(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像から注目点を抽出する画像解析装置であって、
前記入力画像の各位置の要素特徴を抽出する要素特徴抽出部と、
前記入力画像を複数の領域に分割し、分割した領域毎に前記要素特徴を積算して領域特徴を算出する領域特徴算出部と、
算出された前記領域特徴から所定の回帰モデルに基づいて前記入力画像の注目点を算出する注目点回帰部と、
を含み、
前記領域特徴算出部は、前記入力画像の球面を近似した多面体の各面に対応するように、前記入力画像の撮影方向を空間的に分割することによって、前記入力画像を分割する、
画像解析装置。
【請求項２】
前記要素特徴抽出部は、前記多面体の各々の面に前記入力画像を投影変換した投影変換画像に基づいて前記要素特徴を抽出する、請求項１に記載の画像解析装置。
【請求項３】
前記多面体は正多面体である、請求項１または２に記載の画像解析装置。
【請求項４】
前記領域特徴をより低次元の特徴に写像して統合領域特徴を得る領域特徴統合部をさらに含み、
前記注目点回帰部は、
前記統合領域特徴から前記回帰モデルに基づいて前記注目点を算出する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像解析装置。
【請求項５】
前記領域特徴算出部は、
前記領域毎に位置に応じた重み関数と要素特徴を加重加算して前記領域特徴を算出する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像解析装置。
【請求項６】
前記回帰モデルは、線形回帰、ロジスティック回帰、サポートベクトル回帰、ランダムフォレスト回帰およびニューラルネットワークからなる群から選択される、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像解析装置。
【請求項７】
前記要素特徴は、色、エッジ、顕著性、物体位置／ラベルからなる群から選択される少なくとも１つの要素特徴である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像解析装置。
【請求項８】
入力画像から注目点を抽出する方法であって、
前記入力画像の各位置の要素特徴を抽出するステップと、
前記入力画像を複数の領域に分割し、分割した領域毎に前記要素特徴を積算して領域特徴を算出するステップと、
算出された前記領域特徴から所定の回帰モデルに基づいて前記入力画像の注目点を算出するステップと、
を含み、
前記領域特徴を算出するステップは、前記入力画像の球面を近似した多面体の各面に対応するように前記入力画像の撮影方向を空間的に分割することによって、前記入力画像を分割するステップを有する、
方法。
【請求項９】
前記領域特徴をより低次元の特徴に写像して統合領域特徴を得るステップをさらに含み、
前記注目点を算出するステップは、
前記統合領域特徴から前記回帰モデルに基づいて前記注目点を算出するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記領域特徴を算出するステップは、
前記領域毎に位置に応じた重み関数と要素特徴を加重加算して前記領域特徴を算出するステップを含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記回帰モデルは、線形回帰、ロジスティック回帰、サポートベクトル回帰、ランダムフォレスト回帰およびニューラルネットワークからなる群から選択される、
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記要素特徴は、色、エッジ、顕著性、物体位置／ラベルからなる群から選択される少なくとも１つの要素特徴である、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
コンピュータに、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の方法の各ステップを実行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、画像解析装置、画像解析方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像からユーザの興味領域を抽出する技術は、画像の自動クロッピング／サムネイル生成や、画像理解／画像検索におけるアノテーション生成の前処理などに広く利用されており、興味領域の抽出方法としては、物体認識や顕著性マップを利用する方法が知られている。
【０００３】
