HOG特徴を用いたSVMによる止まれ標識判定
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[[太田研 公開用Wiki]]
*HOG特徴を用いたSVMによる止まれ標識判定 [#xdde1d5c]
#contents
*はじめに [#w0909991]
近年自動運転走行の開発が進んで来ており,その際に必要になっ...
自動運転走行をしている時に信号や標識を認識する方法として...
しかし,全ての信号や標識に対してこの方法を適用するには膨大...
機械学習とは識別器に大量の学習データを学習させ,入力データ...
明暗・掩蔽・損壊など様々な条件の標識画像を学習させる事が...
本研究では形状の酷似が少ない止まれ標識画像を判定対象とし,...
*判定手法 [#i0a82a5d]
本研究では機械学習の一種であるSVMを用いてセットした標識画...
特徴量としては照明などの輝度変化に堅牢なHOG特徴量を用いて...
また,標識画像はYoutubeのドライブレコーダーの動画から標識...
**HOG特徴 [#g8fddcac]
照明などの輝度変化に堅牢な特徴量としてHOG(Histgrams of Or...
HOG特徴とは画像の輝度の勾配方向をヒストグラム化した特徴量...
入力画像(500×500ピクセル)の注目画素(x,y)毎に垂直方向の差...
算出したdy, dxを用いて注目画素(x,y)における輝度の勾配方向...
各勾配方向の頻度に対して勾配方向毎の勾配強度の重みづけを...
このとき勾配方向は-180°~180°の範囲で計算を行い, 0°未満の...
次に各セルのヒストグラムの勾配方向における勾配強度の2乗和...
また,今回の研究においてセル領域(50×50ピクセル),ブロック領...
#ref(HOG_calculation.png,center,50%)
実際にセットした標識画像(図1, 図2)とその画像のHOG特徴量を...
#ref(hog_feature_img_1.png,center,60%);
CENTER:図1 ...
#ref(hog_feature_img_2.png,center,60%);
CENTER:図2 ...
**SVM [#r206405c]
標識画像から計算したHOG特徴量を用いて機械学習を行うために...
SVM(Support Vector Machine)とは,識別子と2つの異なる特徴の...
マージンを最大化する事によって汎化性能の高い識別子を学習...
#ref(svm.png,center,40%)
識別子を決定する際にSVMに学習データを学習させる必要がある...
本研究では学習データとして止まれ標識画像とその他標識画像...
カーネル関数は複雑な決定境界を学習できるRBFカーネルを選択...
学習を終えたSVMに判定したい標識画像をセットし,標識画像のH...
セットした標識画像のHOG特徴量と学習したHOG特徴量の比較を...
またSVMには境界線の複雑さや誤差範囲を人の手で調整して行う...
**ハイパーパラメータ [#g81ace7b]
ハイパーパラメータにはコストパラメータCとRBFカーネルを選...
それぞれのパラメータについては下記で説明をする.
***コストパラメータC [#y89ca159]
誤判別をどこまで許容するかを表すパラメータであり, Cの値を...
また,値を大きくすればするほど過学習をしてしまい識別性能が...
CENTER:&ref(small_c.png,center,60%);&ref(big_c.png,center...
CENTER:C: 小さいとき C: 大...
***RBFカーネルのパラメータγ [#j95a496b]
境界線の複雑さを決めるパラメータである. &br;
γが小さいほど単純な境界線になり,大きいほど複雑な境界線に...
CENTER:&ref(small_gamma.png,center,60%); &ref(big_gamma.p...
CENTER:γ: 小さいとき γ: 大き...
*止まれ標識判定実験 [#s0608379]
**実験方法 [#r83f5c2a]
SVMに学習用標識画像のHOG特徴量を学習させる.&br;
学習用標識画像として止まれ標識画像1065枚,その他標識画像10...
次に学習済みSVMに判定したい標識画像をセットし,止まれ標識...
セットする標識画像は止まれ標識画像147枚,その他標識画像169...
ハイパーパラメータにおいてはC, γそれぞれ0.01刻みで0.01~0....
**セットする標識画像の一例 [#f99d0b69]
使用する標識画像は草や木に隠れていたり,薄暗い環境,光の反...
#ref(set_sign_img.png,center,40%)
**判定実験の評価 [#ieeba879]
評価の仕方としてTP, FN, TN, FPを用いて,精度(Precious)とF...
''TP'' -止まれ標識画像を止まれ標識と判定
''FN'' -止まれ標識画像を止まれ標識ではないと判定
''TN'' -止まれ標識ではない標識画像を止まれ標識ではないと...
