoichi Suzuki, Hiroshi Kawamata, Zenju Otuki
あ ら ま し
画 素 数 だ け の 認 識 シ ス テ ムRECOGNITRON[3],[4]の 個 数 か ら な る 集 合 体 と し て 設 計 さ れ て い る 風 景 画 像 の 理 解 シ ス テ ム(lmageUnderstandingSystem)IUSは,現 在,SYMANTEC社 製 の VisualCafe(Java開 発 環 境)の 下 で 稼 動 して い る.個'々 のRECOGNITRONは 一 枚 の 画 像 内 の 各 々 の 画 素 に 対 応 し て 構 成 さ れ て お り,そ の 対 応 す る 画 素 が 如 何 な る 事 物 を 表 現 す る の に 用 い ら れ て い
る か を 決 定 す の に 使 わ れ て い る.
本 論 文 で は,JAVA言 語 で 実 装 済;みのIUSを 稼 動 さ せ る 観 点 か ら,そ の 動 作 仕 様 と 稼 動 方 法 が 簡 単 に 説 明 さ れ て い る.IUSの 起 動 方 法,学 習 機 能 の 説 明,シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 手 順,稼 動 上 の 諸 注 意 が 説 明 さ れ る.IUSを 構 成 す る 各 種 プ ロ グ ラ ム フ ァ イ ル の 役 割 が 明 ら か に さ れ ,シ ミ ュ レ ー シ ョ
ン 結 果 を 解 釈 す る た め に 最 小 限 ,必 要 と さ れ る 設 定 さ れ た 規 則 が 与 え ら れ て い 為.
キ ー ワ ー ド
RECOGNITRONモ デ ル 構 成 作 用 素 類 似 度 関 数 大 分 類 関 数 カ テ ゴ リ 選 択 関 数 フ ァ ジ ィ推 論 ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト グ ラ フ イ ッ ク ・ユ ー ザ ・イ ン タ フ ェ イ ス
Abstract
An image-understanding system IUS which can understand the contents of an image in question is designed to be a set of recognizers called RECOGNITRONs[3],[4] whose number is as many as number of pixels in an image in question. Each RECOGNITRON corresponds to only one pixel , and is applied into recognizing to which category its pixel belongs. IUS is operating properly under Java integrated development environment called VisualCafe produced by SYMANTEC Inc ..
This paper briefly specifies how IUS implemented with JAVA operates:
(I)The operational method of IUS. (2)The learning ability to understand the image. (3)The procedure for its simulation. (4)Matters that demand special attention.
We shall make clear the roles of all the program-files of which IUS is composed and explain rules at least needed to interpret results obtained from the behavior of IUS.
Key words
RECOGNITRON model-construction operator similarity-measure function binary-state function category-selection function fuzzy-inference neural net graphic user interface
1.ま え が き
s.Suzukiに よ っ て 構 築 さ れ た"パ タ ー ン 認 識 の 数 学 的 理 論[1]〜[5]"を 適 用 し,一 枚 の 画 像 に 如 何 な る 事 物 が 存 在 す る か な ど を 見 分 け る 画 像 理 解 シ ス テ ムIUS(Image‑UnderstandingSystem)が 既 にJAVA言 語 で 実 装 さ れ て い る が[6],本 論 文 で は,こ の シ ス テ みIUSを 概 観 し な が ら,IUSを 稼 動 を さ せ る 方 法 が 説 明 さ れ る.現 在,画 素 総 数 だ け の 認 識 シ ス テ ムRECOGNITRON[3],[4]か ら な る 集 合 体 と し て 設 計 さ れ て い るIUSはSYMANTEC社 製 のVisualCafe(Java開 発 環 境)の 下 で 稼 動 し て い る.
本 論 文 で は,JAVA言 語 で 実 装 済 み の 画 像 理 解 シ ス テ ムIUSを 稼 動 さ せ る 観 点 か ら,そ の 設 計 上 の 仕 様 と 動 作 方 法 が 簡 単 に 説 明 さ れ て い る.IUSの 起 動 方 法,学 習 機 能 の 説 明,シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 手 順,稼 動 上 の 諸 注 意 が 説 明 さ れ る.Iusを 構 成 す る 各 種 プ ロ グ ラ ム フ ァ イ ル の 役 割 が 明 ら か に さ れ,シ ミ ュ レ ー シ ョ ン結 果 を 解 釈 す る た め に 最 小 限,必 要 と さ れ る規 則 と が 与 え ら れ る.
将 来,ソ フ ト ウ ェ ア.ロ ボ ッ ト の 眼 と し て 採 用 で き る よ う に,改 良 し て ゆ くつ も り で あ る が, 現 在,Borland社 製Jbuilderで のJava統 合 開 発 環 境(IDE;IntegratedDevelopmentEnvironment)で 稼 動 可 能 な よ う に,IUSを 再 構 築 し て い る 途 中 で あ る.
尚,未 定 義,或 い は 説 明 不 足 の 述 語,用 語,記 号 に つ い て は,4文 献[3]〜[6]に あ る.
2.画 像理 解 シ ス テム の 操作 方 法
本 章 で は,画 像 理 解 シ ス テ ムIUS[6]の 操 作 方 法 が 説 明 さ れ る.IUSはMicrosoftWindows(95,98,ME)
を 搭:載 下 の,Symantec社 のVisualCaf63.0(以 下VCと 略 す ζ と が あ る)が イ ン ス トー ル さ れ た パ ソ 「 コ ン で 稼 動 す る.IUSが 実 装 さ れ て い る パ ソ コ ン は 次 の 表2.1に 掲 げ ら れ て い る.個 々 の パ ソ コ ン に 付 け ら れ て い る 番 号 は1〜6と な っ て い る.
表2.1計 算 機 番 号 と対 応 す る 計 算 機 1:GatewayPe㎡o㎜ance800(Pentium」800MHz)
2:東 芝BREZZAPV1010∫A(Pentium200MHz) 3:akiaTorando8280/128(Pentiam」800MHz)
4:富 士 通FMV‑DESKPEWORmodel936X(Celelon366MHz)
5:SONYVAIOPCG‑C1(MMXPentium266MHz)
6:GatewayGATWAYSELECT(AMDAthlon1.2GHz)
2.11USの 起 動 方 法
IUSに 入 力 で き る 画 像 は 拡 張 子 が[.bmp]のMicrosoft‑Bitmap形 式(以 下BMP形 式 と略 す こ と が あ る)の,無 圧 縮24ビ ッ ト カ ラ ー 画 像 の み で あ る.モ ノ ク ロ 画 像 で あ っ て も,24ビ ッ ト カ ラ ー の 灰 色 画 像 と し て 保 存 し な け れ ば な ら な い.従 っ て,も し,ソ フ ト ウ ェ ア 「PaintShop」 で の 「グ レ イ ス ケ ー ル 」 な ど の 機 能 を 使 っ て モ ノ ク ロ 画 像 に 変 換 し た 場 合,8ビ ッ トに 圧 縮 さ れ てIUSで は 使 用 で き な く な っ て し ま う 故,デ ジ タ ル カ メ ラ 等 で 撮 影 し た 画 像 を コ ン ピ ュ ー タ に 取 り込 み,BMP 形 式 で 保 存 しサ イ ズ 等 の 調 整 を 行 っ た 後,必 ずIUSの 「Edit」 メ ニ ュ ー か ら 「画 像 の モ ノ ク ロ 化 」
を 選 択 し て,モ ノ ク ロ 化 を 行 い,モ ノ ク ロ 画 像 に 変 換 し な け れ ば な ら な い.
IUSの 起 動 方 法 は2通 り あ り,通 常 は 次 の2.1.1の 方 法 が 推 奨 さ れ る.
2.1.1VisualCaf63.0か ら の 起 動
IUSの 構 成 フ ァ イ ル の 入 っ て い る フ ォ ル ダ 「ImageUnderstandingSystemKawamata」(図2.1)を ダ ブ ル ク リ ッ ク し て 開 き,VisualCaf63.OProjectフ ァ イ ル(拡 張 子 が.vep)の 「ImageUnderstanding System.vep」 を ダ ブ ル ク リ ッ ク し てVCを 起 動 す る(図2.2).