物体認識に基づく興味領域抽出技術として、特許文献１は、画像中から顔領域を検出し、顔領域の画像を抽出する技術を開示し、特許文献２は、人検出により画像中の人物領域を抽出する技術を開示する。物体認識に基づいて興味領域抽出を行う場合、物体ごとにモデルを用意する必要がある。
【０００４】
一方、顕著性マップを用いた興味領域抽出では、色やエッジといった低次の特徴量を用いることで、より汎用的な興味領域抽出が可能となる。この点につき、非特許文献１は、脳神経科学において研究されている人間の視覚モデルを利用し、画像の局所的な特徴からボトムアップ的に顕著性マップを生成する方法を開示する。また、特許文献３は、各画素で算出されたエッジ量のマップに対して、注目領域重み付けマップを乗算することで精度良く顕著性マップを得る技術を開示する。さらに、特許文献４、５は、画像特徴量に深度情報を合わせて顕著性を算出する技術を開示する。
【０００５】
さらに近年では、画像の低次の特徴（色、エッジ、深度など）に対して、より高次の意味的な情報を利用して興味領域抽出を行うアプローチが試みられている。この点につき、非特許文献２，３は、ニューラルネットワークを用いて画像から高次特徴を抽出し、興味領域を推定する方法を開示する。
【０００６】
さらに近年、１８０度を超える画角を有する魚眼カメラや３６０度全方位を撮影可能な全方位カメラなどの超広角カメラが広く用いられるようになっており、これらの超広角画像から精度良く興味領域を推定したいという要請がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、超広角画像から精度良く興味領域（注目点）を推定することができる画像解析装置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】
【０００８】
本発明者は、超広角画像から精度良く興味領域（注目点）を推定することができる画像解析装置につき鋭意検討した結果、以下の構成に想到し、本発明に至ったのである。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、入力画像から注目点を抽出する画像解析装置であって、前記入力画像の各位置の要素特徴を抽出する要素特徴抽出部と、前記入力画像を複数の領域に分割し、分割した領域毎に前記要素特徴を積算して領域特徴を算出する領域特徴算出部と、算出された前記領域特徴から所定の回帰モデルに基づいて前記入力画像の注目点を算出する注目点回帰部と、を含む、画像解析装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
上述したように、本発明によれば、超広角画像から精度良く興味領域（注目点）を推定することができる画像解析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Equirectangular形式（正距円筒図法）の画像を説明するための概念図。
【図２】第１実施形態の画像解析装置の機能ブロック図。
【図３】第１実施形態の画像解析装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図４】要素特徴抽出部が実行する処理を説明するための概念図。
【図５】要素特徴抽出部が実行する処理を説明するための概念図。
【図６】領域特徴算出部が実行する処理を説明するための概念図。
【図７】要素特徴抽出部が実行する処理を説明するための概念図。
【図８】第２実施形態の画像解析装置の機能ブロック図。
【図９】第２実施形態の画像解析装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図１０】第３実施形態の画像解析装置の機能ブロック図。
【図１１】第３実施形態の画像解析装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図１２】第４実施形態の画像解析装置の機能ブロック図。
【図１３】第４実施形態の画像解析装置が実行する処理を示すフローチャート。
【図１４】本実施形態の画像解析装置のハードウェア構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。
【００１３】
本発明の実施形態である画像解析装置は、入力された画像から興味領域を抽出する機能を備え、より具体的には、注目点（興味領域内の点、または、興味領域の重心）を推定する機能を備える。ここで、本実施形態の画像解析装置の説明に入る前に、超広角画像（魚眼カメラや全方位カメラの撮影画像など）に対して、従来の興味領域抽出技術を適用した場合、興味領域を精度良く抽出することができない理由について説明する。
