(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像の各位置が物体領域である事前確率を示す事前確率画像を、前記入力画像における顕著な特性を有する度合いを示す顕著度画像に基づいて抽出する事前確率画像抽出手段と、
前記入力画像の物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる画像特徴量の尤度を示す画像特徴量尤度を、前記入力画像、前記顕著度画像、及び前記事前確率画像の少なくとも１つに基づいて算出する画像特徴量尤度算出手段と、
前記入力画像に対応し、かつ、深度情報を表示する画像である深度画像に基づいて、物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる、深度情報の尤度を示す深度特徴量尤度を、前記深度画像、前記顕著度画像、及び前記事前確率画像の少なくとも１つに基づいて算出する深度特徴量尤度算出手段と、
前記画像特徴量尤度および前記深度特徴量尤度を統合した統合特徴量尤度を算出する特徴量尤度統合手段と、
前記入力画像、前記事前確率画像および前記統合特徴量尤度から、前記入力画像の物体領域を示す物体領域画像を抽出する物体領域画像抽出手段と、
を含み、
前記特徴量尤度統合手段は、物体領域に含まれる前記画像特徴量の尤度と前記深度情報の尤度とを予め定めた深度情報の重みに基づいて統合し、背景領域に含まれる前記画像特徴量の尤度と前記深度情報の尤度とを、前記物体領域の尤度を統合する際に用いた重みとは異なるように予め定めた深度情報の重みに基づいて統合することにより、物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる、前記画像特徴量及び前記深度情報の組み合わせの尤度を示す前記統合特徴量尤度を、物体領域と背景領域でそれぞれ算出する物体領域検出装置。
【請求項２】
前記特徴量尤度統合手段は、以下の式を用いて、前記統合特徴量尤度を、物体領域と背景領域でそれぞれ算出する請求項１記載の物体領域検出装置。
【数１】
0005766620.tif 000019
ここで、ｉ＝１,２であり、ｉ＝１ならば物体領域であり、ｉ＝２ならば背景領域であることを示し、ψi（ｃ（ｘ,ｔ）,ｔ）は物体領域または背景領域の画像特徴量尤度、ｖi（ｚ（ｘ,ｔ）,ｔ）は物体領域または背景領域の深度特徴量尤度であり、φiは統合特徴量尤度の対数を取って−１をかけた数量であり、αi（i=1,2）はあらかじめ定められた定数である。
【請求項３】
入力画像から、前記顕著度画像を抽出する顕著度画像抽出手段と、
前記入力画像から、前記深度特徴量を抽出し、前記深度特徴量と予め学習された深度情報推定モデルとに基づいて、前記入力画像に対応する深度画像を推定する深度情報推定手段とを更に含み、
前記事前確率画像抽出手段は、前記顕著度画像抽出手段によって抽出された前記顕著度画像に基づいて、前記事前確率画像を抽出し、
前記深度特徴量尤度算出手段は、前記深度情報推定手段によって推定された前記深度画像の前記深度特徴量尤度を算出する請求項１又は２記載の物体領域検出装置。
【請求項４】
事前確率画像抽出手段によって、入力画像の各位置が物体領域である事前確率を示す事前確率画像を、前記入力画像における顕著な特性を有する度合いを示す顕著度画像に基づいて抽出するステップと、
画像特徴量尤度算出手段によって、前記入力画像の物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる画像特徴量の尤度を示す画像特徴量尤度を、前記入力画像、前記顕著度画像、及び前記事前確率画像の少なくとも１つに基づいて算出するステップと、
深度特徴量尤度算出手段によって、前記入力画像に対応し、かつ、深度情報を表示する画像である深度画像に基づいて、物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる、深度情報の尤度を示す深度特徴量尤度を、前記深度画像、前記顕著度画像、及び前記事前確率画像の少なくとも１つに基づいて算出するステップと、
特徴量尤度統合手段によって、前記画像特徴量尤度および前記深度特徴量尤度を統合した統合特徴量尤度を算出するステップと、
物体領域画像抽出手段によって、前記入力画像、前記事前確率画像および前記統合特徴量尤度から、前記入力画像の物体領域を示す物体領域画像を抽出するステップと、
を含み、
前記特徴量尤度統合手段によって算出するステップは、物体領域に含まれる前記画像特徴量の尤度と前記深度情報の尤度とを予め定めた深度情報の重みに基づいて統合し、背景領域に含まれる前記画像特徴量の尤度と前記深度情報の尤度とを、前記物体領域の尤度を統合する際に用いた重みとは異なるように予め定めた深度情報の重みに基づいて統合することにより、物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる、前記画像特徴量及び前記深度情報の組み合わせの尤度を示す前記統合特徴量尤度を、物体領域と背景領域でそれぞれ算出する物体領域検出方法。
【請求項５】
前記特徴量尤度統合手段によって算出するステップは、以下の式を用いて、前記統合特徴量尤度を、物体領域と背景領域でそれぞれ算出する請求項４記載の物体領域検出方法。
【数２】
0005766620.tif 000020
ここで、ｉ＝１,２であり、ｉ＝１ならば物体領域であり、ｉ＝２ならば背景領域であることを示し、ψi（ｃ（ｘ,ｔ）,ｔ）は物体領域または背景領域の画像特徴量尤度、ｖi（ｚ（ｘ,ｔ）,ｔ）は物体領域または背景領域の深度特徴量尤度であり、φiは統合特徴量尤度の対数を取って−１をかけた数量であり、αi（i=1,2）はあらかじめ定められた定数である。
【請求項６】
顕著度画像抽出手段によって、入力画像から、前記顕著度画像を抽出するステップと、
深度情報推定手段によって、前記入力画像から、前記深度特徴量を抽出し、前記深度特徴量と予め学習された深度情報推定モデルとに基づいて、前記入力画像に対応する深度画像を推定するステップとを更に含み、
前記事前確率画像抽出手段によって抽出するステップは、前記顕著度画像抽出手段によって抽出された前記顕著度画像に基づいて、前記事前確率画像を抽出し、
前記深度特徴量尤度算出手段によって算出するステップは、前記深度情報推定手段によって推定された前記深度画像の前記深度特徴量尤度を算出する請求項４又は５記載の物体領域検出方法。
【請求項７】