図2.11USフ ォ ル ダ の 選 択
図2.21USプ ロ ジ ェ ク トフ ァ イ ル の 選、択
VCが 起 動 し た ら,画 面 上 段 の メ ニ ュ ー バ ー に あ る 「プ ロ ジ ェ ク ト」 を ク リ ッ ク し,「 実 行 」 メ ニ ュ ー を ク リ ッ ク す る(図2 .3).
図2.3VCか らの 実 行
2.1.2直 接 起 動 す る 場 合
IUSの 構 成 フ ァ イ ル の 入 っ て い る フ ォ ル ダ 「lmageUnderstandingSystemKawamata」(図2.1)を ダ ブ ル ク リ ッ ク し て 開 き,図2.4の 如 く,「RUN‑lmageUnderstandingSystembat」 を ダ ブ ル ク リ ッ ク す る.
プ ロ グ ラ ム を 編 集 す る 必 要 が 無 い 場 合 は こ の 方 法 を 使 う と,手 間 が 省 け 短 時 間 で 実 行 で き る.
図2.4直 接 起 動
2.2機 能 の 説 明
IUSを 起 動 す る と,図2.5の よ う な 画 面 が 表 示 さ れ る.
こ こ で,画 面 上 段 の メ ニ ュ ー バ ー に あ る メ ニ ュ ー は 左 か ら 「File」メ ニ ュ ー,「Edit」 メ ニ ュ ー,
「IU」 メ ニ ュ ー,「About」 メ ニ ュ ー,「Exit」 メ ニ ュ ー と な っ て お り,そ の 下 の ツ ー ル バ ー に あ る ボ タ ン は 左 か ら 「Open」 ボ タ ン,「 モ ノ ク ロ 」 ボ タ ン,「About」 ボ タ ン,「Exit」 ボ タ ン,「 一 時 停 止 ・再 開 」 ボ タ ン と な っ て い る.
図2.51US起 動 画 面
2.2.1「Fiie」 メ ニ ュ ー
厂File」 メ ニ ュ ー を ク リ ッ ク す る と,「Open」 と い う メ ニ ュ ー ア イ テ ム が 表 示 さ れ る(図2.6).
こ れ を ク リ ッ ク す る と 画 像 フ ァ イ ル を 選 択 す る 画 面 が 現 れ る の で(図2 .7),BMP形 式 の フ ァ イ ル を 選 択 す る と,そ の 画 像 を 表 示 す る こ と が で き る(図2.8).
図2.6「File」 メ ニ ュ ー
図2.7フ ァ イ ル 選 択
・ 鬘 羅 .邑 ゴ'靂 畧 羣1薑 魯 二華 囗 軽
!季既ndi。聡s袖:梅Lc蓁 。翁幽 西縫d瞬 忌 総61ρ屮,譱
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図2.8画 像 の 表 示 図2.9拡 大 メ ニ ュ ー
画 像 を 表 示 し て い る フ レ ー ム の 「Function」 メ ニ ュ ー を ク リ ッ ク す る と,厂 拡 大 」 メ ニ ュ ー ア イ テ ム が 表 示 さ れ(図2.9),画 像 を 拡 大 す る こ と が で き る.拡 大 率 は シ ス テ ム の 設 定 画 面 の 「そ の 他 」 の 画 面 で 変 更 す る こ とが で き る.
「SaveFile」 メ ニ ュ ー か ら は 「SavetoFile」 メ ニ ュ ー ア イ テ ム の み 選 べ,図2.7の よ う な 画 面 が 現 れ,表 示 さ れ て い る 画 像 に 名 前 を つ け て 保 存 す る こ と が で き る.BMP形 式 で 保 存 さ れ る た め, 拡 張 子 に 「.bmp」 を 付 け な け れ ば な ら な い.
「CloseWindow」 か ら は こ の フ レ ー ム だ け を 消 す 「こ の 窓 だ け を 閉 じ る 」 メ ニ ュ ー ア イ テ ム を 選 ぶ こ と が で き る.
2.2.2「Edit」 メ ニ ュ ー
「Edit」 メ ニ ュ ー を ク リ ッ ク す る と,「 画 像 の モ ノ ク ロ 化 」,「 濃 度 反 転 」,「 ヒ ス トグ ラ ム の 作 成 」 と い う メ ニ ュ ー ア イ テ ム が 現 れ,ク リ ッ ク す る と 図2.7の 画 面 に な り,選 ん だ 画 像 フ ァ イ ル に そ れ ぞ れ モ ノ ク ロ 化 す る 処 理,濃 度 を 反 転 処 理,ヒ ス ト グ ラ ム の 作 成 処 理 を 施 す こ と が で き る.求 め ら れ た ヒ ス トグ ラ ム は テ キ ス ト を 表 示 し て い る フ レ ー ム(以 下 テ キ ス ト フ レ ー ム)か ら 名 前 を 付
け て 保 存 し,「Excel」 な ど の 表 計 算 ソ フ トか ら 読 み 込 み,表 や グ ラ フ を 作 る こ と が で き る.テ キ ス トを 保 存 す る 際 は,拡 張 子 を 「.doc」 に す る の が よ い.
テ キ ス ト フ レ ー ム(図2.10)は,「File」 メ ニ ュ ー か ら テ キ ス トの 保 存 と読 み 込 み,「Edit」 か ら テ キ ス トの 選 択 範 囲 の 切 り取 り,コ ピ ー,貼 り付 け を 行 う こ と が で き(図2.12),テ キ ス トエ リ ア 上 の 任 意 の 場 所 に 文 字 を 書 き込 む こ と も で き る.
図2.10「Edit」 メ ニ ュ ー
図2.11テ キ ス ト表 示 用 フ レー ム(テ キ ス トフ レ ー ム) 図2」2テ キ ス トフ レ ー ム 「Edit」
2.2.3「IU」 メ ニ ュ ー
「IU」 メ ニ ュ ー を ク リ ッ ク す る と 図2.13の 画 面 に な り,① 「学 習 」,② 「画 像 の 解 釈 」,③ 「任 意 の 画 素 の 認 識 」,④ 「学 習&解 釈 」 メ ニ ュ ー ア イ テ ム や,「 補 助 機 能 」 か ら は ⑤ 「代 表 パ タ ー ン の 表 示 」,⑥ 「訓 練 パ タ ー ン の 表 示 」,⑦ 「学 習 結 果 の 表 示 」,⑧ 「訓 練 パ タ ー ン の 作 成 」,⑨ 「Tφ 画 像 の 表 示 」,⑩ 「Tψ の チ ェ ッ ク 」,⑪ 「ノ ル ム 距 離 ・内 積 相 違 度 の 表 示 」,⑫ 「SMを 用 い た 訓 練 パ タ ー ン 間 の 距 離 」,⑬ 「シ ス テ ム の 状 態 を表 示 」,⑭ 「シ ス テ ム の 設 定 」 な ど の メ ニ ュ ー ア イ テ
ム を選 択 す る こ と が で き る.
図2.13「IU」 メ ニ ュ ー
① 学 習
モ デ ル 構 成 作 用 素Tに は 画 像 内外 界 の事 物 ψ の パ ター ンモ デ ルTψ を形 成 す る働 きが あ り,類 似 度 関 数SMに は外 界 の事 物 ψ のパ タ ー ンモ デ ルTψ が 記 憶 内 パ タ ー ンモ デ ルTω 、と似 て い る程 度 を 測 る働 きが あ り,最 後 に大 分 類 関 数BSCに は 外 界 の事 物 ψ のパ タ ー ンモ デ ルTψ が 帰 属 す る可 能 性 の あ る 候 補 カ テ ゴ リ を複 数 個 抽 出 す る働 きが あ る 。 学 習 はBSC内 の3助 変 数 で あ る重 みW団 湿,閾 値b[j],標 準 偏 差 σ[j]につ い て な され る.
「学 習 」 メ ニ ュ ー ア イ テ ム を ク リ ッ ク す る と,シ ス テ ム の 学 習 が 開 始 さ れ る.学 習 の 進 行 状 況 はDOS画 面 に表 示 され る.学 習 開 始 時 に テ キ ス ト表 示 用 フ レ ー ム に学 習 に 関 す る初 期 設 定 の 情 報 が 表 示 さ れ,学 習 が 終 了 す る と そ の 学 習 結 果 を表 示 した テ キ ス ト フ レ ー ム が 表 示 さ れ る.