【００１４】
まず第一に、超広角画像を、図１に示すEquirectangular形式（正距円筒図法）の画像に変換し、変換後の画像から興味領域を抽出するといった方法が考えられる。ここで、Equirectangular形式は、主にパノラマ撮影に使われる画像の表現形式であり、図１に示すように、画素の３次元方向を緯度と経度に分解し、正方格子状に対応する画素値を並べた画像形式である。Equirectangular形式の画像からは、経度緯度の座標値から任意の３次元方向の画素値を得ることができ、概念的には、単位球に画素値がプロットされたものとして捉えることができる。
【００１５】
しかしながら、Equirectangular形式の画像から直接的に興味領域を抽出する場合、歪みが極端に大きくなる天頂・天底近傍の領域や画像境界に存在する興味領域を抽出することができないという問題がある。
【００１６】
第二に、超広角画像を複数の画像に分割し、各分割画像から興味領域を抽出するといった方法が考えられる。しかしながら、この場合、各分割画像から得られる顕著性マップの統合法が明らかではない。
【００１７】
さらに、超広角画像の場合、一つの画像内に複数の顕著性の高い物体が含まれていることが想定されるが、従来技術には、複数の物体間の優先順位を判断する仕組みがない。
【００１８】
以上、従来の興味領域抽出技術の問題点について説明してきたが、この問題に対し、本実施形態の画像解析装置は、歪みが大きく、複数の物体を含む超広角画像から、精度良くユーザの興味領域を抽出する機能を備えることを特徴とする。以下、本実施形態の画像解析装置の具体的な構成について説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態である画像解析装置１００Ａは、処理対象となる画像を複数の領域に分割し、各分割領域の特徴から処理対象となる画像の注目点を推定する機能を備える。以下、図２に示す機能ブロック図に基づいて、本実施形態の画像解析装置１００Ａの機能構成を説明する。
【００２０】
図２に示すように、画像解析装置１００Ａは、画像入力部１０１と、要素特徴抽出部１０２と、領域特徴算出部１０３と、注目点回帰部１０４と、注目点出力部１０５とを含んで構成される。
【００２１】
画像入力部１０１は、処理対象となる画像を入力する手段である。
【００２２】
要素特徴抽出部１０２は、処理対象となる画像の各位置の要素特徴を抽出する手段である。
【００２３】
領域特徴算出部１０３は、処理対象となる画像を複数の領域に分割し、分割した領域毎に要素特徴を積算して領域特徴を算出する手段である。
【００２４】
注目点回帰部１０４は、算出された領域特徴から所定の回帰モデルに基づいて処理対象となる画像の注目点を算出する手段である。
【００２５】
注目点出力部１０５は、算出された注目点を出力する手段である。
【００２６】
なお、本実施形態では、画像解析装置１００Ａを構成するコンピュータが所定のプログラムを実行することにより、画像解析装置１００Ａが上述した各手段として機能する。
【００２７】
以上、本実施形態の画像解析装置１００Ａの機能構成について説明してきたが、続いて、画像解析装置１００Ａが実行する処理の内容を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２８】
まず、ステップ１０１では、画像入力部１０１が、任意の記憶手段から処理対象となるEquirectangular形式の全方位画像を読み込んで入力する。以下、入力した画像を“入力画像”という。
【００２９】
続くステップ１０２では、要素特徴抽出部１０２が、先のステップ１０１で読み込んだ入力画像の各位置から要素特徴を抽出する。なお、要素特徴は、入力画像の画素単位で抽出しても良いし、特定のサンプリング位置から抽出しても良い。
【００３０】
本実施形態では、要素特徴として、色、エッジ、顕著性、物体位置／ラベル、などを用いることができる。
【００３１】
色特徴としては、特定の色空間(RGBやL*a*b*など)の値、特定色（たとえば肌の色）とのユークリッド距離、マハラノビス距離などを使用することができる。
【００３２】
エッジ特徴としては、Sobelフィルタやガボールフィルタなどで抽出した画素値勾配の方向や強度を用いることができる。
【００３３】
顕著性としては、既存の顕著性抽出アルゴリズムによって抽出された顕著性の値を用いることができる。ここでいう、顕著性抽出アルゴリズムの例として、先に挙げた特許文献３〜５、非特許文献１〜３に開示されるアルゴリズムを挙げることができる。
【００３４】