コンピュータを、請求項１〜請求項３の何れか１項記載の物体領域検出装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体領域検出装置、方法、及びプログラムに係り、特に、入力画像から、物体領域を検出する物体領域検出装置、方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像や映像から、人物・動物・物体など興味の対象である領域（以下、「物体領域」という）を、背景などの物体領域以外の領域（以下、「背景領域」という）と区別して抽出する領域分割技術は、クロマキーなどを利用しない自由な画像映像合成、背景領域の変動に頑健な物体認識・画像映像検索、領域の重要性に応じてビットレートを調整可能な画像映像符号化など、応用範囲の広い重要な技術である。また、物体領域抽出技術として、画像領域分割をある種の統計モデルに対する事後確率最大化問題として定式化し、事後確率最大化問題を統計モデルと等価なグラフの最小カットを求めることによって解決する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５８９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１を含めた数多くの先行技術では、物体領域を同定するための特徴として、色やテクスチャなどのアピアランスに基づく情報のみが用いられてきた。そのため、上記特許文献１に記載の技術では、物体領域と類似するアピアランスを持つ背景下で物体領域抽出を行う場合、物体のみではなく類似アピアランスの背景をも切り出してしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、物体領域と類似するアピアランスを持つ背景下であっても、より頑健に安定して、物体領域を検出することができる物体領域検出装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明に係る物体領域検出装置は、入力画像の各位置が物体領域である事前確率を示す事前確率画像を、前記入力画像における顕著な特性を有する度合いを示す顕著度画像に基づいて抽出する事前確率画像抽出手段と、前記入力画像の物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる画像特徴量の尤度を示す画像特徴量尤度を、前記入力画像、前記顕著度画像、及び前記事前確率画像の少なくとも１つに基づいて算出する画像特徴量尤度算出手段と、前記入力画像に対応し、かつ、深度情報を表示する画像である深度画像に基づいて、物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる、深度情報の尤度を示す深度特徴量尤度を、前記深度画像、前記顕著度画像、及び前記事前確率画像の少なくとも１つに基づいて算出する深度特徴量尤度算出手段と、前記画像特徴量尤度および前記深度特徴量尤度を統合した統合特徴量尤度を算出する特徴量尤度統合手段と、前記入力画像、前記事前確率画像および前記統合特徴量尤度から、前記入力画像の物体領域を示す物体領域画像を抽出する物体領域画像抽出手段と、を含んで構成されている。また、前記特徴量尤度統合手段は、物体領域に含まれる前記画像特徴量の尤度と前記深度情報の尤度とを予め定めた深度情報の重みに基づいて統合し、背景領域に含まれる前記画像特徴量の尤度と前記深度情報の尤度とを、前記物体領域の尤度を統合する際に用いた重みとは異なるように予め定めた深度情報の重みに基づいて統合することにより、物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる、前記画像特徴量及び前記深度情報の組み合わせの尤度を示す前記統合特徴量尤度を、物体領域と背景領域でそれぞれ算出する。
【０００７】
本発明に係る物体領域検出方法は、事前確率画像抽出手段によって、入力画像の各位置が物体領域である事前確率を示す事前確率画像を、前記入力画像における顕著な特性を有する度合いを示す顕著度画像に基づいて抽出するステップと、画像特徴量尤度算出手段によって、前記入力画像の物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる画像特徴量の尤度を示す画像特徴量尤度を、前記入力画像、前記顕著度画像、及び前記事前確率画像の少なくとも１つに基づいて算出するステップと、深度特徴量尤度算出手段によって、前記入力画像に対応し、かつ、深度情報を表示する画像である深度画像に基づいて、物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる、深度情報の尤度を示す深度特徴量尤度を、前記深度画像、前記顕著度画像、及び前記事前確率画像の少なくとも１つに基づいて算出するステップと、特徴量尤度統合手段によって、前記画像特徴量尤度および前記深度特徴量尤度を統合した統合特徴量尤度を算出するステップと、物体領域画像抽出手段によって、前記入力画像、前記事前確率画像および前記統合特徴量尤度から、前記入力画像の物体領域を示す物体領域画像を抽出するステップと、を含む。また、前記特徴量尤度統合手段によって算出するステップは、物体領域に含まれる前記画像特徴量の尤度と前記深度情報の尤度とを予め定めた深度情報の重みに基づいて統合し、背景領域に含まれる前記画像特徴量の尤度と前記深度情報の尤度とを、前記物体領域の尤度を統合する際に用いた重みとは異なるように予め定めた深度情報の重みに基づいて統合することにより、物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる、前記画像特徴量及び前記深度情報の組み合わせの尤度を示す前記統合特徴量尤度を、物体領域と背景領域でそれぞれ算出する。
【０００８】
本発明によれば、事前確率画像抽出手段によって、入力画像の各位置が物体領域である事前確率を示す事前確率画像を、前記入力画像における顕著な特性を有する度合いを示す顕著度画像に基づいて抽出する。画像特徴量尤度算出手段によって、前記入力画像の物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる画像特徴量の尤度を示す画像特徴量尤度を、前記入力画像、前記顕著度画像、及び前記事前確率画像の少なくとも１つに基づいて算出する。
【０００９】
そして、深度特徴量尤度算出手段によって、前記入力画像に対応し、かつ、深度情報を表示する画像である深度画像に基づいて、物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる、深度情報の尤度を示す深度特徴量尤度を、前記深度画像、前記顕著度画像、及び前記事前確率画像の少なくとも１つに基づいて算出する。特徴量尤度統合手段によって、前記画像特徴量尤度および前記深度特徴量尤度を統合した統合特徴量尤度を算出する。
【００１０】
そして、物体領域画像抽出手段によって、前記入力画像、前記事前確率画像および前記統合特徴量尤度から、前記入力画像の物体領域を示す物体領域画像を抽出する。
【００１１】
このように、画像特徴量尤度および前記深度特徴量尤度を統合した統合特徴量尤度を算出して、入力画像の物体領域を示す物体領域画像を抽出することにより、物体領域と類似するアピアランスを持つ背景下であっても、より頑健に安定して、物体領域を検出することができる。
【００１２】
本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記の物体領域検出装置の各手段として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明の物体領域検出装置、方法、及びプログラムによれば、画像特徴量尤度および前記深度特徴量尤度を統合した統合特徴量尤度を算出して、入力画像の物体領域を示す物体領域画像を抽出することにより、物体領域と類似するアピアランスを持つ背景下であっても、より頑健に安定して、物体領域を検出することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】入力画像から物体領域画像を生成する流れを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る物体領域検出装置の構成を示す概略図である。