た だ し,④ の 「 学 習&解 釈 」 と は違 い,学 習 初 期 設 定 や 学 習 結 果 は 自動 的 に フ ァ イ ル に保 存 さ れ な い の で,必 要 に応 じて そ れ らの テ キ ス トフ レー ム の 「File」メ ニ ュ ー か ら 「SAVE」 を選 ぶ か,「SAVE」 ボ タ ンを ク リ ッ ク して,フ ァ イ ルへ の保 存 処 理 を行 う.こ れ も2.2.2の説 明 と 同 じ く拡 張 子 を 「.doc」にす る こ と を推 奨 す る.
学 習 処 理 は② や④ な ど と同 じ く,メ イ ンス レ ッ ドとは 別 の ス レ ッ ドを使 っ て処 理 して い る為, 図2.5の 画 面 で 「一 時 停 止 ・再 開 」 ボ タ ン を ク リ ッ クす る とそ の 時 点 で の 学 習 結 果 を表 示 し, 処 理 を一 時 停 止 す る こ とが で き る.こ の と きIUSが 処 理 を 中止 す る か を尋 ね て くるの で,「 は い 」
を選 択 す れ ば 学 習 を 最 後 ま で行 わ ず に そ の 時 点 で 学 習 を 中止 す る こ とが で き る.そ の 時 閾 値 b[j]の 最 適 化 は 行 わ れ な い が,学 習 終 了 後 のb[j]の 最 適 化 の 方 法 を選 択 す る⑭ の 「シ ス テ ム の 設 定 」 の 「関 数 の 選 択 」 の 厂閾 値b[j]の 決 定 法 」 は,設 定 が 変 更 され る とそ の 時 点 で のW[j],
σ[j]の値 を元 に 選 択 し た 方 法 でb[j]の 最 適 化 を行 う よ う に な っ て い る の で,そ れ を利 用 し て b[j]の 最 適 化 を行 う こ とが で きる.
処 理 を 中 止 す るか 尋 ね られ た と き に 「い い え」 を選 択 す る と,処 理 は停 止 し,「 一 時 停 止 ・
再 開 」 ボ タ ン を ク リ ッ ク さ れ る と処 理 を 再 開す る.
な お,ス レ ッ ド処 理 を 停 止 す る と き,し ば し ば 原 因 不 明 の シ ス テ ム 停 止 が 起 こ る の で 不 用 意 な 使 用 は 避 け る べ きで あ る.
学 習 に 関 す る 処 理 は,ソ ー ス フ ァ イ ル 「ImageUnderstanding.java」 の メ ソ ッ ド 「int[】□ learningProcess(JFrame3f3)」 の 部 分 で 行 っ て い る の で,学 習 に 関 す る δ や ε な ど の パ ラ メ ー
タ を 変 更 す る 場 合 は メ ソ ッ ド 内 部 で そ の 変 数 が 宣 言 ・計 算 さ れ て い る 部 分 を 直 接 書 き 換 え る.
ま た,理 想 出 力 の 値 を 変 更 す る に は メ ソ ッ ド 「doublem̲y(intj)」 の 返 り値 を 変 更 す る.詳 し く は プ ロ グ ラ ム リ ス トに 書 か れ て い る コ メ ン ト文 を 参 照.
② 画 像 の 解 釈
「画 像 の 解 釈 」 を ク リ ッ ク す る と,フ ァ イ ル を 選 択 す る ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス が 開 か れ る の で (図2.7),画 像 の 解 釈 を 行 い た い 画 像 フ ァ イ ル を 選 ん で 「開 く」 を ク リ ッ ク す る と,そ の 画 像 が 表 示 さ れ,こ の 画 像 で よ い か 確 認 を 取 っ て く る の で,「 は い 」 か 「い い え 」 を ク リ ッ ク す る.
「い い え 」 を 選 ぶ と,何 も行 わ れ な が,「 は い 」 を 選 ぶ と そ の 画 像 の 解 釈 が 始 ま る(図2.14).
図2.14画 像 解釈 処理 対 象の確 認
画 像 の 解 釈 過 程 はDOS画 面 に表 示 さ れ る が,① と同 じ く 「シ ス テ ム の 設 定 」 の 「そ の 他 の 設 定 」 の 「 結 果 をDOS画 面 に表 示 す る」 の と こ ろ で 「 最 終 結 果 の み 表 示 す る」 を選 ぶ と各 画 素 の 認 識 過 程 を非 表 示 にす る こ と もで きる.
画 像 解 釈 中 に 「 一 時停 止 ・再 開 」 ボ タ ン を ク リ ッ クす る と そ の 時 点 ま で の 画 像 解 釈 の 結 果 を
カ ラ ー 画 像 で 表 さ れ た ラベ ル 情 報 と,処 理 対 象 画 像 と,そ の 画 素 の 簡 単 な認 識 過 程 の 情 報 が 表
示 され,① と同 じ く処 理 を 中 断 す る か ど うか を た ず ね て くる.「 は い 」 を 選 択 す る と処 理 は そ
こ で 中 断 され,「 い い え」 を選 択 す る と,処 理 は停 止 し 「 一 時停 止 ・再 開」 ボ タ ン を再 び 押 す
と処 理 を再 開 す る こ とが で きる 。
画 像 の 解 釈 が 終 了 す る と,マ ウス ポ イ ン ター が 指 す 画 素 の 座 標 とカ テ ゴ リ と ラベ ル を表 示 す る機 能 と ク リ ッ ク した 画 素 に つ い て③ の 処 理 を施 す こ と が で き る機 能 を持 っ た 処 理 対 象 画 像 が 表 示 され,ラ ベ ル とカ テ ゴ リラ ベ ル の分 布 を示 した カ ラ ー 画 像 と テ キ ス トが 表 示 さ れ る.こ の
「画 像 の 解 釈 」 も① と同 じ く,④ の 「学 習&解 釈 」 と 同 じ く自動 的 に これ らの 結 果 は フ ァ イ ル に保 存 され な い の で,必 要 に応 じ て そ れ ぞ れ の フ レー ム に あ る 「SAVE」 等 の ボ タ ン や メ ニ ュ ー を選 ん で保 存 す る .
③ 任 意 の 画 素 の 認 識
画 像 中 の1つ の 画 素 につ い て の 認 識 過 程 を詳 し く知 りた い 場 合 に これ を実 行 す る.
「 任 意 の 画 素 の 認 識 」 を ク リ ッ クす る と,フ ァ イ ル を選 択 す る ダ イ ア ロ グ ボ ッ クス が 表 示 さ れ るの で(図2.7),処 理 した い 画 像 フ ァ イ ル を 選 ん で 開 く.画 像 が 表 示 さ れ た ら,認 識 したい 画 素 を フ レー ム下 部 の 座 標 ・帰 属 カ テ ゴ リ ラベ ル 情 報 な ど を参 考 に しな が ら選 び,ク リ ッ クす る.認 識 が 始 ま る と,そ の 認 識 過 程 がDOS画 面 に 表 示 され ,認 識 が終 了す る とDOS画 面 に表示 され る各 認 識 段 階 の 認 識 過 程 と文 献[6]の7.6節 で 説 明 さ れ て い る値 とが 表 示 さ れ た テ キ ス トフ レー ム と,画 像 の ラベ ル分 布 を表 示 し た テ キス トフ レー ム と,各 認 識 段 階 で の 想 起 パ タ ー ン を 画 像 表 示 した フ レ ー ムが 現 れ る の で(図2.15),必 要 に応 じて そ れ ら を編 集 ・保 存 す る.
図2.15任 意 の 画 素 の 認 識 画 面
④ 学 習&解 釈
① 「 学 習 」 と② 「 画像 の 解 釈 」 を続 け て行 い,処 理 結 果 を 自動 的 に フ ァ イ ル に保 存 す る.