物体位置／ラベル特徴としては、既知の物体検出アルゴリズムで検出された物体の位置（通常、検出矩形の４隅の座標で表される）と物体種（顔、人、車、等）を用いることができる。ここで、物体検出アルゴリズムの例として、先に挙げた特許文献１、２に開示されるアルゴリズムを挙げることができる。
【００３５】
なお、本実施形態で採用することができる要素特徴は、上記に限定されるものではなく、従来、画像認識の分野で使用されているその他の特徴量（LBP, Haar like feature, HOG, SIFT,など）を採用しても良いことはいうまでもない。
【００３６】
ここで、本実施形態においては、特徴抽出精度の観点から、以下の方法によって要素特徴を抽出する。
【００３７】
図１に示すように、Equirectangular形式の画像からは、経度緯度の座標値から任意の３次元方向の画素値を得ることができ、Equirectangular形式の画像は、概念的には単位球に画素値がプロットされたものとして捉えることができる。そこで、本実施形態では、図４に示すように、所定の投影面を定義し、単位球の中心を投影中心Ｏとして、下記式（１）により、Equirectangular形式の全方位画像の画素値（θ，φ）を定義した投影面上の画素値（ｘ，ｙ）に対応させる透視投影変換を行い、透視投影変換した画像から要素特徴を抽出する。なお、下記式（１）において、Ｐは透視投影行列を示し、等号は０以外のスカラー倍で等しいことを示す。
【００３８】
【数１】
0006717049.tif 000002
【００３９】
具体的には、Equirectangular形式の全方位画像の投影面として、単位球と共通する中心を有する正多面体を定義した上で、各面の法線方向を視線方向として透視投影変換を行う。図５(ａ)は、全方位画像の投影面として正八面体を定義した例を示し、図５(ｂ)は、全方位画像の投影面として正十二面体を定義した例を示す。
【００４０】
再び、図３に戻って説明を続ける。
【００４１】
続くステップ１０３では、領域特徴算出部１０３が、入力画像（全方位画像）の撮影方向を空間的に等分割することによって、当該入力画像を複数の領域に分割した上で、各分割領域から抽出された要素特徴を積算し、領域ごとの積算値を領域特徴として算出する。例えば、図５に示したように、全方位画像の球面を正多面体で近似する場合は、正多面体の各面を投影面とする透視投影変換画像から抽出された要素特徴の積算値が領域特徴となる。なお、RGBで構成される色特徴を要素特徴とする場合、各分割領域において、R,G,Bそれぞれの値を積算する。
【００４２】
図６は、エッジ強度、顕著性、物体位置（顔分布）という３種類の要素特徴を用いて領域特徴を算出した場合を例示的に示す。このように、２種類以上の要素特徴を用いて領域特徴を算出する場合には、算出される領域特徴の数＝分割領域数×要素特徴の種類数となる。
【００４３】
続くステップ１０４では、注目点回帰部１０４が、予め用意された所定の回帰モデルを用いて、先のステップ１０３で算出した領域特徴から注目点の位置を算出する。ここで、注目点の位置ｙは下記式（２）で表すことができる。
【００４４】
【数２】
0006717049.tif 000003
【００４５】
上記式（２）において、ｘは領域特徴ベクトルを示し、ｆは回帰モデルを示し、αは回帰パラメータを示す。なお、回帰パラメータαは、事前に訓練データ（ｘとｙの複数の組）を用いた機械学習によって同定しておく。また、回帰には、線形回帰、ロジスティック回帰、サポートベクトル回帰、ランダムフォレスト回帰、ニューラルネットワークなど、既知の回帰の方法を用いることができる。
【００４６】
以下、例示的に、サポートベクトル回帰を使用する場合について説明する。
【００４７】
この場合、回帰パラメータαは、サポートベクトル{ｓｉ}、サポートベクトルの重み{ｗｉ}、オフセットｈとなる（実際にはこの他に、カーネルの種類、カーネルのパラメータがハイパーパラメータとして存在する）。注目点の位置ｙは、３次元空間中の単位方向(ｅｘ，ｅｙ，ｅｚ)で表現し、ｅｘ，ｅｙ，ｅｚそれぞれに対して領域特徴ベクトルｘからの回帰モデルを構築する。この場合、回帰モデルｆは下記式（３）で表現することができる。なお、下記式（３）において、Ｋはカーネルを示す。
【００４８】
【数３】
0006717049.tif 000004
【００４９】
最後に、ステップ１０５では、注目点出力部１０５が、先のステップ１０４で算出された注目点の位置を出力し、処理を終了する。
【００５０】
