博 士（ 情報 科学 ）本田匠

学 位 論 文 題 名

照明環境変動に対するロバスト画像照合法とその応用
学位論文内容の要旨
画像処理の技術は工場の自動化やロポットビジョンの他，幅広い分野への適用が考えられており，その研究は驢んに行われている，特に近年，注目を集める医療分野やバイオテクノロジーの分野において，位置推定や計測，検査などに使用されており，その技術に対する要求は高まっている．そのための試みとして，近年カラー情報を用いる照合や復元の方法をども提案されており，またカラー情報に基づく対象物検出などの必要性も高まってきている．実環境における問題のーっとして，異をる撮像環境において取得される画像データどうしの照合が挙げられる．このとき照明の偏りや再現性の違いによる画像データ上に色の変動が現れるため，このような変動条件を吸収しつつ頑健な照合性
能 を 実 現す る た め のロ バ ス ト を照 合 法 に つい て 検 討 する こ と を 本研 究 は 目 的として いる．
照 明変動に 口バス トな画像照合として方向符号化照合法(OrientationCodeMatching:OCM)が提案されてる．この手法は各画素どとの明度情報の傾斜方向を量子化した方向コード画像での照合に基づく．しかし，上述のようを一様を照明変化では顔く各スベクトルが変動した場合において，再検討することが必要であり，新しい照合を考える必要がある．このような状況において．本研究において は，カ ラー情 報を有 効に用 いる手 法であ るカラー COMを提 案する ．この手法はXYZ
表色系の各成分値ごとに独立に方向符号画像を得る．また参照画像と対象画像を比較することにより，各値ごとに照明変動分を予測し，方向符号の類似度を評価するための重み係数を求める，得られた重み係数により，各値のうち照明変動の影響がより少をく照合のための類似度としてより高く評価できると考えられる1面素に大き顔評価値を与える．
基本的誼性能解析，重み係数の算出法，更に非一様縁照明変動を含む画像データを用いた実験により ， ス ベ ク ト ル 変 動 に 対 す る 提 案 手法 の ロ ′ヾ ス ト 照合 性 能 を確 認 し 報告 す る ，また，その実環境への応用として顕微鏡下の実画像を用いた実験を行う．顕微鏡下において細胞や微生物のように対象物の姿勢や移動方向が変化する場合，安定した観察は容易では極く，これは生物学における課題とをっている．対象を撮像し，画像処理結果をフイードバックする技術は，ナノテクノロジーの分野に有効を手法であるが，従来の研究では泥をどの背景の外乱や照明のゆらぎによる外乱を多く含んだ環境下での微生物の検出の研究は，生物学において必要とされているがぃまだ多くは橡い．そこで本手法をこの分野への応用を提案し，実用化ヘ向けての応用を含めた考察を述べる，― 979−