⑭ の 「シス テ ム の 設 定 」 を行 っ た 後,こ れ を 実 行 す れ ば,設 定 した 条 件 下 で の 実 行 結 果 が 自
動 的 に求 ま り,シ ス テ ム の 設 定 状 況,学 習 初 期 設 定,学 習 結 果,ラ ベ ル分 布 の テ キ ス ト表 示,
ラ ベ ル 分 布 の カ ラ ー 画 像 表 現,対 象 画 像 が,IUSの 構 成 フ ァ イ ル の 入 っ て い る 厂Image
UnderstandingSystemKawamata」 フ ォ ル ダ 内 の 「結 果 」 の 中 に そ れ ぞ れ 「シ ス テ ム デ ー タ.doc」,「 学 習 初 期 設 定.doc」,「 学 習 結 果.doc」,「 解 釈 結 果.doc」,「 ラ ベ ル 画 像 」+処 理 画 像 フ ァ イ ル 名,処 理 画 像 フ ァ イ ル 名 の 名 前 で 保 存 さ れ る.
尚,代 表 パ タ ー ン や 訓 練 パ タ ー ン の 保 存 は メ モ リ ー エ ラ ー を 起 こ す 恐 れ が あ る と 判 断 し,こ れ ら を 自 動 的 に 保 存 し な い よ う に な っ て い る.こ れ ら を 保 存 す る 場 合 は,⑤ 「代 表 パ タ ー ン の 表 示 」 や ⑥ 「訓 練 パ タ ー ン の 表 示 」 を 使 っ て 表 示 し保 存 を し な け れ ば な ら な い.
⑤ 代 表 パ タ ー ンTω 田 の 表 示
各 カ テ ゴ リ(蕩 の 代 表 パ タ ー ン ω[j]を 上 か ら カ テ ゴ リ番 号j=1か ら 順 に 縦 に 表 示 さ れ,一 緒 に 各 カ テ ゴ リ の 代 表 パ タ ー ン の モ デ ルTω[j]の デ ー タ 情 報 を テ キ ス ト表 示 す る.
図2.16代 表 パ タ ー ン の 表 示 画 面
⑥ 訓 練 パ タ ー ン ψ[1;q】の 表 示
各 カ テ ゴ リ ◎jの 訓 練 パ タ ー ン ψ 口;q]を上 か ら カ テ ゴ リ番 号j‑1か ら,左 か ら パ タ ー ン番 号1〜r ま で 順 に 各 カ テ ゴ リ の 訓 練 パ タ ー ン ψ[j;q]を 表 示 す る.
図2.17訓 練 パ タ ー ンの 表 示 画 面
⑦ 学 習 結 果 の 表 示
学 習 で 求 ま っ た ω【j],W[j],b[j],σ[j]の 各 カ テ ゴ リ につ い て の 値 を表 示 す る.そ れ ぞ れ の 値 が 求 ま った 時 刻tは 表 示 され な い.
⑧ 訓 練 パ タ ー ン ψ0;q]の作 成
風 景 画 像 な どか ら ク リ ッ ク した 画 素 を 中 心 に,設 定 し た視 野 の 大 き さ に切 り出 し,シ ス テ ム
の 学 習 に使 う訓 練 パ タ ー ン を作 成 す る機 能.こ の 機 能 で 使 う視 野 の 大 き さ は.の 「シ ス テ ム の
設 定 」 の 「 訓 練 パ タ ー ンの 設 定 」 の 「 訓 練 パ タ ー ン作 成 機 能 に お け る視 野 の 大 き さ」 のpとq
の値 で あ り,シ ス テ ム で通 常 代 表 パ ター ンの 大 き さ や認 識 時 に使 わ れ て い るpとqと は別 に 設
定 す る こ とが で き る.
初 期 設 定 は シ ス テ ムで 設 定 され て い る 視 野 の大 き さ に な っ て い る.
図2.18訓 練 パ タ ー ンの 作 成 画 面
⑨ パ タ ー ン モ デ ル 画 像Tψ の 表 示
選 ん だ 画 像 に ⑭ の 「シ ス テ ム の 設 定 」 の 「関 数 の 設 定 」 で 選 択 さ れ て い る モ デ ル 構 成 作 用 素 Tを ほ ど こ し,そ の デ ー タ の 画 像 表 示 と テ キ ス ト表 示 を 行 う .
5値 のTとSを 採 用 す るTを 選 択 し て い る 場 合 は 縦 横 の サ イ ズ が 奇 数 で 縦 × 横 の サ イ ズ が 1000,000以 下 の モ ノ ク ロ 画 像 で あ れ ば ど ん な 画 像 に つ い て も 処 理 を 行 う こ と が で き る が,そ れ 以 外 のTを 選 ん で い る 場 合 は,現 在 シ ス テ ム に 設 定 さ れ て い るpとqの 大 き さ の 画 像 し か 処 理 で
き な い.3値 のTが 処 理 で き な い 理 由 は 閾 値h±klの 値 が 一 般 的 に はkと1に よ っ て 違 う た めpとq の サ イ ズ と 違 う 画 像 に つ い て は 対 応 で き な い た め で あ る.こ れ をkと1に 関 わ ら ず 例 え ば ±0 .5 な ど に 決 め,ど ん な サ イ ズ の 画 像 で も処 理 で き る よ う に す る と こ ろ に 改 良 の 余 地 が あ る.
⑩ 訓 練 パ タ ー ン モ デ ルTψ の チ ェ ッ ク
式(4.9)の 全 て の ψ 口;q]と ψ[i;q2](i≠j)に つ い て,Tψ 面;q]=Tψ[i;q2]が 存 在 し な い か チ ェ ッ ク を 行 う.該 当 す る も の が あ れ ば テ キ ス ト フ レ ー ム に 表 示 さ れ る.
⑪ ノ ル ム 距 離ndis・ 内 積 相 違 度idlsの 表 示
全 て の 代 表 パ タ ー ン ω[j]の パ タ ー ン モ デ ルTω[i]とTω[j](i≠j),お よ び 全 て の 訓 練 パ タ ー ン ψ0;q]の パ タ ー ン モ デ ルTψ[i;q1]とTψ 口;q2](i≠j)に つ い て の ノ ル ム 距 離(文 献[6]の 式(4.13)) と 内 積 相 違 度(文 献[6]の 式(4.41)),
(1)ndis(Tω[i],Tω[1])(2.1) (2)idis(Tω[i】,Tω 団)(2.2) (3)ndis(Tψ[i;q1],Tψ[j;q2])(2.3) (4)idis(Tψ[i;ql],Tψ 【j;q2])(2.4)
の 値 を 求 め 表 示 す る.こ の 値 に つ い て は,一 旦 フ ァ イ ル に 保 存 して か ら 「Excel」 で ス ペ ー ス (空 白)を 区 切 り記 号 とす る よ う に 設 定 し て,読 み 込 ま せ れ ば 表 形 式 で 印 刷 で き る.
⑫ 類 似 度 関 数SMを 用 い た 訓 練 パ タ ー ン 間 の 距 離 SMを 用 い た2つ の パ タ ー ン ψ,η 問 の 距 離SMdisを
SMdi・(ψ,η)≡ 、 ・鴫[SM(乾 ω・)・SM(η ・ ω・)]'/2(2 ・5)
と し,全 て の 訓 練 パ タ ー ン ψ[j;q]∈ Ψjに つ い て
(1)ψ ∈ Ψj,η ∈ Ψj (2)ψ ∈ Ψ ・,η ∈ Ψj(i≠j)
を 計 算 し,テ キ ス トフ レ ー ム に 表 示 す る.
⑬ 画 像 理 解 シ ス テ ムIUSの 状 態 を 表 示
画 像 理 解 シ ス テ ムIUSの 設 定 状 況 を テ キ ス ト フ レ ー ム に 表 示 す る.