本実施形態をクロッピングやサムネイル生成に適用する場合には、上述した手順で求めた注目点を中心に特定の画角を設定することで興味領域を定義し、定義した興味領域の画像を、そのままクロッピング画像やサムネイル画像とする。この場合、設定する画角は、回帰モデルに与えた訓練データにおける注目点を含む興味領域の画角であることが望ましい。また、本実施形態を画像認識／画像検索システムに適用する場合には、注目点を含む物体領域を認識対象、検索対象の物体とする。
【００５１】
以上、説明したように、本実施形態においては、画像を歪みの少ない部分画像（分割領域）に分解してから要素特徴を算出するので、１８０度を超える超広角画像をロバストに処理することが可能になる。
【００５２】
また、本実施形態においては、各部分画像から得られた顕著性マップや物体分布を単純に統合するのではなく、分割領域ごとに集約した領域特徴から回帰モデルに基づいて注目点を推定するので、領域ＡにＸという物体が存在し、領域ＢにＹという物体が存在する場合にはＣを注目点とする、といったような領域横断的なルールが機械学習の中で回帰モデルの中に獲得されることにより、領域間の特徴の相互作用を考慮した注目点の推定が可能になる。
【００５３】
なお、上述した第１実施形態においては、以下に述べる設計変更が可能である。
【００５４】
例えば、先のステップ１０３の領域特徴の算出時における入力画像の領域分割は、全方位画像の球面を正多面体で近似して分割する方法の他にも、任意の分割方法を採用することができ、例えば、全方位画像の球面を準正多面体で近似して分割しても良いし、全方位画像の球面上にランダムに展開した母点に基づくボロノイ分割によって分割しても良い。なお、要素特徴を行うための分割的な透視投影変換における分割方法と、領域特徴算出のための領域分割における分割方法は必ずしも一致している必要はないが、計算コスト低減の観点から、一致していることが好ましい。
【００５５】
また、先のステップ１０２の要素特徴抽出の対象画像は、全方位画像を透視投影変換した画像に限らず、その他の投影法によって投影した画像であっても良い。例えば、それは、正投影した画像であって良いし、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、投影中心Ｏを単位球の中心からずらして透視投影変換を行った画像であっても良い。図７（ａ）、（ｂ）に示す投影法によれば、画像端の射影歪みを緩和することが可能となり、また画角１８０度以上の投影も可能となるので、より少ない画像分割で要素特徴を抽出することが可能となる。
【００５６】
また、画角が３６０度に至らないカメラで撮影した画像を処理対象とする場合には、その範囲の画角の画像をEquirectangluar形式に変換してなる画像（部分的に欠損した画像）を上述したのと同様の手順で処理すれば良い。
【００５７】
さらに、処理対象がEquirectangular形式の画像でない場合であっても、その画像を撮影したカメラが校正済み（すなわち、カメラ撮像面の位置に対応する三次元空間中の光線の方向が既知）である限り、上述したのと同様に扱うことができる。なお、処理対象が未校正カメラの撮影画像である場合は、画像を正多面体で近似して分割する方法を適用することはできないが、その場合は、その他の適用可能な分割方式（例えば、先述のボロノイ分割）で領域分割すれば良い。
【００５８】
以上、本発明の第１実施形態を説明してきたが、続いて、本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下では、第１実施形態の内容と共通する部分の説明を省略し、専ら、第１実施形態との相違点のみを説明するものとする。
【００５９】
（第２実施形態）
第２実施形態の画像解析装置１００は、種類の異なる要素特徴を領域内で統合し、統合した領域特徴から入力画像の注目点を推定する機能を備える。
【００６０】
図８は、画像解析装置１００Ｂの機能ブロック図を示す。図８に示すように、画像解析装置１００Ｂの機能構成は、領域特徴統合部１１０を追加的に備える他は、第１実施形態の画像解析装置１００Ａと同じである。
【００６１】
ここで、領域特徴統合部１１０は、領域特徴をより低次元の特徴に写像して統合領域特徴を得る手段である。
【００６２】
以下、画像解析装置１００Ｂが実行する処理の内容を図９に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００６３】
ステップ１０１〜１０３の内容は、図３に基づいて説明した先のステップ１０１〜１０３のそれと同じであるので説明を省略し、ここでは、ステップ１１０から説明する。
【００６４】