【図３】（Ａ）事前確率画像抽出部の構成を示す図、及び（Ｂ）画像特徴量尤度算出部の構成を示す図である。
【図４】深度特徴量尤度算出部の構成を示す図である。
【図５】物体領域画像抽出部の構成を示す図である。
【図６】深度情報推定モデル構築部の処理内容を示す図である。
【図７】振動情報推定部の処理内容を示す図である。
【図８】物体領域抽出グラフの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
[第１の実施の形態]
【００１７】
以下、本発明の第１の実施形態に係る物体領域検出装置１０００について図面を参照して説明する。なお、本実施形態（後述する第２の実施形態も同様）においては、領域分割を画像顕著性に基づいて実現するため、以下、「顕著領域」と「物体領域」とを同義で用い、「非顕著領域」と「背景領域」とを同義で用いる。また、以下の説明において、式中の文字上部に￣が付いた文字は、文中において文字の前に￣を記載して示す。
【００１８】
また、式中の文字上部に〜が付いた文字は、文中において文字の前に〜を記載して示す。
【００１９】
物体領域検出装置１０００は、図１に示すように、外部から入力画像を取得し、当該入力画像から物体領域を抽出した物体領域画像を生成し、外部に出力する。
【００２０】
物体領域検出装置１０００は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、プログラムを記憶したＲＯＭとを備えたコンピュータで構成され、機能的には次に示すように構成されている。図２に示すように、物体領域検出装置１０００は、入力部１００と、演算部２００と、出力部３００とを備えている。
【００２１】
入力部１００は、入力された検出対象の入力画像を受け付ける。
【００２２】
演算部２００は、図２に示すように、顕著度画像抽出部１、事前確率画像抽出部２、画像特徴量尤度算出部３、深度特徴量尤度算出部４、特徴量尤度統合部５、及び物体領域画像抽出部６を備える。事前確率画像抽出部２は、図３（Ａ）に示すように、物体領域事前確率画像生成部２１および物体領域事前確率画像更新部２２を備える。画像特徴量尤度算出部３は、図３（Ｂ）に示すように、画像特徴量抽出部３１、物体領域画像特徴量尤度算出部３２、背景領域画像特徴量尤度算出部３３、及び画像特徴量尤度出力部３４を備える。物体領域画像特徴量尤度算出部３２は、物体領域画像特徴量尤度生成部３２１および物体領域画像特徴量尤度更新部３２２を備える。背景領域画像特徴量尤度算出部３３は、背景領域画像特徴量尤度生成部３３１および背景領域画像特徴量尤度更新部３３２を備える。深度特徴量尤度算出部４は、図４に示すように、深度情報推定モデル構築部４１、深度情報推定部４２、物体領域深度特徴量尤度算出部４３、及び背景領域深度特徴量尤度算出部４４、及び深度特徴量尤度出力部４５を備えている。深度情報推定モデル構築部４１は、学習画像データベース４１０、深度情報推定特徴量抽出部４１１、及び深度情報推定モデル決定部４１２を備える。深度情報推定部４２は、深度情報推定特徴量抽出部４２１及び推定深度情報算出部４２２を備える。物体領域深度特徴量尤度算出部４３は、物体領域深度特徴量尤度生成部４３１及び物体領域深度特徴量尤度更新部４３２を備える。背景領域深度特徴量尤度算出部４４は、背景領域深度特徴量尤度生成部４４１及び背景領域深度特徴量尤度更新部４４２を備える。物体領域画像抽出部６は、図５に示すように、物体領域抽出グラフ生成部６１および物体領域抽出グラフ分割部６２を備える。
【００２３】
顕著度画像抽出部１は、入力画像を取得する。顕著度画像抽出部１は、入力画像の中で顕著な特性を持つ度合いである顕著度を示す画像である顕著度画像を抽出する。顕著度画像抽出部１は、抽出した顕著度画像を事前確率画像抽出部２に出力（供給）する。
【００２４】
顕著度画像抽出部１は、従来既知の手法を用いて、入力画像から、顕著度画像を抽出すればよく、例えば、特許文献１に記載した注目度映像抽出方法と同様の手法を用いることができる。この場合には、入力が映像となるため、入力部１００により、入力画像を複製して時系列に並べることで、入力映像を生成すればよい。また、注目度映像抽出方法により抽出された注目度映像の各フレームを、顕著度画像として用いればよい。
【００２５】
あるいは、顕著度画像抽出部１は、特許文献２（特開２００９−２５９０３５号公報）、特許文献３（特開２００９−１７８０３４号公報）、特許公報４(特開２０１０−２５７３４４号公報)に記載した手法を用いてもよい。
【００２６】
本実施形態では、特許文献１に記載した注目度映像抽出方法で算出される基礎注目度画像を￣Ｓ（ｔ）と表わし、視線位置確率密度画像をＸ（ｔ）と表わすこととする。
【００２７】
事前確率画像抽出部２は、入力映像を構成する各フレームである入力画像の各位置が顕著領域である確率を示す事前確率画像を抽出する。具体的には、事前確率画像抽出部２は、顕著度画像および物体領域画像抽出部６によって抽出された物体領域画像から、入力画像の各位置が物体領域である確率を表示する事前確率画像を抽出する。換言すれば、事前確率画像抽出部２は、入力画像の各位置が物体領域である確率を示す事前確率画像を、顕著度画像抽出部１によって抽出された顕著度画像および物体領域画像抽出部６によって抽出された当該入力画像に対応する物体領域画像に基づいて抽出する。事前確率画像抽出部２は、抽出した事前確率画像を画像特徴量尤度算出部３、深度特徴量尤度算出部４、および物体領域画像抽出部６に出力する。事前確率画像抽出部２が事前確率画像を抽出する方法は特に限定しないが、本実施形態においては、物体領域事前確率画像生成部２１と物体領域事前確率画像更新部２２とによって抽出する方法について説明する。
【００２８】
物体領域事前確率画像生成部２１は、顕著度画像を入力し、顕著度画像のみから事前確率画像を生成する。物体領域事前確率画像生成部２１が顕著度画像から事前確率画像を生成する方法は特に限定しないが、本実施形態においては、混合ガウス分布モデルを利用した方法について説明する。
【００２９】
物体領域事前確率画像生成部２１は、まず、時刻ｔの顕著度画像（即ち、基礎注目度画像￣Ｓ（ｔ）若しくは視線位置確率密度画像Ｘ（ｔ））が、それぞれ中心位置〜ｘｊ（ｔ）・共分散行列〜Σｓ，ｊ（ｔ）（ｊ＝１，２，・・・，Ｍｓ）を持ち、混合比が〜ηｓ，ｊ（ｔ）であるＭｓ個のガウス分布の混合によって構成されていると仮定し、そのモデルパラメータ（即ち、Ｍｓ個の中心位置、共分散行列、混合比）を顕著度画像から推定する。推定方法の具体例は、以下の２つである。
【００３０】
（推定方法１）
ＥＭアルゴリズムを用いて導出する。このとき、ＥＭアルゴリズムに与える各サンプルは顕著度画像のある特定の位置ｘに対応し、位置ｘにおける画素値と等しい値の重みを持つことに注意する。ＥＭアルゴリズムによる混合ガウス分布パラメータの推定は、下記式（１）〜下記式（４）をｋ＝１，２，・・・で繰り返すことによって行われ、各パラメータが収束した時点で手順を打ち切り、パラメータを固定する。
【００３１】
【数１】
0005766620.tif 000002
【００３２】
ここで、ｇ（ｘ；〜ｘ，Σ）は多次元正規分布であり、次元数がＤとするときには下記式（５）で定義される。