(2.6) (2.7)
図2.19画 像 理 解 シ ス テ ム の 状 態
⑭ 画 像 理 解 シ ス テ ムIUSの 設 定
「シ ス テ ム の 設 定 」 を 選 ぶ と ま ず,図2.20の 画 面 が 現 れ る.こ こ で 「関 数 の 選 択 」,「 訓 練 パ タ ー ン の 設 定 」,「 そ の 他 の 設 定 」 を 切 り替 え,設 定 の 変 更 を 行 い,画 面 下 部 の 「設 定 」 ボ タ ン を ク リ ッ ク す る と,そ の 設 定 が 有 効 に な る.「 キ ャ ン セ ル 」 を ク リ ッ ク す る と ,設 定 は 何 も 変 更 さ れ な い.
a.「 関 数 の 選 択 」
こ こ か ら は 「モ デ ル 構 成 作 用 素T」 と 「類 似 度 関 数SM」 ,「 代 表 パ タ ー ン ω の 決 定 法 」,
「閾 値bの 決 定 法 」 の 設 定 を 変 更 す る こ と が で き る.a‑1〜a‑4の(T1)等 の 括 弧 内 の 文 字 は,プ ロ グ ラ ム(ImageUnd6rstandingjava)上 の 関 数 名(メ ソ ッ ド名)で あ る.
a‑1「 モ デ ル 構 成 作 用 素T」
「3値 のT」(Tl),厂5値 のT」(T2),「Sを 採 用 す るT」(T3),「 移 動,回 転,伸 縮 を 修 正 す るT」 .(T4)「 カ テ ゴ リ ご と に 修 正 す るT」(T5)の 選 択 肢 の 中 か ら1つ を 選 ぶ こ と が で き る.な お,(T4)と(T5)は 現 時 点 で は 未 完 成 で あ る た め 選 択 して も機 能 し な い の で,完 成 次 第 機 能 を 追 加 し た い.
プ ロ グ ラ ム 上 で はTSelectorと 表 さ れ て お り,1,2,3,4,5が そ れ ぞ れ5種 類 の モ デ ル 構 成
作 用 素(T1),(T2),(T3),(T4),(T5)に 対 応 す る.
a‑2「 類 似 度 関 数SM」
「MIを 使 っ たSM」(SM1),「 ψ を 考 慮 し たSM① 」(SM2)』,「 〈 選 択 不 可 〉 」(SM3),
「ψ を 考 慮 し たSM② 」(SM4),・ 「ψ を 考 慮 し たSM③ 」(SM5),「 ψ を 考 慮 し たSM④ 」 (SM6)の 中 か ら1つ を 選 択 し,そ れ を 量 子 化 す る か ど う か を 選 ぶ こ と が で き る.こ の ψ は 訓 練 パ タ ー ン の こ と を 示 し て い る.
(SM3)は 現 在 未 使 用 で あ る た め 選 択 し て も機 能 し な い.
プ ロ グ ラ ム 上 で はSMSelectorと 表 さ れ て お り,1,2,3,4,5,6が そ れ ぞ れ6種 類 の 類 似 度 関 数 (SM1),(SM2),(SM3),(SM4),(SM5),(SM6)に 対 応 し て い る.
a‑3「 代 表 パ タ ー ン ω の 決 定 法 」
「学 習 に よ る ω の 決 定 」(omegal),「 視 察 に よ る 決 定 」(omega2)か ら1つ を 選 択 す る こ と が で き る.
(omega1)を 選 ぶ と,学 習 時 に お い て 代 表 パ タ ー ン を 変 数o(b‑2参 照)番 目 の 訓 練 パ タ ー ン を 初 期 値 と し て 学 習 に よ っ て 求 め,求 め た ω をr(b‑3参 照)番 目 の 訓 練 パ タ ー ン ψ 巨;r]に置 き換 え る .・
(omega2)を 選 ぶ と学 習 時 に お い てo番 目 の 訓 練 パ タ ー ン ψ口;o]を代 表 パ タ ー ン と し て 採 用 す る 。
プ ロ ・グ ラ ム 上 で はomegaSelectorと し て 表 さ れ て お り,1,2が(omega1) ,(omega2)に 対 応 し て い る.
a‑4「 閾 値bの 決 定 法 」
BSC内 の 閾俥b田 の学 習 時 にお け る 決 定 法(最 適 化)を,「 ωの み を考 慮 したbの 決 定 法 」
(bj1),「 ψ を 考 慮 し たbの 決 定 法 」(bj2),「 全 て の ψ のBSCを1に す るbの 決 定 法 」(bj3),「学 習 に よ るbの 決 定 法 」(bj4)の 中 か ら1つ を 選 択 す る.こ れ を 変 更 し 「設 定 」 ク リ ッ ク す る と,そ の 時 点 で のW田 と σ田 の 値 を 元 にb団 の 値 を 設 定 さ れ た 方 法 で 計 算 す る よ う に な っ て い る.・
プ ロ グ ラ ム 上 で はbSelectorと し て 表 さ れ て お り,1,2,3,4が そ れ ぞ れ4種 類 の 閾 値(bj1), (bj2),(bj3),(bj4)に 対 応 し て い る.
図2.20関 数 の 選 択 画 面
b.「 訓 練 パ タ ー ン の 設 定 」
こ こ で は 「訓 練 パ タ ー ン の フ ォ ル ダ 」,「 訓 練 パ タ ー ン の 代 表 パ タ ー ン番 号 」,厂 カ テ ゴ リ ご と の 訓 練 パ タ ー ン の 数 」,厂 訓 練 パ タ ー ン作 成 機 能 の 視 野 の 大 き さ 」 の 設 定 を 行 う こ と が で き る.
b‑1〜b‑3を 変 更 し,厂 設 定 」 を ク リ ッ ク す る と ,IUSは 訓 練 パ タ ー ン の 設 定 変 更 に 伴 い 初 期 化 さ れ る の で,b‑1〜b‑3の 設 定 は,学 習 前 に 済 ま せ て お か ね ば な ら な い .
b‑1「 訓 練 パ タ ー ン の フ ォ ル ダ 」
訓 練 パ タ ー ン は,IUSの 構 成 フ ァ イ ル が 入 っ て い る フ ォ ル ダ 厂ImageUndersatnding SystemKawamata」 内 の 「TrainingPattems」 と い う フ ォ ル ダ を検 索 し ,こ こ に 設 定 さ れ て い る 名 前 の フ ォ ル ダ の 中 か ら 訓 練 パ タ ー ン を 読 み 込 む .プ ロ グ ラ ム 上 で は 厂Training PattemFolder」 と 表 さ れ る.
尚,訓 練 パ タ ー ン の フ ァ イ ル 名 は カ テ ゴ リ 名+半 角 パ タ ー ン 番 号+「 .bmp」 とす る.例 え ば 「空 」 と い う カ テ ゴ リ の3番 目 の 訓 練 パ タ ー ン で あ れ ば 厂空3 .bmp」 と い う フ ァ イ ル 名 で 保 存 す る.
b‑2厂 訓 練 パ タ ー ン の 代 表 パ タ ー ン 番 号 」
各 カ テ ゴ リ に 帰 属 す る 訓 練 パ タ ー ン の う ち,最 も そ の カ テ ゴ リ の 特 徴 を 典 型 的 に 表 して い る と 思 わ れ る パ タ ー ン 番 号oを 設 定 す る .こ れ は 全 て の カ テ ゴ リ に 共 通 で あ り,カ テ ゴ
リ ご と に 別 々 に 選 ぶ こ と は で き な い.
こ の カ テ ゴ リ 番 号oを 持 つ 各 カ テ ゴ リ の 訓 練 パ タ ー ン ψ0;o]が シ ス テ ム の 初 期 化 時 に お
け る 代 表 パ タ ー ン ω[j]と し て 採 用 さ れ,学 習 時 に お け る ω[j]の 初 期 値 あ る い は ω[j]そ の も の と し て 採 用 さ れ る.