ステップ１１０では、領域特徴統合部１１０が、先のステップで算出され領域特徴を、より低次元の特徴に統合する。ここで、領域特徴統合部１１０は、下記式（４）に示すように、領域ｉの領域特徴ベクトルｘｉに対して、低次元の統合領域特徴部ベクトルｘｉ’を写像ｇにより求める。なお、本実施形態では、写像ｇを、予め設計するか、機械学習により同定しておく。
【００６５】
【数４】
0006717049.tif 000005
【００６６】
続くステップ１０４では、注目点回帰部１０４が、予め用意された所定の回帰モデルを用いて、先のステップ１１０で求めた統合領域特徴ベクトルｘｉ’から注目点の位置を算出する。ここで、注目点の位置ｙは下記式（５）で表すことができる。
【００６７】
【数５】
0006717049.tif 000006
【００６８】
なお、上記式（５）における｛ｘｉ’｝は、仮に領域がＳ個ある場合は、下記式（６）であることを示す。
【００６９】
【数６】
0006717049.tif 000007
【００７０】
ここで、写像ｇについて説明する。
【００７１】
最も単純な写像ｇは、領域特徴ベクトルｘｉの要素をすべて加算する写像である。この場合、領域特徴ベクトルｘｉは１次元まで集約される。
【００７２】
他の例として、下記式（７）に示すように、写像ｇとして、ＲｎからＲｍ（ｍ＜ｎ）への線形変換Ｗを採用することもできる。
【００７３】
【数７】
0006717049.tif 000008
【００７４】
なお、線形変換Ｗは、訓練データとして、領域特徴ベクトルｘと注目点の位置ｙの組が与えられている場合、機械学習により獲得することができる。すなわち、統合領域特徴ｘｉ’から注目点の位置ｙへの写像ｆが決定されている場合、訓練データのｙに対して上記式（５）を満たす{ｘｉ’}を求め、{ｘｉ’}とｘの組から写像ｇ（つまりは行列Ｗ）を学習で求めることができる。写像ｆが決定されていない場合は、仮に決定したｆに対してｇを学習し、学習したｇに対してｆを学習する、というプロセスを繰り返すことでfおよびｇを求めることができる。ここで、fおよびｇがともに線形変換であり、且つ、ＷがＲｎ→Ｒである場合には、下記式（８）に示すように、ｆを行列Ｖで表現することができる。
【００７５】
【数８】
0006717049.tif 000009
【００７６】
そして、上記式（８）と式（７）を整理すれば、全体は、下記式（９）、（１０）で表すことができる。
【数９】
0006717049.tif 000010
【００７７】
ここで、上記式（９）において、Ｖを固定してＶＸＴからｙへの線形回帰と見てＷを求め、Ｗを固定してＷＸからｙへの線形回帰と見てＶを求めるというプロセスを繰り返すことにより、ＶおよびＷ、すなわちｆおよびｇを求めることができる。
【００７８】
また、写像ｇとして線形変換以外のものを考えることもできる。結局のところ、gを求めることは回帰問題を解くことであり、ｆと同様にサポートベクトル回帰、ランダムフォレスト回帰、ニューラルネットワークなど、既知の回帰の方法を用いることができる。
【００７９】
最後に、ステップ１０５では、注目点出力部１０５が、先のステップ１０４で算出された注目点の位置を出力し、処理を終了する。
【００８０】
以上、説明したように、本実施形態によれば、領域特徴をより少ない数の統合領域特徴に集約することにより、回帰モデルのパラメータを削減することができる。線形回帰を例に取れば、第１実施形態では「（要素特徴数）×（領域分割数）」に比例した数のパラメータが必要であったのに対し、第１実施形態では「（要素特徴数）＋（領域分割数）」に比例した数までパラメータ数を減らすことができる。非線形回帰の場合も同様のパラメータ削減効果が得られる。これにより、回帰モデルを求める時に生じるオーバーフィッティングを抑制することができ、少ない訓練データから精度良く注目点を推定できるようになる。
【００８１】
以上、本発明の第２実施形態を説明してきたが、続いて、本発明の第３実施形態を説明する。なお、以下では、第１実施形態の内容と共通する部分の説明を省略し、専ら、第１実施形態との相違点のみを説明するものとする。
【００８２】
（第３実施形態）
第３実施形態の画像解析装置１００Ｃは、ソフトセグメンテーションされた領域に対して領域特徴を算出し、入力画像における注目点を推定する機能を備える。
【００８３】
図１０は、画像解析装置１００Ｃの機能ブロック図を示す。図１０に示すように、画像解析装置１００Ｃの機能構成は、第１実施形態の画像解析装置１００Ａの領域特徴算出部１０３に代えて、領域特徴算出部１２０を備える他は同じである。
【００８４】
ここで、領域特徴算出部１２０は、領域毎に位置に応じた重み関数と要素特徴を加重加算して領域特徴を算出する手段である。
【００８５】
以下、画像解析装置１００Ｃが実行する処理の内容を図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００８６】