【００３３】
【数２】
0005766620.tif 000003
【００３４】
また、視線位置確率密度画像Ｘ（ｔ）の位置ｘにおける画素値を、位置ｘをＥＭアルゴリズムのサンプルとみなしたときの重みとして利用していることから、ここではｗｘ（ｔ）と表現している。
【００３５】
（推定方法２）
注目度画像の画素値の極大値をＭｓ個検出し、極大値となる位置を中心位置〜ｘｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｍｓ）として定め、その位置の顕著度画像の画素値を混合比〜ηｓ，ｊ（ｔ）とする。共分散行列〜Σｓ，ｊ（ｔ）については、第１の推定方法と同様にして求めるか、予め定めておいた値を利用する。
【００３６】
以上のようにして、物体領域事前確率画像生成部２１は、顕著度画像から混合ガウス分布のモデルパラメータを推定し、事前確率画像を生成する。具体的には、物体領域事前確率画像生成部２１は、モデルパラメータの１つである混合比を、その最大値が１と等しくなるように正規化し、その後に各位置における混合ガウス分布の確率を計算して、当該位置の事前確率画像￣Ξ１の画素値ξ１（ｘ，ｔ）とする（下記式（６））。
【数３】
0005766620.tif 000004
【００３７】
上記の実施形態では、全ての位置において混合ガウス分布を用いた方法によって事前確率画像を生成しているが、物体領域が画像の中心位置に存在しやすいことを考慮してもよい。この場合には、事前確率画像を第１の実施形態と同様に生成した後、画像の左右両端もしくは上下左右の端の一定領域のピクセル値を強制的に０とする。当該方法は、画像の端に物体領域が存在する可能性を排除することを意味している。若しくは、事前確率画像を第１の実施形態と同様に生成した後、画像の中心位置からの距離に比例する重みを事前確率画像に掛け合わせ、その出力を新たに事前確率画像とする実施形態も考えられる。上記の通り、物体領域事前確率画像生成部２１は、事前確率画像￣Ξ１（ｔ）を生成し出力する。
【００３８】
物体領域事前確率画像更新部２２は、物体領域画像を用いて物体領域事前確率画像生成部２１によって生成された事前確率画像を更新する。即ち、物体領域事前確率画像更新部２２は、物体領域事前確率画像生成部２１によって生成された事前確率画像、および、物体領域画像抽出部６によって抽出された物体領域画像を入力し、物体領域画像を用いて事前確率画像を更新する。物体領域事前確率画像更新部２２が事前確率画像を更新する方法は特に限定しないが、本実施形態においては、カルマンフィルタの原理を利用する方法について説明する。
【００３９】
現時点（時刻ｔ）の事前確率画像Ξ１（ｔ）（確率変数）の位置ｘにおける画素値ξ１（ｘ，ｔ）（確率変数）が、現時点の更新前事前確率画像￣Ξ１（ｔ）の位置ｘにおける画素値￣ξ１（ｘ，ｔ）、および、１時点前（時刻ｔ−１）の物体領域画像Ａ（ｔ−１）の位置ｘにおける画素値ａ（ｘ，ｔ−１）について、下記式（７）（８）を満たしているものとする。
【００４０】
【数４】
0005766620.tif 000005
【００４１】
ここで、θ＝（σ１，σ２）はあらかじめ与えられるパラメータである。またｆ（・） は、物体領域画像の画素値を実数値に変換する関数であり、例えば、下記式（９）（１０）のように設定する。
【００４２】
【数５】
0005766620.tif 000006
【００４３】
ただし、￣ａ（０≦￣ａ≦１／２）は予め定められたパラメータである。
【００４４】
このとき、物体領域事前確率画像更新部２２は、現時点の事前確率画像Ξ１（ｔ）の位置ｘにおける画素値ξ１（ｘ，ｔ）を、カルマンフィルタの原理を利用することにより、下記式（１１）（１２）によって更新する。
【００４５】
【数６】
0005766620.tif 000007
【００４６】
なお、σ2ξ1（ｔ）は、各時刻の物体領域事前確率の分散である。
【００４７】
上記の実施形態では、各時刻の事前確率画像を保持しているが、この分散を次の時刻での更新の際に利用しなくてもよい。即ち、上記式（１１）（１２）に、下記式（１３）を追加してもよい。
【００４８】
【数７】
0005766620.tif 000008
【００４９】
上記の通り、物体領域事前確率画像更新部２２は、事前確率画像￣Ξ１（ｔ） をΞ１（ｔ）に更新し、更新後の事前確率画像Ξ１（ｔ）を出力する。
【００５０】
上記の通り、事前確率画像抽出部２は、上記図１に示すように、事前確率画像Ξ１（ｔ）を抽出（生成、更新）し、出力する。
【００５１】
画像特徴量尤度算出部３は、入力画像の物体領域および背景領域の領域にそれぞれ含まれる画像特徴量の尤度を示す特徴量尤度を算出する。具体的には、画像特徴量尤度算出部３は、特徴量尤度を、入力画像、顕著度画像、事前確率画像抽出部２によって抽出された事前確率画像、及び物体領域画像抽出部６によって抽出された物体領域画像の少なくとも１つに基づいて算出する。例えば、画像特徴量尤度算出部３は、入力画像、事前確率画像、物体領域画像、及び前回までに算出した画像特徴量尤度から、画像特徴量尤度を算出する。画像特徴量尤度算出部３は、算出した画像特徴量尤度を物体領域画像抽出部６に出力する。画像特徴量尤度算出部３が画像特徴量尤度を算出する方法は特に限定しないが、本実施形態においては、画像特徴量抽出部３１と物体領域画像特徴量尤度算出部３２と背景領域画像特徴量尤度算出部３３と画像特徴量尤度出力部３４とによって算出する方法について説明する。
【００５２】
画像特徴量抽出部３１は、入力画像から、画像特徴量（例えば、ＲＧＢ値）を抽出する。
【００５３】
物体領域画像特徴量尤度算出部３２は、物体領域に含まれる画像特徴量の尤度を示す物体領域特徴量尤度を、入力画像、事前確率画像、物体領域画像および前回迄に算出した物体領域画像特徴量尤度のうち少なくとも１つに基づいて算出する。物体領域画像特徴量尤度算出部３２が物体領域画像特徴量尤度を算出する方法は特に限定しないが、本実施形態においては、物体領域画像特徴量尤度生成部３２１と物体領域画像特徴量尤度更新部３２２とによって算出する方法について説明する。
【００５４】
物体領域画像特徴量尤度生成部３２１は、入力画像の画像特徴量、事前確率画像および物体領域画像に基づいて物体領域画像特徴量尤度を新たに生成（算出）し、出力する。物体領域画像特徴量尤度生成部３２１が物体領域画像特徴量尤度を生成する方法は、特に限定しないが、本実施形態においては、混合ガウス分布モデルを利用した方法について説明する。
【００５５】
物体領域画像特徴量尤度生成部３２１は、まず、時刻ｔにおいて、物体領域に特有の画像特徴量の確率分布である物体領域画像特徴量確率が、それぞれ平均〜ｃｊ（ｔ）・共分散行列〜Σｆ，ｊ（ｔ）（ｊ＝ １，２，・・・，Ｍｆ）を持ち、混合比が〜ηｆ，ｊ（ｔ）であるＭｆ個のガウス分布の混合によって構成されていると仮定し、これらのモデルパラメータを、事前確率画像の画素値で重み付けした入力画像の画素値から推定する。モデルパラメータの推定には、例えばＥＭアルゴリズムを用いる。具体的には、下記式（１４）〜下記式（１７）をｋ＝１，２，・・・ で繰り返すことによって行われ、各パラメータが収束した時点で手順を打ち切り、パラメータを固定する。
【００５６】
【数８】
0005766620.tif 000009
【００５７】
ただし、ｊ＝１，２，・・・，Ｍfである。