な お,学 習 に よ っ て ω[j]を 決 定 す る 場 合 はoを1に す る と 学 習 時 に 最 初 に 読 み 込 ま れ る 訓 練 パ タ ー ン と初 期 値 が 一 致 し て,時 刻 が0で 終 了 し て し ま う た め,1以 外 の 値 を 選 ば な け れ ば な ら な い.
b‑3「 カ テ ゴ リ ご と の 訓 練 パ タ ー ン の 数 」
1つ の カ テ ゴ リ に 帰 属 す る 訓 練 パ タ ー ン の 数rを 設 定 す る も の で あ る.IUSは 訓 練 パ タ ー ン を カ テ ゴ リ 名+1+「 .bmp」 〜 カ テ ゴ リ名+r+「.bmp」 ま で を 読 み 込 む の で,例 え ば こ の 値 を12と 設 定 し,カ テ ゴ リ 番 号4が 「家 」 で あ る 場 合,IUSは 「家1.bmp」 〜 「家12.bmp」
を 訓 練 パ タ ー ン ψ[4;1]〜 ψ[4;12]と し て 読 み 込 む.
b‑4「 訓 練 パ タ ー ン作 成 機 能 に お け る 視 野 の 大 き さ 」
⑧ の 厂訓 練 パ タ ー ン の 作 成 」 で 選 ん だ 画 像 の あ る 画 素 を ク リ ッ ク し た 場 合,そ の 画 素 を 中 心 と し て 切 り取 ら れ る 縦 横 の 大 き さ を 設 定 す る も の で あ る.pは 横 の 幅 で あ り 一p〜+p ま で,qは 縦 の 大 き さ で あ り 一q〜+qま で を 切 り取 る の で,ク リ ッ ク し た 画 素 を 中 心 と し て(2p+1)・(2q+1)の 大 き さ に 切 り取 ら れ る.プ ロ グ ラ ム 上 で は,シ ス テ ム 自体 の 視 野 の 大 き さp,qと 医 別 す る た め,xp,xqと 表 現 し て い る.尚,Ius自 体 のp,qは 読 み 込 ま れ た 訓 練 パ タ ー ン の サ イ ズ に あ わ せ 自 動 的 に 決 ま る の で,Ius自 体 のpとqの 大 き さ を 変 え る た め に は,訓 練 パ タ ー ン の サ イ ズ を 変 え そ の 訓 練 パ タ ー ン を 読 み 込 ま せ る.読 み 込 ま れ る 訓 練 パ タ ー ン の サ イ ズ が 統 一 さ れ て い な け れ ば,エ ラ ー に な る.
図2.21訓 練 パ タ ー ンの 設 定 画 面
c.「 そ の 他 の 設 定 」
「結 果 をDOS画 面 に 表 示 す る 」,「拡 大 機 能 の 倍 率 」,「認 識 時 に お け る カ テ ゴ リ の 探 索 法 」,
「学 習 方 法 」 の 設 定 を 変 更 す る こ と が で き る.
c‑1「 結 果 をDOS画 面 に 表 示 す る 」
「学 習 」 や,「 画 像 の 解 釈 」,「 任 意 の 画 素 の 認 識 や 」,「 学 習&解 釈 」 を 実 行 す る と き, そ の 計 算 の 途 中 経 過 をDOS画 面 に 表 示 す る か し な い か を 設 定 す る.
「途 中 結 果 を 画 面 に 表 示 す る 」 を 選 択 す る と 途 中 経 過 を 表 示 し,「 最 終 結 果 の み 表 示 す る 」 を 選 択 す る と,途 中 の 計 算 経 過 をDOS画 面 に 表 示 し な い.プ ロ グ ラ ム 上 で は dispSelectorと い う 名 前 で 表 現 さ れ て お り,1が 表 示,2が 非 表 示 を 意 味 す る.
c‑2「 拡 大 機 能 の 倍 率 」
画 像 表 示 用 フ レ ー ム の 拡 大 機 能 の 倍 率 を 設 定 す る.プ ロ グ ラ ム 上 で はJFrame2javaの BAIRITUと し て 表 現 さ れ て い る.例 え ば こ れ に4を 設 定 し た と す る と 縦4倍,横4倍 の 画
像 に な る.整 数 しか 選 べ な い.
c‑3「 認 識 時 に お け る カ テ ゴ リ の 探 索 法 」
多 段 階 認 識 時 に お け る,カ テ ゴ リ 帰 属 知 識 の カ テ ゴ リ 番 号 リ ス ト λtの 探 索 法 を 選 択 す る.「 線 形 探 索 」,「修 正 線 形 探 索 」 か ら一 方 を 選 択 す る.1
プ ロ グ ラ ム 上 で はlinerSearchSelectorと 表 さ れ て お り,1,2が そ れ ぞ れ 「線 形 探 索 」,厂修 正 線 形 探 索 」 に 対 応 し て い る.
c‑4「 学 習 方 法 」
大 分 類 関 数(binary‑stateclassifier;rouhclassifier)BSC(・,j)内 の 重 みW[j],閾 値b[j], 標 準 偏 差 σ[j]の 学 習 方 法 を 選 択 す る.「 逐 次 学 習 」,「非 逐 次 学 習 」 の い ず れ か を 選 択 す る.
プ ロ グ ラ ム 上 で はlearningSelectorと 表 さ れ,1,2が そ れ ぞ れ 「逐 次 学 習 」,「 非 逐 次 学 習 」 に 対 応 す る.
2.3シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 う た め の 手 順
IUSは 使 用 目 的 に よ っ て 様 々 な 手 順 で 実 行 を 行 う こ と が で き る が,シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 い,結 果 を 保 存 す る 一 連 の 手 順 の1例 を 示 す.訓 練 パ タ ー ン は 作 成 済 み とす る.訓 練 パ タ ー ン の 作 成 方 法 に 関 し て は 「2.2.3「IU」 メ ニ ュ ー 」 の ⑧ お よ び,「2.2.3「IU」 メ ニ ュ ー 」 の ⑭ 一b.訓 練 パ タ ー
ン の 設 定 を 参 照.
(1)IUSを 起 動 す る.(「2.11USの 起 動 方 法 」 を 参 照)
(2)「 シ ス テ ム の 設 定 」 で 各 種 設 定 を 行 い,シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 条 件 を 設 定 す る.(「2.2.3「IU」
メ ニ ュ ー 」 の ⑭ を 参 照)
(3)「 学 習&解 釈 」 を ク リ ッ ク し,処 理 対 象 と す る 画 像 を 選 択 し,画 像 を 確 認 し 「は い 」 を ク リ ッ ク す る.(「2.2.3「IU」 メ ニ ュ ー 」 の ④ を 参 照)
(4)処 理 が 終 了 し た ら 表 示 さ れ て い る 処 理 対 象 画 像 の 任 意 の 画 素 を ク リ ッ ク し,認 識 の 「成 功 例 」,「 失 敗 例 」,「 不 定 例 」,「 不 能 例 」 な ど の 認 識 過 程 を 確 認 し そ れ を 表 示 し て い る テ キ ス
ト フ レ ー ム と,各 認 識 段 階 に お け る 想 起 パ タ ー ン の 画 像 を 「lmageUnderstandingSystem Kawamata」 フ ォ ル ダ 内 の 「結 果 」 フ ォ ル ダ に 「認 識 過 程.doc」,座 標+「.bmp」 な ど の フ ァ イ ル 名 で 保 存 す る.(「2.2。3「IU」 メ ニ ュ 、 の ③ を 参 照)
(5)「 代 表 パ タ ー ン の 表 示 」,「 訓 練 パ タ ー ン の 表 示 」 を 使 っ て,表 示 さ れ た 代 表 パ タ ー ン,訓 練 パ タ ー ン の 画 像 を 「結 果 」 フ ォ ル ダ に 保 存 す る.
(6)「 結 果 」 フ ォ ル ダ 内 に 作 っ た フ ァ イ ル か ら 「Word」 等 の ソ フ ト で 結 果 レ ポ ー ト用 の ド キ ュ メ ン ト を 作 成,保 存,印 刷 す る.文 字 に よ る ラ ベ ル 情 報 「解 釈 結 果.doc」 は 「Word」 等 の ペ ー ジ 設 定 で フ ォ ン トサ イ ズ や 文 字 数 ・行 数 を 調 整 し て 画 像 と 縦 横 の 比 率 を 同 じ に す る た め に,「 字 送 り」 と 「行 送 り」 を 同 じ す る.「Word2000」 で は,上 下 左 右 の 余 白 を20mm,フ ォ ン トサ イ ズ を35に し,文 字 数 を101,行 数 を153に す る と 字 送 り と行 送 りが 同 じ に な る.