ステップ１０１〜１０２の内容は、図３に基づいて説明した先のステップ１０１〜１０２のそれと同じであるので説明を省略し、ここでは、ステップ１２０から説明する。
【００８７】
ステップ１２０では、領域特徴算出部１２０が、先のステップ１０２で抽出された要素特徴を領域ごとに積算して領域特徴を算出する。本実施形態では、隣接する領域間にオーバーラップが存在し、単位球面上の位置ｑ＝（ＸＹＺ）Ｔに対して、領域ｉへの所属確率Ｐ（ｉ|ｑ）が定義されている。ここで、領域の中心座標は第１実施形態のように多面体の面中心やランダム生成で設定することができる。所属確率Ｐ（ｉ|ｑ）は領域ｉの中心座標をｃｉ（単位ベクトル）として、例えば、下記式（１１）に示すように設定することができる。
【００８８】
【数１０】
0006717049.tif 000011
【００８９】
上記式（１１）において、βはパラメータであり、βが小さいほどソフトセグメンテーションとなる。ただし、上記式（１１）は例示であって、所属確率Ｐはこの形に限らず自由に設計することができる。
【００９０】
本実施形態では、以上の設定のもとに、領域特徴算出部１２０が、領域毎に位置に応じた重み関数と要素特徴を加重加算して領域特徴ｘｉを算出する。具体的には、領域ごとに位置ｑにおける要素特徴を所属確率で重み付けて積算することで領域特徴ｘｉを求める。より具体的には、位置qにおける要素特徴ベクトルａ（ｑ）に対して、下記式（１２）により、領域ｉにおける領域特徴ｘｉを求める。
【００９１】
【数１１】
0006717049.tif 000012
【００９２】
ここで、上記式（１２）は、第１実施形態の一般化となっていることが見て取れるであろう。すなわち、第１実施形態は、上記式（１２）において、所属確率Ｐ（ｉ|ｑ）が０か１のみを取る特殊な例（ハードセグメンテーション）と捉えることができる。
【００９３】
さらに確率から離れて一般化すれば、任意の関数ｈｉ（ｑ）を用いて、領域特徴ｘｉを下記式（１３）で求めることができる。
【００９４】
【数１２】
0006717049.tif 000013
【００９５】
本実施形態では、上記式（１３）におけるｈｉ（ｑ）として、球面調和関数を用いることができる。
【００９６】
続くステップ１０４では、注目点回帰部１０４が、予め用意された所定の回帰モデルを用いて、先のステップ１０３で算出した領域特徴から注目点の位置を算出し、最後に、ステップ１０５では、注目点出力部１０５が、先のステップ１０４で算出された注目点の位置を出力し、処理を終了する。
【００９７】
以上、説明したように、本実施形態によれば、領域をソフトセグメンテーションすることにより、領域の離散化による誤差を低減し、より高い精度で注目点を推定することが可能となる。
【００９８】
以上、本発明の第３実施形態を説明してきたが、続いて、本発明の第４実施形態を説明する。なお、以下では、第１実施形態の内容と共通する部分の説明を省略し、専ら、第１実施形態との相違点のみを説明するものとする。
【００９９】
（第４実施形態）
第４実施形態の画像解析装置１００Ｄは、入力画像から複数個の注目点を推定する機能を備える。
【０１００】
図１２は、画像解析装置１００Ｄの機能ブロック図を示す。図１２に示すように、画像解析装置１００Ｄの機能構成は、第１実施形態の画像解析装置１００Ａの領域特徴算出部１０３および注目点回帰部１０４に代えて、要素特徴統合部１３０および注目点探索部１４０を備える他は同じである。
【０１０１】
ここで、要素特徴統合部１３０は、入力画像の各位置の要素特徴を１つの値に統合して統合要素特徴を得る手段であり、注目点探索部１４０は、統合要素特徴と所定の窓関数の積和からなる評価関数の局所解として１以上の注目点を算出する手段である。
【０１０２】
以下、画像解析装置１００Ｄが実行する処理の内容を図１３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【０１０３】
ステップ１０１〜１０２の内容は、図３に基づいて説明した先のステップ１０１〜１０２のそれと同じであるので説明を省略し、ここでは、ステップ１３０から説明する。
【０１０４】
ステップ１３０では、要素特徴統合部１３０が要素特徴を結合する。本実施形態では、位置ｑごとに得られている要素特徴ベクトルを第２実施形態と同様の方法で統合し１次元の値とする。すなわち、第２実施形態では領域ごとに要素特徴を統合していたところを、本実施形態では、位置ごとに統合する点が異なる。なお、この統合法は、第２実施形態で説明した学習法を使って事前に決めておく。
【０１０５】