''FP'' -止まれ標識ではない標識画像を止まれ標識と判定
''精度'' -陽性(止まれ標識画像)と判定された中で実際に陽性...
#ref(precious_calculation.png,center,50%);
''F値'' -精度と再現率(Recall)の調和平均.精度としてどれく...
#ref(f_calculation.png,center,50%);
**実験結果 [#e08554ce]
判定結果は表1に示す.&br;
ハイパーパラメータはγ = 0.01, C = 0.1が止まれ標識の判定精...
1枚あたりの標識画像の判定精度は0.017秒.&br;
止まれ標識画像147枚中, 145枚を正しく判定することが出来た....
#ref(result.png,center,40%);
*考察 [#ne36e4d1]
**誤判定(FP) [#sb674c6b]
止まれ標識ではない標識画像を止まれ標識と判定してしまった...
図5から分かるように徐行標識は止まれ標識と形が似ていること...
また本研究ではSVMの学習段階で徐行標識の学習用標識画像が少...
CENTER:&ref(fp_1.png,center,40%); &ref(fp_2.png,center,4...
CENTER:&ref(fp_3.png,center,40%); &ref(fp_4.png,center,4...
CENTER:図5:誤判定(FP)の画像
**誤判定(FN) [#xac06eed]
止まれ標識画像を止まれ標識ではないと判定してしまった原因...
図6より,止まれ標識の向きが斜めに曲がってしまっていること...
CENTER:&ref(fn_1.png,center,170%); &ref(fn_2.png,center,9...
CENTER:図6:誤判定(FN)の画像
*今後の課題 [#q440dcfc]
徐行標識は止まれ標識と形が似ているため誤判定をしてしまう...
そのためHOG特徴だけでは形が似ている標識に対して識別を行う...
したがって,今後の研究としては標識の色を区別するための色特...
また徐行標識の学習不足も考えられるため,より多くの学習用徐...
ハイパーパラメータはSVMの学習量の増加に応じて調整が必要と...
*参考文献 [#g56aab5c]
[1]https://algorithm.joho.info/image-processing/hog-featu...
[2]https://ikatakos.com/pot/programming/python/packages/s...
[3]https://www.qoosky.io/techs/e9963e1c4b
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[[太田研 公開用Wiki]]
*HOG特徴を用いたSVMによる止まれ標識判定 [#xdde1d5c]
#contents
*はじめに [#w0909991]
近年自動運転走行の開発が進んで来ており,その際に必要になっ...
自動運転走行をしている時に信号や標識を認識する方法として...
しかし,全ての信号や標識に対してこの方法を適用するには膨大...
機械学習とは識別器に大量の学習データを学習させ,入力データ...
明暗・掩蔽・損壊など様々な条件の標識画像を学習させる事が...
本研究では形状の酷似が少ない止まれ標識画像を判定対象とし,...
*判定手法 [#i0a82a5d]
本研究では機械学習の一種であるSVMを用いてセットした標識画...
特徴量としては照明などの輝度変化に堅牢なHOG特徴量を用いて...
また,標識画像はYoutubeのドライブレコーダーの動画から標識...
**HOG特徴 [#g8fddcac]
照明などの輝度変化に堅牢な特徴量としてHOG(Histgrams of Or...
HOG特徴とは画像の輝度の勾配方向をヒストグラム化した特徴量...
入力画像(500×500ピクセル)の注目画素(x,y)毎に垂直方向の差...
算出したdy, dxを用いて注目画素(x,y)における輝度の勾配方向...
各勾配方向の頻度に対して勾配方向毎の勾配強度の重みづけを...
このとき勾配方向は-180°~180°の範囲で計算を行い, 0°未満の...
次に各セルのヒストグラムの勾配方向における勾配強度の2乗和...
また,今回の研究においてセル領域(50×50ピクセル),ブロック領...
#ref(HOG_calculation.png,center,50%)
実際にセットした標識画像(図1, 図2)とその画像のHOG特徴量を...
#ref(hog_feature_img_1.png,center,60%);
CENTER:図1 ...
#ref(hog_feature_img_2.png,center,60%);
CENTER:図2 ...
**SVM [#r206405c]
標識画像から計算したHOG特徴量を用いて機械学習を行うために...
SVM(Support Vector Machine)とは,識別子と2つの異なる特徴の...
マージンを最大化する事によって汎化性能の高い識別子を学習...
#ref(svm.png,center,40%)
識別子を決定する際にSVMに学習データを学習させる必要がある...