2.41USを 稼 動 す る と き の諸 注意
IUSを 稼 動 す る と き注 意 し な けれ ば な ら な い 諸 点 は次 の 通 りで あ る.
i)カ テ ゴ リ の設 定 お よ び,学 習 に 関 す る δや εな どの 変 更 は プ ロ グ ラ ム 「ImageUnderst3nding.
java」 を直 接 書 き換 え る.「2.2.3「IU」 メ ニ ュ ー の① 」 お よび プ ロ グ ラ ム に 書 か れ て い る コ メ ン ト 文 を参 照.
ii)「 一 時 停 止 ・再 開」 ボ タ ン は シ ス テ ム 停 止 に陥 る可 能 性 が あ るの で不 用 意 に使 用 しな い よ う に しな け れ ば な ら な い.
iii)「学 習 」 や 「 画 像 の解 釈 」 な どの ス レ ッ ド処 理 中 に シス テ ム の 設 定 を変 更 す る こ と は 可 能 で あ る が,実 行 途 中 に 変 更 す る と結 果 が 正 確 に 出 な く な る.そ れ故,一 貫 し た結 果 を求 め る場 合 は こ れ ら の処 理 中 に変 更 して は な らな い.「 画 像 の解 釈 」 実 行 中 に 「 任 意 の画 素 の認 識 」 を行 う と, 表 示 や 結 果 が 変 わ っ て し ま うの で 注 意 け れ ば な ら な い.
iv)画 像 を 同時 に多 数 表 示 す る とメ モ リ ー エ ラ ー を起 こす こ とが あ るの で,不 要 な ウ ィ ン ドウ に つ い て は 閉 じて お か な け れ ば な らな い .
v)フ ァ イ ル名 や フ ォル ダ名 の 指 定 が 正 し くて も,JavaとOSで 用 い て い る フ ォ ン トの 違 い な ど
の理 由 で,フ ァ イ ル や フ ォル ダが 読 み 込 め ず にエ ラ ー に な っ て し ま う場 合 が あ る.そ の場 合 は 適
切 な 名 前 に 変 更 しな けれ ば な ら な い.指 定 フ ァ イ ル まで の パ ス が 遠 か っ た り して も読 み込 め な い
場 合 が あ る.こ の 場 合 はIUSの 構 成 フ ォ ル ダ に な るべ く近 い と こ ろ か,デ ス ク トッ プ付 近 に 移 動
し て み る と よ い.
vi)浮 動 小 数 点 の 計 算 に よ っ て 発 生 す る 誤 差 の 修 正 は ほ と ん ど行 っ て い な い.
頑i)使 用 で き る 画 像 はMicrosoftBitMapFileの24ビ ッ ト無 圧 縮 カ ラ ー 画 像 の み で あ り,見 た 目 は モ ノ ク ロ 画 像 で も24ビ ッ トカ ラ ー 情 報 で 保 存 さ れ て い る 必 要 が あ る.ま た,画 像 サ イ ズ に つ い て は,縦 × 横 が1000,000画 素 以 下 で,縦,横 の サ イ ズ は と も に 奇 数 で な け れ ば な ら な い.
血)代 表 パ タ ー ン ω[j]の 学 習 は 稀 に 終 了 し な い こ と が あ る.そ の と き は ソ ー ス プ ロ グ ラ ム
「ImageUnderstanding.java」 の メ ソ ッ ドomega1(intj,intt)の 「〃終 了 条 件 補 正 項 」 と あ る 部 分 以 下 の }elseif((t‑mini̲t)>2*r)mini̲dニd;〃 訓 練 パ タ ー ン を2順 し て も こ れ ま で の 最 小 値 を
繰 り返 さ な い と き は 最 小 値 を 選 び な お す
と 書 か れ て い る 行 の,「2*r」 の 「2」 を3や4な ど に 増 や し て み る と よ い.
そ れ で も 終 了 し な い 場 合 は,終 了 し な い カ テ ゴ リ の 訓 練 パ タ ー ン を 変 形 の 少 な い も の に 作 り変 え て み る.
ix)「 学 習 」,「 画 像 の 解 釈 」,「学 習&解 釈 」 は 同 時 に 実 行 す る こ と は で き な い.こ れ ら を 実 行 中 に,こ れ ら 以 外 の 処 理 を 行 う こ と は で き る が,「 任 意 の 画 素 の 認 識 」 や,「 シ ス テ ム の 設 定 」 は 実 行 結 果 に 実 行 条 件 の 一 貫 性 を 失 わ せ る 恐 れ が あ り,正 常 な 結 果 を 望 む 場 合 は 実 行 し て は な ら な い.
3.画 像 理 解 シス テ ムIUSを 構 成 す る各 種 プ ロ グ ラム フ ァイル の 役 割 と, シ ミ ュ レー シ ョン結果 を解 釈 す る た め に必 要 と され る知 識
大 槻 が 画 像 入 出 力 プ ロ グ ラ ムImageProg‑16を 作 成 し,鈴 木 がIUSの 基 本 設 計 を行 い[5],川 俣 が ImageProg‑16を 改 良 し な が ら,JAVA言 語 を 用 い 鈴 木 と 相 談 し な が ら そ の 基 本 設 計 に 改 良 を 加 え, IUSを 実 装 し,実 際 に シ ミ ュ レ ー シ ョ ン[6]を 実 行 し て い る.本 章 で は,画 像 理 解 シ ス テ ムIUSを 構 成 す る 各 種 の プ ロ グ ラ ム フ ァ イ ル の 役 割 が 明 ら か に さ れ,シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 を 解 釈 す る た め に 最 小 限,必 要 と さ れ る 規 則 が 説 明 さ れ る.
3.1画 像 理 解 シ ス テ ムlUSを 構 成 す る プ ロ グ ラ ム フ ァ イ ル の 役 割
本 研 究 でJava言 語 に よ っ て 実 装 さ れ た 画 像 理 解 シ ス テ ムIUSを 構 成 す る 各 種 プ ロ グ ラ ム フ ァ イ ル の 役 割 が 簡 単 に 説 明 さ れ る.
①ImageUnderstandingjava… 画 像 理 解 シ ス テ ム の 主 要 な 処 理 を 行 う ク ラ ス.帰 属 す るJFrame1 ク ラ ス の イ ン ス タ ン ス(cif)か ら与 え ら れ た 命 令 を 実 行 す る.
②JFrameljava… プ ロ グ ラ ム 起 動 時 に 表 示 さ れ る フ.レー ム.将 来 的 に 複 数 の 画 像 理 解 シ ス テ ム を 同 時 に 作 動 さ せ る こ と を 想 定 し た プ ロ グ ラ ム 設 計 上 の 構 造 で は,従 属 す るImageUnderstanding ク ラ ス の イ ン ス タ ン ス(IU)に 人 間 が 命 令 を 与 え る た め の 窓 口 と し て の 役 割 を 持 つ.プ ロ ジ ェ ク
ト 「ImageUnderstandingSystem(.vep)」 に お け る メ イ ン プ ロ グ ラ ム で も あ る.
③JFrame2java… 画 像 表 示 用 フ レ ー ム.保 持 して い る 画 像 オ ブ ジ ェ ク ト(currentDisp)を 表 示 し, 任 意 の 画 素 の 認 識 や,訓 練 パ タ ー ン の 切 り 出 し,マ ウ ス ポ イ ン タ の 指 す 画 素 の 座 標 や 帰 属 す る カ テ ゴ リ を 表 示 す る 機 能 を 持 つ.保 持 し て い る 画 像 オ ブ ジ ェ ク ト に 拡 大 や 保 存 の 命 令 を 与 え る こ と も で き る.
④JFrame3java… テ キ ス ト表 示 ・編 集 用 フ レ ー ム.実 行 結 果 の 表 示 や,文 字 の 書 き 込 み,テ キ
ス トの 保 存 や 読 み 込 み を 行 う.
⑤JFrame4java… 画 像 理 解 シ ス テ ム の 設 定 を 変 更 す る 機 能 を 持 つ フ レ ー ム.正 確 に は,従 属 す るImageUnderstandingク ラ ス の イ ン ス タ ン ス(IU)の 機 能 設 定 を 変 更 す る た め の ク ラ ス.
⑥BmpDisplayjava… 画 像 ク ラ ス.画 像 本 体 の 濃 度 値 デ ー タ や サ イ ズ,解 釈 結 果 の ラ ベ ル や 拡 大 比 率 な ど を 保 持 し て い る.な お,画 像 理 解 シ ス テ ム が 処 理 対 象 と し て 実 際 操 作 す る 濃 度 値 の2 次 元 配 列 型 デ ー タ は,こ の ク ラ ス の イ ン ス タ ン ス が 持 つ 画 像 本 体 の1次 元 配 列 の 濃 度 値 デ ー タ を 数 値 計 算 用 に 加 工 し,2次 元 配 列 に コ ピ ー し た も の を 処 理 し て い る.ま た,拡 大 さ れ た 画 像 に つ い て は 拡 大 画 像 自体 の1次 元 デ ー タ か ら拡 大 比 率 を 元 に 対 応 す る 座 標 を 割 り 出 し,元 の 大 き さ の2次 元 配 列 を 復 元 し,処 理 対 象 と し て い る.従 っ て,拡 大 画 像 そ の も の の2次 元 配 列 は 存 在 し な い.