【００５８】
ここで、入力画像の位置ｘにおける画素値は、ＲＧＢの３次元ベクトルとしてｃ（ｘ， ｔ）で表現される。上記のようにして、物体領域画像特徴量尤度生成部３２１は、推定した混合ガウス分布のモデルパラメータから、物体領域画像特徴量尤度を算出する。具体的には、推定したモデルパラメータで特徴付けられる混合ガウス分布を尤度とする下記式（１８）によって算出する。
【００５９】
【数９】
0005766620.tif 000010
【００６０】
上記の通り、物体領域画像特徴量尤度生成部３２１は、物体領域画像特徴量尤度￣ψ１（ｃ， ｔ）を生成（算出）し、出力する。
【００６１】
物体領域画像特徴量尤度更新部３２２は、物体領域画像特徴量尤度生成部３２１によって生成された物体領域画像特徴量尤度を更新する。具体的には、物体領域画像特徴量尤度更新部３２２は、入力画像、物体領域画像および前回迄に更新した更新後の物体領域画像特徴量尤度のうち少なくとも１つに基づいて、物体領域画像特徴量尤度生成部３２１によって生成された物体領域画像特徴量尤度を更新する。物体領域画像特徴量尤度更新部３２２が物体領域画像特徴量尤度を更新する方法は特に限定しないが、本実施形態においては、以下の２通りの方法を説明する。
【００６２】
（更新方法１）
【００６３】
２種類の物体領域画像特徴量尤度を混合することによって更新する。具体的には、求めるべき現時点（時刻ｔ）の物体領域画像特徴量尤度ψ１（ｃ，ｔ）を、物体領域画像特徴量尤度生成部３２１から出力された更新前の物体領域画像特徴量尤度￣ψ１（ｃ，ｔ）、および、１時点前（時刻ｔ−１）の物体領域画像特徴量尤度ψ１（ｃ，ｔ−１）を、あらかじめ定められた混合比λｃにて混合する下記式（１９）によって計算する。φ
【００６４】
【数１０】
0005766620.tif 000011
【００６５】
（更新方法２）
１時点前（時刻ｔ−１）の物体領域画像Ａ（ｔ−１）に基づいて、１時点前の物体領域画像特徴量尤度ψ１（ｃ，ｔ−１）を更新した上で第１の実施形態と同様の方法を実施する。具体的には、１時点前の物体領域画像Ａ（ｔ−１）において物体領域であるとされた領域（下記式（２０）によって示される物体領域Ａｏｂｊ（ｔ））を取り出し、物体領域Ａｏｂｊ（ｔ）にある入力画像中の画素値から、物体領域画像特徴量尤度生成部３２１に示した方法と同様の方法で物体領域画像特徴量尤度ψ１（ｃ，ｔ−１）を再学習する。但し、本実施形態では、重みとして、事前確率画像に代えて物体領域画像を用いるものとする。１時点前の物体領域画像特徴量尤度ψ１（ｃ，ｔ−１）を再学習した後、第１の実施形態と同様の方法により、現在の物体領域画像特徴量尤度ψ１（ｃ，ｔ）を生成する。
【００６６】
【数１１】
0005766620.tif 000012
【００６７】
上記の通り、物体領域画像特徴量尤度更新部３２２は、物体領域画像特徴量尤度￣ψ１（ｃ，ｔ）をψ１（ｃ，ｔ）に更新し、出力する。上記の通り、物体領域画像特徴量尤度算出部３２は、物体領域画像特徴量尤度ψ１（ｃ，ｔ） を算出し、出力する。
【００６８】
背景領域画像特徴量尤度算出部３３は、背景領域に含まれる画像特徴量の尤度を示す背景領域画像特徴量尤度を、入力画像の画像特徴量、事前確率画像、物体領域画像および前回迄に算出した背景領域画像特徴量尤度のうち少なくとも１つに基づいて算出する。背景領域画像特徴量尤度算出部３３が背景領域画像特徴量尤度を算出する方法は特に限定しないが、本実施形態においては、背景領域画像特徴量尤度生成部３３１と背景領域画像特徴量尤度更新部３３２とによって算出する方法について説明する。
【００６９】
背景領域画像特徴量尤度生成部３３１は、入力画像の画像特徴量、事前確率画像および物体領域画像に基づいて背景領域画像特徴量尤度を新たに生成（算出）し、出力する。背景領域画像特徴量尤度生成部３３１が背景領域画像特徴量尤度を生成する方法は特に限定しないが、本実施形態においては、混合ガウス分布モデルを利用した方法について説明する。当該方法は、前述の物体領域画像特徴量尤度生成部３２１の方法とほぼ同様であるが、事前確率画像に代えて、事前確率画像Ξ１（ｔ）の各画素値ξ１（ｘ，ｔ）をある規則に従って変換して生成した画像である背景領域事前確率画像Ξ２（ｔ）を用いるものとする。当該変換規則として、例えば以下の２つの方法が考えられる。
【００７０】
（方法１）
背景領域事前確率画像（ｆ）の位置ｘにおける画素値ξ２（ｘ，ｔ）を、１−ξ１（ｘ，ｔ）に変換する。
【００７１】
（方法２）
ξ１（ｘ，ｔ）＝０である位置ｘのみ、その位置の背景領域事前確率画像（ｆ）の画素値を１とする。それ以外の位置は、画素値を０とする。
【００７２】
上記の通り、背景領域画像特徴量尤度生成部３３１は、背景領域画像特徴量尤度￣ψ２（ｃ，ｔ）を生成（算出）し、出力する。
【００７３】
背景領域画像特徴量尤度更新部３３２は、背景領域画像特徴量尤度生成部３３１によって生成された背景領域画像特徴量尤度を更新する。具体的には、背景領域画像特徴量尤度更新部３３２は、入力画像の画像特徴量、背景領域画像および前回迄に更新した更新後の背景領域画像特徴量尤度のうち少なくとも１つに基づいて、背景領域画像特徴量尤度生成部３３１によって生成された背景領域画像特徴量尤度を更新する。なお、背景領域画像は、事前確率画像抽出部２によって抽出される背景領域に係る画像である。背景領域画像特徴量尤度更新部３３２が背景領域画像特徴量尤度を更新する方法は、物体領域画像特徴量尤度更新部３２２の方法と同様である。但し、事前確率画像に代えて背景領域事前確率画像を、物体領域画像特徴量尤度に代えて背景領域画像特徴量尤度を、物体領域に代えて背景領域（下記式（２１）によって示される物体領域Ａｂｋｇ（ｔ））を用いる。
【００７４】
【数１２】
0005766620.tif 000013
【００７５】
上記の通り、背景領域画像特徴量尤度更新部３３２は、背景領域画像特徴量尤度ψ２（ｃ，ｔ）を更新し、更新後の背景領域画像特徴量尤度を出力する。上記の通り、背景領域画像特徴量尤度算出部３３は、背景領域画像特徴量尤度ψ２（ｃ，ｔ）を抽出し、出力する。
【００７６】
画像特徴量尤度出力部３４は、物体領域画像特徴量尤度および背景領域画像特徴量尤度を加算して画像特徴量尤度として出力する。
【００７７】
深度特徴量尤度算出部４は、入力画像、事前確率画像抽出部２の出力である事前確率画像を入力し、入力画像の物体領域及び背景領域のそれぞれに含まれる深度情報の尤度を示す深度特徴量尤度を算出し、深度特徴量尤度を出力する。本実施形態においては、深度情報推定モデル構築部４１、深度情報推定部４２、物体領域深度特徴量尤度算出部４３、背景領域深度特徴量尤度算出部４４、及び深度特徴量尤度出力部４５で構成される方法について説明する。
【００７８】
深度情報推定モデルを構築する処理を俯瞰する図を、図６に示し、深度情報を推定する処理を俯瞰する図を図７に示す。
【００７９】
なお、深度情報が入力画像と同時に獲得できる場合には、深度情報推定モデル構築部４１及び深度情報推定部４２による処理を行う必要はない。深度情報が入力画像と同時に獲得できない場合には、深度情報推定モデル構築部４１及び深度情報推定部４２による処理を行う。
【００８０】