本研究では学習データとして止まれ標識画像とその他標識画像...
カーネル関数は複雑な決定境界を学習できるRBFカーネルを選択...
学習を終えたSVMに判定したい標識画像をセットし,標識画像のH...
セットした標識画像のHOG特徴量と学習したHOG特徴量の比較を...
またSVMには境界線の複雑さや誤差範囲を人の手で調整して行う...
**ハイパーパラメータ [#g81ace7b]
ハイパーパラメータにはコストパラメータCとRBFカーネルを選...
それぞれのパラメータについては下記で説明をする.
***コストパラメータC [#y89ca159]
誤判別をどこまで許容するかを表すパラメータであり, Cの値を...
また,値を大きくすればするほど過学習をしてしまい識別性能が...
CENTER:&ref(small_c.png,center,60%);&ref(big_c.png,center...
CENTER:C: 小さいとき C: 大...
***RBFカーネルのパラメータγ [#j95a496b]
境界線の複雑さを決めるパラメータである. &br;
γが小さいほど単純な境界線になり,大きいほど複雑な境界線に...
CENTER:&ref(small_gamma.png,center,60%); &ref(big_gamma.p...
CENTER:γ: 小さいとき γ: 大き...
*止まれ標識判定実験 [#s0608379]
**実験方法 [#r83f5c2a]
SVMに学習用標識画像のHOG特徴量を学習させる.&br;
学習用標識画像として止まれ標識画像1065枚,その他標識画像10...
次に学習済みSVMに判定したい標識画像をセットし,止まれ標識...
セットする標識画像は止まれ標識画像147枚,その他標識画像169...
ハイパーパラメータにおいてはC, γそれぞれ0.01刻みで0.01~0....
**セットする標識画像の一例 [#f99d0b69]
使用する標識画像は草や木に隠れていたり,薄暗い環境,光の反...
#ref(set_sign_img.png,center,40%)
**判定実験の評価 [#ieeba879]
評価の仕方としてTP, FN, TN, FPを用いて,精度(Precious)とF...
''TP'' -止まれ標識画像を止まれ標識と判定
''FN'' -止まれ標識画像を止まれ標識ではないと判定
''TN'' -止まれ標識ではない標識画像を止まれ標識ではないと...
''FP'' -止まれ標識ではない標識画像を止まれ標識と判定
''精度'' -陽性(止まれ標識画像)と判定された中で実際に陽性...
#ref(precious_calculation.png,center,50%);
''F値'' -精度と再現率(Recall)の調和平均.精度としてどれく...
#ref(f_calculation.png,center,50%);
**実験結果 [#e08554ce]
判定結果は表1に示す.&br;
ハイパーパラメータはγ = 0.01, C = 0.1が止まれ標識の判定精...
1枚あたりの標識画像の判定精度は0.017秒.&br;
止まれ標識画像147枚中, 145枚を正しく判定することが出来た....
#ref(result.png,center,40%);
*考察 [#ne36e4d1]
**誤判定(FP) [#sb674c6b]
止まれ標識ではない標識画像を止まれ標識と判定してしまった...
図5から分かるように徐行標識は止まれ標識と形が似ていること...
また本研究ではSVMの学習段階で徐行標識の学習用標識画像が少...
CENTER:&ref(fp_1.png,center,40%); &ref(fp_2.png,center,4...
CENTER:&ref(fp_3.png,center,40%); &ref(fp_4.png,center,4...
CENTER:図5:誤判定(FP)の画像
**誤判定(FN) [#xac06eed]
止まれ標識画像を止まれ標識ではないと判定してしまった原因...
図6より,止まれ標識の向きが斜めに曲がってしまっていること...
CENTER:&ref(fn_1.png,center,170%); &ref(fn_2.png,center,9...
CENTER:図6:誤判定(FN)の画像
*今後の課題 [#q440dcfc]
徐行標識は止まれ標識と形が似ているため誤判定をしてしまう...
そのためHOG特徴だけでは形が似ている標識に対して識別を行う...
したがって,今後の研究としては標識の色を区別するための色特...
また徐行標識の学習不足も考えられるため,より多くの学習用徐...
ハイパーパラメータはSVMの学習量の増加に応じて調整が必要と...
*参考文献 [#g56aab5c]
[1]https://algorithm.joho.info/image-processing/hog-featu...
[2]https://ikatakos.com/pot/programming/python/packages/s...
[3]https://www.qoosky.io/techs/e9963e1c4b
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