⑦BitMapHandlejava…MicrosoftBitMapフ ァ イ ル 形 式 の24ビ ッ ト無 圧 縮 カ ラ ー 画 像 デ ー タ を 読 み 込 み,バ イ ト配 列 か ら 画 像 情 報 を 生 成 す る た め の ク ラ ス.
⑧JaboutDialogjava… シ ス テ ム の 所 属 ・名 称 を表 示 す る た め の ク ラ ス.
⑨Tjava… モ デ ル 構 成 作 用 素Tの 追 加 ・拡 張 を行 う ク ラ ス.こ れ を 使 用 す る 場 合 い は,「lmage Understandingjava」 の メ ソ ッ ドT(double[][]phi)の2行 上 の
/πTn=newT(this);
文 の 最 初 の//を 外 さ な け れ ば な ら な い.
3.2シ ミ ュ レー シ ョン 結 果 を解 釈 す る た め の 仕 様
IUSを 稼 動 し,そ の シ ミュ レー シ ョ ン結 果 が 得 られ た 場 合,こ の 結 果 を 解 釈 す る た め に必 要 と さ れ る 最 小 限 の規 則 を説 明 し よ う.
本IUSで 採 用 さ れ て い る 全 カ テ ゴ リ は 空,木,車,家,道 路,電 柱 の6種 類 で あ る.そ れ ぞ れ の カ テ ゴ リの番 号 と,シ ミュ レー シ ョ ン結 果 表 示 の た め の文 字 お よび 色 との 対 応 関係 は表3.1の 通 り で あ る.
表3.1採 用 した カ テ ゴ リ
カ テ ゴ リ番 号 カ テ ゴ リ ラベル文 字 ラベ ル カ ラ ー
1
空 空 ■
2
木 木 圃
3
車 車 ■
4
家 家
5
道路 道 ■
6
電柱 電 鬮
内 部 表 現 一1 認識不 定
*□
内部表現0 認識不 能
?■
採 用 し た 自 然 風 景 画 像 に つ い て は,cASIoの デ ジ タ ル カ メ ラQv.10A ,とSoNYの モ バ イ ル コ ン ピ ュ ー タVAIOPCGC1‑Rに 内 蔵 さ れ て い るCCDカ メ ラ で 撮 影 し た 風 景 自 然 画 像 を,横 × 縦 の サ イ ズ を101×81に 縮 小 し,輝 度 値 を 取 出 し て256階 調 単 色 画 像 に 変 換 し た も の を 使 っ て い る .人 工 画 像 はWindowsに 付 属 し て い る ソ フ ト ウ ェ ア 「ペ イ ン ト」 で 作 成 し て い る.こ れ ら 画 像 に つ い て は 以 下 の よ う に な っ て い る.
・認 識 に 用 い た画 像 一 覧
002.bmp 035.bmp
・学 習 に 用 い た画 像 一 覧
003.bmp 031.bmp 032.bmp 035.bmp 059.bmp
・人 工 画 像(人 工 風 景 画 像A .bmpか ら学 習)
人 工 風 景 画 像A.bmp 人 工 風 畢 画 像B.bmp
対 象 と す る 一 枚 の 画 像 に つ い てIUSが 行 っ た 画 像 解 釈 結 果 の ヘ ッ ダ ー 部 分 に あ る 「結 果#一#一#一
###」 は,例 え ば 「結 果1‑2‑3‑004」 な ら,1月2日 に 鈴 木 昇 一 研 究 室 の 番 号3の 計 算 機 で,画 像 004.bmpを 処 理 し た,と い う意 味 で あ る.シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に 使 わ れ た パ ソ コ ン の 番 号 に つ い て は, 表2.1の よ う に な っ て い る.
「○ 画 像 理 解 シ ス テ ム の 状 態 」 の と こ ろ に あ る 各 種 「Selector」 の 意 味 は ,次 の よ う に な っ て い る.
1)Tselector:1=3値 のT,2=5値 のT,3=Sを 採 用 す るT ,4=移 動,回 転,伸 縮 を 修 正 す るT,5=カ テ ゴ リ ご と に 修 正 す るT
H)SMSelector:1‑MIを 使 っ たSM,2一 訓 練 パ タ ー ン を 考 慮 し たSM① ,3一 な し,4一 訓 練 パ タ ー ン を 考 慮 し たSM② ,5一 訓 練 パ タ ー ン を 考 慮 し たSM③,6一 訓 練 パ タ ー ン を 考 慮 し たSM④
皿)QuANTIzATIoN:trueニsMを 量 子 化 す る,false=sMを 量 子 化 し な い IV)omegaSelector:1=学 習 に よ る ω[j]の 決 定,2=視 察 に よ る ω 「j]の決 定
V)bSelector:1=代 表 パ タ ー ン の み を 考 慮 し たb[j]の 決 定 法,2=訓 練 パ タ ー ン を 考 慮 し た b[j]の 決 定 法,3=全 て の 訓 練 パ タ ー ン に つ い てBSCを1に す るb[j]の 決 定 法,4=学 習 に よ
るb[j]の 決 定 法
VI)linerSearchSelector:1=線 形 探 索,2=修 正 線 形 探 索 W)leamingSelector:1;逐 次 学 習,2=非 逐 次 学 習
4.む す び
大 槻 が 画 像 入 出 力 プ ロ グ ラ ムImageProg‑16を 作 成 し,鈴 木 がIUSの 基 本 設 計 を 行 い[5],川 俣 が ImageProg‑16を 改 良 し な が ら,JAVA言 語 を 用 い 鈴 木 と相 談 レ な が ら そ の 基 本 設 計 に 改 良 を 加 え, IUSを 実 装 し,実 際 にIUSを 稼 動 し そ の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 実 行 し た.そ の 報 告 は 既 に,文 献[6]で
な さ れ て い る.本 論 文 は こ の 文 献[6]で の 説 明 不 足 を補 う 役 目 を 背 負 っ て い る.
本 論 文 で は,∫AVA言 語 で 実 装 済 み の 画 像 理 解 シ ス テ ムIUSを 稼 動 さ せ る 観 点 か ら,そ の 動 作 方 法 が 簡 単 に 説 明 さ れ た.現 在,IUSはSYMANTEC社 製 のVisualCafe(Java開 発 環 境)の 下 で 稼 動 し
て い る が,Borland社 製JbuilderのJava統 合 開 発 環 境IDEで 稼 動 可 能 な よ う に,IUSを 再 構 築 し て い る 途 中 で あ る.
将 来,ソ フ トウ ェ ア.ロ ボ ッ トの 眼 と し て 採 用 で き る よ う に,改 良 し て ゆ く つ も りで あ る.
文 献
[1]鈴 木 昇 一 ・:"認 識 工 学",柏 書 房,Feb.1975
[2]鈴 木 昇 一:"ニ ュ ー ラ ル ネ ッ トの 新 数 理",近 代 文 芸 社,SePL1996 [3]'鈴 木 昇 一:"パ タ ー ン認 識 の 数 理 的 一 般 解 決",近 代 文 芸 社,Jun.1997 [4]鈴 木 昇 一:"認 識 知 能 情 報 論 の 新 展 開",近 代 文 芸 社,Aug.1998
[5]鈴 木 昇 一:"風 景 画 像 か ら 知 識 を 抽 出 し、 解 釈 す る シ ス テ ム の 、 フ ァ ジ ィ推 論 ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト に よ る 構 成",情 報 研 究(文 教 大 学 ・情 報 学 部),no.23,pp.183‑265,2000
[6]鈴 木 昇 一,川 俣 博 司,大 槻 善 樹:"風 景 画 の 理 解 に 関 す るJAVA言 語 に よ るRECOGNITRONの 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン",情 報 研 究(文 教 大 学 ・情 報 学 部),no.27,pp.73‑110。Mar.2002