深度情報推定モデル構築部４１は、あらかじめ用意された画像集合である学習画像集合、及び学習画像集合の各要素である学習画像と同時に取得した深度画像の集合である学習深度画像集合を入力し、画像から深度情報を推定するためのモデルである深度情報推定モデルを推定し、深度情報推定モデルを出力する。深度情報推定モデル構築部４１は、学習画像データベース４１０、深度情報推定特徴量抽出部４１１、及び深度情報推定モデル決定部４１２で構成される。深度画像は、対応する画像の各画素の深度情報（奥行き情報）を、各画素の画素値とした画像である。
【００８１】
深度情報推定特徴量抽出部４１１は、学習画像データベース４１０に記憶された学習画像集合を入力し、学習画像それぞれから、深度情報を推定するための画像特徴量である学習深度情報推定特徴量を抽出し、学習深度情報推定特徴量を出力する。
【００８２】
深度情報推定特徴量抽出部４１１はまず、各学習画像から輝度情報だけを抽出し、学習輝度画像を作成する．
【００８３】
次に、各学習輝度画像にいくつかのフィルタをかけ、その出力である学習フィルタ画像を作成する。フィルタの種類と数は特に限定されるものではないが、本実施形態では、上記図６に示すように、９つの3×3 Law’s masksと6つの5×5 gradient masksをフィルタとして採用し、計１５個のフィルタを個別に学習輝度画像に畳み込むことで、１５枚の学習フィルタ画像を得る。
【００８４】
最後に、各学習フィルタ画像の各画素から特徴量を取り出し、これを統合したものを学習深度情報推定特徴量とする。特徴量の取り出し方は特に限定されるものではないが、本実施形態では、上記図６に示すように、各学習フィルタ画像の当該画素の値とその自乗、隣接４近傍の画素値とその自乗、当該画素を中心とする3×3画素の値の平均値と自乗値の平均値、その隣接４近傍の3×3領域の画素値の平均と自乗値の平均、及び当該画素と同一の横位置にある領域を縦に4分割した各領域の画素置の平均と自乗値の平均を、特徴量として採用する。これにより、深度情報推定特徴量は、420次元（フィルタ15種類×（領域の大きさ2種類×値を取得する画素位置5種類＋同一横位置の分割数4種類）×自乗の有無2種類）のベクトルとして表現される。
【００８５】
深度情報推定モデル決定部４１２は、学習深度情報推定特徴量、及び学習画像データベース４１０に記憶された学習深度画像を入力し、あらかじめ与えられたモデル形式に学習深度情報推定特徴量と学習深度画像を当てはめることで、このモデル形式のモデルパラメータを推定し、モデルパラメータを深度情報推定モデルとして出力する。
【００８６】
モデル形式及びモデルパラメータの推定方法は特に限定されるものではないが、本実施形態では、モデル形式として、学習深度情報推定特徴量の各次元の重み付き和によって当該画素の深度情報を推定する線形回帰モデルを採用し、モデルパラメータをリッジ回帰と呼ばれる方法により求める。具体的には、以下の式（２２）に従ってモデルパラメータwを推定する。
【００８７】
【数１３】
0005766620.tif 000014
【００８８】
ここで、Ωは画素の集合、~Zxは画素xにおける学習深度画像の画素値、Ｆxは画素xにおける学習深度情報推定特徴量、λはあらかじめ与えられた定数である。モデルパラメータが学習深度情報推定特徴量と同じ次元数（420次元）を持つベクトルとして表現されることに注意する。
【００８９】
深度情報推定部４２は、入力画像、及び予め用意された深度情報推定モデルを入力し、入力画像に対する深度画像を推定し、深度画像を出力する。深度情報推定部４２は、深度情報推定特徴量抽出部４２１及び推定深度情報算出部４２２で構成される。
【００９０】
深度情報推定特徴量抽出部４２１は、入力画像の各画素から、上述した深度情報推定特徴量を抽出する。推定深度情報算出部４２２は、抽出した各画素の深度情報推定特徴量と、深度情報推定モデル決定部４１２によって予め求められたモデルパラメータとに基づいて、入力画像の各画素について深度情報を算出し、各画素の深度情報を表わす深度画像を出力する。
【００９１】
物体領域深度特徴量尤度算出部４３及び背景領域深度特徴量尤度算出部４４は、入力画像を、深度情報推定部４２により出力される深度画像に置き換えた上で、物体領域画像特徴量尤度算出部３２及び背景領域画像特徴量尤度算出部３３とそれぞれ同一の処理を行う。すなわち、物体領域深度特徴量尤度算出部４３は、深度画像、事前確率画像、物体領域画像および前回迄に算出した物体領域深度特徴量尤度のうち少なくとも１つを入力として、物体領域深度特徴量尤度生成部４３１及び物体領域深度特徴量尤度更新部４３２により、物体領域に含まれる深度情報ｚの尤度を示す物体領域深度特徴量尤度ｖ1（ｚ,ｔ）を算出する。背景領域深度特徴量尤度算出部４４は、深度画像、事前確率画像、物体領域画像および前回迄に算出した背景領域深度特徴量尤度のうち少なくとも１つを入力として、背景領域深度特徴量尤度生成部４４１及び背景領域深度特徴量尤度更新部４４２により、背景領域に含まれる深度情報ｚの尤度を示す背景領域深度特徴量尤度ｖ2（ｚ,ｔ）を算出する。なお、入力画像の位置ｘにおける深度情報は、ｚ（ｘ，ｔ）で表現される。
【００９２】
深度特徴量尤度出力部４５は、物体領域深度特徴量尤度および背景領域深度特徴量尤度を加算して深度特徴量尤度として出力する。
【００９３】
なお、深度情報推定モデル構築部４１及び深度情報推定部４２の１つの実現形態として、非特許文献１（A.Saxena et al, “Learning Depth from Single Monocular Images,” In Neural Information Processing Systems (NIPS) 18, 2005.）に記載の方法を用いてもよい。
【００９４】
特徴量尤度統合部５は、画像特徴量尤度、深度特徴量尤度、及び物体領域画像を入力し、物体領域及び背景領域の各々について、画像特徴量と深度特徴量の双方を考慮するように尤度を統合し、統合した尤度を統合特徴量尤度として出力する。
【００９５】
特徴量尤度の統合方法は特に限定されるものではないが，本実施形態では、以下の式（）を用いて、特徴量尤度を統合する。
【００９６】
【数１４】
0005766620.tif 000015
【００９７】
ここで、ｉ＝１,２であり、ｉ＝１ならば物体領域であり、ｉ＝２ならば背景領域であることを示す。ψi（ｃ（ｘ,ｔ）,ｔ）は物体領域または背景領域の画像特徴量尤度、ｖi（ｚ（ｘ,ｔ）,ｔ）は物体領域または背景領域の深度特徴量尤度である。また、φ1は統合特徴量尤度の対数を取って−１をかけた数量であり、αi（i=1,2）はあらかじめ定められた定数である。
【００９８】
上記式（２３）では、物体領域について、画像特徴量尤度の対数を取って−１をかけた値と、深度特徴量尤度の対数を取って−１をかけた値とを重み付き加算することにより、φ1を求めている。また、背景領域について、画像特徴量尤度の対数を取って−１をかけた値と、深度特徴量尤度の対数を取って−１をかけた値とを重み付き加算することにより、φ1を求めている。
【００９９】
特徴量尤度統合部５は、物体領域及び背景領域のそれぞれについて、上記の式（２３）で算出されたφ１を用いて、exp（−１×φ１)の値を、統合特徴量尤度（画像特徴量と深度情報の組み合わせの尤度）とし、物体領域及び背景領域のそれぞれの統合特徴量尤度を加算して、統合特徴量尤度として出力する。
【０１００】