学位論文審査の要旨
主 査 教
授 金 子 俊 一
副 査 教授 金 井理
孝
副 査 准 教 授 田 中之学 位 論 文 題 名

照明環境変動に対するロバスト画像照合法とその応用
本 研究 に おい ては， カラー 情報を 有効に 用いる 新しいロ バスト 画像照 合法と して「 カラー OCM」が 提 案 さ れて いる． この新 しい独 自手法に おいて は，XYZ表色系の 各成分 値どと に独立 に方向 符号画 像を得 ，参照 画像と 対象画像 を比較 することにより，各値どとに照明変動分を予測し，方向符号の類 似度を 評価す るため の重み係 数を求 める，得られた重み係数により，各値のうち照明変動の影響がよ り少を く照合 のため の類似度 として より高 く評価 できる と考え られる 画素に 大きを評価値を与える という 独自に 開発さ れた技術 を含む ．基本的を性能解析，重み係数の算出法，更に非一様な照明変動 を含む 画像デ ータを 用いた実 験によ り，ス ベクト ル変動 に対す る提案 手法の ロバスト照合性能が確 認され ている ．また 実応用と して， 近年，注目を集めるナノテクノロジーやバイオテクノロジーの分 野での 使用を 考えて いる，
画 像処理 の技術 はこの 分野に て，位 置推定や計測，検査毅どに使用されており，その技術に対する要 求は高 まって いる． 中でもこ の分野 における視覚フィードバック制御，医療分野の腹腔鏡制御や，生 命科学 分野の 細胞注 入に応用 されて おり，マイ，クロマニピュレーションやマイクロセンシングを
ど での操 作を行 うてと を考えた 場合， 任意の 位置に 精密に 移動さ せるこ とので きる位置決めシステ
ム が求め られる ，細胞 や微生物 のよう に対象物そのものが運動する場合，安定した観察は容易ではな
く ，これ は生物 学にお ける課題 となっ ている．そのよう教問題へのアプローチとして，移動する微生物 の高速 トラッ キング システム が挙げ られる ．これ は視野 から対 象物が 外れな いように位置を制御
し ，特定 の一個 体を自 動制御に より継 続的に追従し，評価を行うものである．対象を撮像し，画像処理 結果を フィー ドバッ クする技 術は， ナノテクノロジーの分野に有効教手法であるが，従来の研究では 澄んだ 水の中 ，目的 の対象物 だけを 入れトラッキングするものが主と顔っており，泥をどの背景や照 明のゆ らぎに よる外 乱を含ん だ環境 下での 微生物 の検出 の研究 は，生 物学に おいて必要とされてい る が い まだ 多くは 教い． そこで 本研究で は，顕 微鏡よ り得ら れた視 覚画像 から， カラー OCMを用い トラッ キング を行う 方法を提 案した ．また，水中の生物のようにしばしぱ姿勢が変わるものに対して の問題 や対象 の形状 そのもの が変化 してし まう場 合に対 して， それぞ れ回転 不変の特徴を考慮した 中 心 差 分OC(CDOC)の提 案 や ， 対象 の 形 状 その も の が 変化 し て し まう 場 合 に 対し て の複 数枚テン プレー トを用 いた照 合法の提 案を行 った．
回 転不変 の特徴 量につ いては 現在ま で様々を 回転不 変の照 合技術 が開発 されて いる．代表的枚例‑ 980ーでは モー メン ト によ る照 合法 が あげ られ る． 特に2値画像 の回転変換に有効であるが ，和と積の演算が必要と枚り一般的に 計算コストが大きい，また ノイズに弱いという欠点もある．色や明度のヒストグ ラム を特 徴 量と してヒス トグラム照合法は回転に不変 をヒストグラムの特徴量で あるが，形状情報は保存されず，照合 位置の精度や角度の推定に弱いとされる．計算の効率化，ロ′ヾスト性を取り入れ た手 法と し て， 円環 情報 を 利用 し照 合す る円 環 Zernikeモー メン トや，同じく円 環を用いOCMの 情 報 を 使 う こ と で 明 度 や遮 蔽 にロ バス ト教 性能 を 持つ 方向 符号 差 分ヒ スト グラ ム(OCDH)が ある．またカラーの情報と 円環を用いることで照合性 を高めたカラーリーチヒストグラムも存在する．
これ らの 手法 を 参考 に今 回水 中 の生 物の 回転 変化に対応 するため，OCMの回転不変へ の拡張を目的に CDOCの 開 発 を 行 っ た ， こ れ ら の 提 案 手 法 の 性 能 と 実 用 性 が 確 認 さ れ て い る ，以上を要するに，著者 は，色情報を有効に使い画 像を処理することによって，照明環境による色や明度 のノ イズ や 外乱 に対して ロバストな手法を開発し，他 手法との比較実験・検証実 験を行うことで有用性を明らかにした ．また，提案手法を微生物 の視野固定システムに応用し視覚フィードバックを実現した，本研究の成 果は，画像処理分野社らび にバイオテクノロジーの分野の発展に寄与するところ大をるものがある． よって，著者は北海道大学 博士（情報科学）の学位を授与される資格あるものと認める．

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