続くステップ１４０では、注目点探索部１４０が注目点の位置を探索する。具体的には、先のステップ１３０で得られた、位置ｑごとに要素特徴ベクトルを集約した１次元の値ｂ（ｑ）に対して窓関数ψを使って、下記式（１４）に示す評価関数Ｊ（ｐ）を構築する。
【０１０６】
【数１３】
0006717049.tif 000014
【０１０７】
本実施形態では、評価関数Ｊ（ｐ）の値が閾値以上となる１個以上の局所解ｐを求め、これを注目点とする。窓関数としてはδ関数やガウス関数などを用いることができる。
【０１０８】
最後に、ステップ１０５では、注目点出力部１０５が、先のステップ１０４で算出された注目点の位置を出力し、処理を終了する。
【０１０９】
以上、説明したように、本実施形態によれば、入力画像から複数個の注目点を推定することができる。
【０１１０】
最後に、図１４に基づいて本実施形態の画像解析装置１００を構成するコンピュータのハードウェア構成について説明する。
【０１１１】
図１４に示すように、本実施形態の画像解析装置１００を構成するコンピュータは、装置全体の動作を制御するプロセッサ１０と、ブートプログラムやファームウェアプログラムなどを保存するＲＯＭ１２と、プログラムの実行空間を提供するＲＡＭ１４と、画像解析装置１００を上述した各手段として機能させるためのプログラムやオペレーティングシステム（ＯＳ）等を保存するための補助記憶装置１５と、外部入出力装置を接続するための入出力インタフェース１６と、ネットワークに接続するためのネットワーク・インターフェース１８とを備えている。
【０１１２】
なお、上述した実施形態の各機能は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）などで記述されたプログラムにより実現でき、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フレキシブルディスク、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭなどの記録媒体に格納して頒布することができ、また他の装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。
【０１１３】
以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１４】
１０…プロセッサ
１２…ＲＯＭ
１４…ＲＡＭ
１５…補助記憶装置
１６…入出力インタフェース
１８…ネットワーク・インターフェース
１００…画像解析装置
１０１…画像入力部
１０２…要素特徴抽出部
１０３…領域特徴算出部
１０４…注目点回帰部
１０５…注目点出力部
１１０…領域特徴統合部
１２０…領域特徴算出部
１３０…要素特徴統合部
１４０…注目点探索部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１５】
【特許文献１】特許４５３８００８号公報
【特許文献２】特許３４１１９７１号公報
【特許文献３】特許５１５８９７４号公報
【特許文献４】特許５７６６６２０号公報
【特許文献５】特許５８６５０７８号公報
【非特許文献】
【０１１６】
【非特許文献１】L. Itti, et al., "A model of saliency-based visual attention for rapid scene analysis," IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence 11 pp. 1254-1259, 1998.
【非特許文献２】R. Zhao, et al., "Saliency detection by multi-context deep learning," Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2015.
【非特許文献３】X. Huang, et al., "SALICON: Reducing the Semantic Gap in Saliency Prediction by Adapting Deep Neural Networks," Proceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision. 2015.
【図１】
0006717049.tif 000015
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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