物体領域画像抽出部６は、入力画像、事前確率画像および統合特徴量尤度から、入力画像の物体領域を示す物体領域画像を抽出する。物体領域画像抽出部６は、抽出した物体領域画像を事前確率画像抽出部２、画像特徴量尤度算出部３、及び深度特徴量尤度算出部４に出力する。物体領域画像抽出部６が物体領域画像を抽出する方法は特に限定しないが、本実施形態においては、非特許文献２（Y.Boykov and G.F.Lea,“Graph cuts and efficient N-D image segmentation,” International Journal of Computer Vision,Vol.70,No.2,pp.109-131,2006.）に記載の方法を基礎としたグラフカットを用いる方法について説明する。当該方法は、物体領域抽出グラフ生成部６１と、物体領域抽出グラフ分割部６２とによって物体領域画像を抽出する。
【０１０１】
物体領域抽出グラフ生成部６１は、入力画像、事前確率画像および統合特徴量尤度を入力し、物体領域画像を抽出するためのグラフである物体領域抽出グラフを生成し、出力する。
【０１０２】
具体的には、物体領域抽出グラフ生成部６１は、まず、時刻ｔの物体領域抽出グラフＧ（ｔ）の頂点として、入力画像の各位置ｘ∈Ωに対応する頂点と、物体領域・背景領域のラベルにそれぞれ対応する頂点の２種類の頂点を用意する。即ち、頂点は総計画素数＋２個となる。以降、簡単のため、各位置ｘに対応する頂点をｖｘ、物体領域のラベルに対応する頂点をＳＯＵＲＣＥ  Ｓ、背景領域のラベルに対応する頂点をＳＩＮＫ  Ｔとして、それぞれ表現する。また、物体領域抽出グラフの辺として、近傍位置に対応する頂点の間相互に配置される有向辺であるｎ−ｌｉｎｋと、ＳＯＵＲＣＥから各頂点・各頂点からＳＩＮＫにそれぞれ配置される有向辺であるｔ−ｌｉｎｋの２種類の辺を用意する。近傍としては、例えば上下左右の４近傍、若しくはさらに斜め方向を加えた８近傍を考える。このようにして、物体領域抽出グラフは有向グラフとして、例えば、図８に示すような形で構成される。
【０１０３】
次に、物体領域抽出グラフ生成部６１は、物体領域抽出グラフの各辺にコストを与える。ｔ−ｌｉｎｋのコストは、事前確率画像および統合特徴量尤度から算出される。具体的には、ＳＯＵＲＣＥＳから頂点ｖｘへのｔ−ｌｉｎｋのコストＣ（Ｓ，ｖｘ；ｔ）は対応する背景領域事前確率と背景領域の統合特徴量尤度の和で、頂点ｖｘからＳＩＮＫＴへのｔ−ｌｉｎｋのコストＣ（Ｔ，ｖｘ；ｔ）は、対応する物体領域事前確率と物体領域の統合特徴量尤度を用いて、下記式（２４）（２５）のように与えられる。
【０１０４】
【数１５】
0005766620.tif 000016
【０１０５】
一方、ｎ−ｌｉｎｋのコストは、近接画素間の輝度値の類似性に基づいて算出される。具体的には、ある２点ｖｘとｖｙとの間のｎ−ｌｉｎｋのコストＣ（ｖｘ，ｖｙ）は、下記式（２６）で与えられる。
【０１０６】
【数１６】
0005766620.tif 000017
【０１０７】
ただし、λiは、ｎ−ｌｉｎｋとｔ−ｌｉｎｋのコストのバランスを取る目的で導入された定数、Ｉ（ｘ、ｔ）は、時刻ｔ・位置ｘにおける入力画像の輝度である。
【０１０８】
物体領域抽出グラフ分割部６２は、物体領域抽出グラフを入力し、物体領域抽出グラフを分割することで物体領域画像を生成し、出力する。
【０１０９】
具体的には、物体領域抽出グラフ分割部６２は、まず、物体領域抽出グラフに含まれる頂点を、ＳＯＵＲＣＥを含む部分集合とＳＩＮＫを含む部分集合に分割することを考える。このとき、ＳＯＵＲＣＥ側の頂点の部分集合からＳＩＮＫ側の頂点の部分集合へまたがる辺のコストが最も小さくなるように分割する。逆向き、即ち、ＳＩＮＫ側の頂点の部分集合からＳＯＵＲＣＥ側の頂点の部分集合へまたがる辺のコストは考慮しないことに注意する。このような問題は、グラフの最小カット問題と呼ばれ、グラフの最大フロー問題と等価であることが知られている。この最大フロー問題を解く方法として、非特許文献２の他、非特許文献３（L.R.Ford,D.R.Fulkerson:“Maximal flow through a network, ”Canadial Journal of Mathematics,Vol.8,pp.399-404,1956.）に記載の「Ford-Fulkerson algorithm」、非特許文献４（A.V.Goldberg,R.E.Tarjan:“A new approach to the maximum-flow problem,”Journal of the ACM,Vol.35,pp.921-940,1988.）に記載の「Goldberg-Tarjan algorithm」などが一般に広く知られている。
【０１１０】
上記の方法で物体領域抽出グラフを分割した結果、ＳＯＵＲＣＥを含む部分グラフに属した頂点に対応する画素位置を物体領域Ａｏｂｊ（ｔ）に、ＳＩＮＫを含む部分グラフに属した頂点に対応する画素位置を背景領域Ａｂｋｇ（ｔ）に所属させる。物体領域画像は、下記式（２７）に示すように、物体領域に属する位置の画素値を１、背景領域に属する位置の画素値を０とする画像である。
【０１１１】
【数１７】
0005766620.tif 000018
【０１１２】
上記の通り、物体領域抽出グラフ分割部６２は、物体領域画像Ａ（ｘ，ｔ） を抽出し、出力する。物体領域画像抽出部６は、入力映像の各フレーム（各時刻ｔ）の物体領域画像Ａ（ｘ，ｔ）を平均し、平均した物体領域画像を出力部３００により出力する。
【０１１３】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る物体領域検出装置によれば、画像のアピアランス（色やテクスチャなどの見た目）の情報から計算される物体領域および背景領域の尤度と、画像の奥行き情報から計算される物体領域および背景領域の尤度とを統合した統合特徴量尤度を使って、物体領域を抽出することにより、画像のアピアランスとは異なる特徴から得られる、物体の不連続性に関する情報を加味することができ、アピアランスが類似（背景領域に物体領域と類似した色を持つ領域があるなど）している領域があっても精度よく物体領域を抽出することができる。
【０１１４】
また、人間は、シーンの深度情報を暗黙の内に推定し、物体と類似したアピアランスを持つ背景を正しく背景として認識することができる。この知見に基づき、本発明では、画像の深度情報を物体領域抽出に導入し、アピアランスに基づく特徴から得られる情報と統合することにより、より頑健で安定した領域分割を可能にする。
【０１１５】
[第２の実施の形態]
次に、第２の実施の形態に係る物体領域検出装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【０１１６】
第２の実施の形態では、入力画像に対して静止画像のまま処理を行い、物体領域画像を抽出している点が、第１の実施の形態と異なっている。
【０１１７】
第２の実施の形態に係る物体領域検出装置では、特許文献１に記載の基礎注目度画像抽出部のみで、顕著度画像抽出部１を構成する。すなわち、顕著度画像抽出部１は、特許文献１に記載した基礎注目度画像の抽出方法と同様の手法を用いて、基礎注目度画像を顕著度画像として抽出する。この場合、基礎注目度画像の抽出処理は、上記の特許文献２に記載されている基礎注目度画像抽出部の処理と同様である。また、非特許文献７（L. Itti, C. Koch, E. Niebur, A Model of Saliency-Based Visual Attention for Rapid Scene Analysis, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 20, No. 11, pp. 1254-1259, Nov 1998.）にも記載されている。また、入力が静止画像となるため、入力部１００は、入力画像を複製せずに、静止画像のまま、入力画像を顕著度画像抽出部１、画像特徴量尤度算出部３、及び深度特徴量尤度算出部４に出力する。
【０１１８】
また、事前確率画像抽出部２は、物体領域事前確率画像更新部２２を用いずに、物体領域事前確率画像生成部２１のみで構成されている。
【０１１９】
また、物体領域画像特徴量尤度算出部３２は、物体領域画像特徴量尤度更新部３２２を用いずに、物体領域画像特徴量尤度生成部３２１のみで構成されている。背景領域画像特徴量尤度算出部３３は、背景領域画像特徴量尤度更新部３３２を用いずに、背景領域画像特徴量尤度生成部３３１のみで構成されている。
【０１２０】
また、物体領域深度特徴量尤度算出部４３は、物体領域深度特徴量尤度更新部４３２を用いずに、物体領域深度特徴量尤度生成部４３１のみで構成されている。背景領域深度特徴量尤度算出部４４は、背景領域深度特徴量尤度更新部４４２を用いずに、背景領域深度特徴量尤度生成部４４１のみで構成されている。
【０１２１】
事前確率画像抽出部２、物体領域画像特徴量尤度算出部３２、及び物体領域深度特徴量尤度算出部４３は、入力画像に対して、静止画像のまま各種の処理を行う。
【０１２２】
なお、第２の実施の形態に係る物体領域検出装置の他の構成及び作用については、同様であるため、説明を省略する。
【０１２３】
このように、静止画像を入力とした場合であっても、物体領域と背景領域とにおける画像特徴量尤度および深度特徴量尤度を統合した統合特徴量尤度を算出して、入力画像の物体領域を示す物体領域画像を抽出することができ、物体領域と類似するアピアランスを持つ背景下であっても、より頑健に安定して、物体領域を検出することができる。
【０１２４】
[第３の実施の形態]
次に、第３の実施の形態に係る物体領域検出装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【０１２５】
第３の実施の形態では、手動で物体位置に関する事前情報を与えている点と、入力画像と同時に深度画像が入力されている点とが、第１の実施の形態と異なっている。
【０１２６】
第３の実施の形態に係る物体領域検出装置は、事前確率画像抽出部２、画像特徴量尤度算出部３、深度特徴量尤度算出部４、特徴量尤度統合部５、及び物体領域画像抽出部６を備える。
【０１２７】
事前確率画像抽出部２は、あらかじめ手動（例えば、画像に対するクリック操作）で与えられた物体位置に関する事前情報である手動事前情報を用いて事前確率を設定する。手動事前情報の与え方と事前確率の設定方法は特に限定されるものではないが、下記に示す非特許文献５、６に記載の方法などが用いられる。
【０１２８】
（非特許文献５）Fukuda et al.: “Graph cuts by using local texture features of wavelet coefficient for image segmentation,” Proceeding of IEEE International Conference on Multimedia and Expo (ICME2008), pp.881-884, 2008.
【０１２９】
（非特許文献６）Rother et al.: “Grabcut: Interactive foreground extraction using iterated graph cuts,” ACM Transactions on Graphics (TOG), Vol.23, Issue 3, pp.309-314, 2004
【０１３０】
深度特徴量尤度算出部４は、物体領域深度特徴量尤度算出部４３、背景領域深度特徴量尤度算出部４４、及び深度特徴量尤度出力部４５を備えている。すなわち、上記の第１の実施の形態と比較して、深度情報推定モデル構築部４１及び深度情報推定部４２が不要となっている。
【０１３１】
物体領域深度特徴量尤度算出部４３は、入力画像に対応して入力される、深度情報を表示する画像である深度画像を入力し、物体領域深度特徴量尤度生成部４３１及び物体領域深度特徴量尤度更新部４３２を用いて、物体領域深度特徴量尤度を算出する。なお、入力される深度画像の各深度情報は、例えば、奥行き情報が得られるセンサなどを用いて求められるが、複数の画像を用いて深度を求める等の方法によって求めてもよい。
【０１３２】
背景領域深度特徴量尤度算出部４４は、入力画像に対応して入力される深度画像を入力し、背景領域深度特徴量尤度生成部４４１及び背景領域深度特徴量尤度算出部４４２を用いて、背景領域深度特徴量尤度を更新する。
【０１３３】
なお、第３の実施の形態に係る物体領域検出装置の他の構成及び作用については、同様であるため、説明を省略する。
【０１３４】
このように、物体位置に関する事前情報を手動で入力し、入力画像と共に深度画像を入力する場合であっても、物体領域と背景領域とにおける画像特徴量尤度および深度特徴量尤度を統合した統合特徴量尤度を算出して、入力画像の物体領域を示す物体領域画像を抽出することができ、物体領域と類似するアピアランスを持つ背景下であっても、より頑健に安定して、物体領域を検出することができる。
【０１３５】
なお、物体領域検出装置１０００の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、物体領域検出装置１０００に係る上述した種々の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【０１３６】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【０１３７】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【０１３８】
１     顕著度画像抽出部
２     事前確率画像抽出部
３     画像特徴量尤度算出部
４     深度特徴量尤度算出部
５     特徴量尤度統合部
６     物体領域画像抽出部
３２   物体領域画像特徴量尤度算出部
３３   背景領域画像特徴量尤度算出部
４１   深度情報推定モデル構築部
４２   深度情報推定部
４３   物体領域深度特徴量尤度算出部
４４   背景領域深度特徴量尤度算出部
１００ 入力部
２００ 演算部
３００ 出力部
１０００      物体領域検出装置
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図１】
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【図６】
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【図７】
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