專利名稱：判別裝置和判別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)與判別對(duì)象相關(guān)的多個(gè)特征量對(duì)判別對(duì)象的類別進(jìn)行判別的判
別裝置和判別方法。
背景技術(shù)：
以往，根據(jù)拍攝路面得到的圖像來(lái)自動(dòng)判別路面狀態(tài)的判別裝置、以及根據(jù)拍攝硅晶片得到的圖像來(lái)自動(dòng)判別硅晶片上的狀態(tài)的判別裝置等是公知的。這些判別裝置將圖像中所拍攝的被攝體的狀態(tài)分類為多個(gè)類別，通過(guò)根據(jù)亮度、彩度等圖像特征量來(lái)判別被攝體屬于哪一類別，由此判別被攝體的狀態(tài)。 現(xiàn)有的判別裝置例如在以特征量作為坐標(biāo)軸的特征空間中，將各類別的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布視為正態(tài)分布的集合(混合正態(tài)分布)，估計(jì)表示各類別的數(shù)據(jù)的產(chǎn)生概略的概率密度函數(shù)，根據(jù)該函數(shù)判別對(duì)象數(shù)據(jù)的類別(參照專利文獻(xiàn)1)。 并且，現(xiàn)有的判別裝置決定在特征空間中代表各類別的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布的數(shù)據(jù)(原型)，根據(jù)原型與對(duì)象數(shù)據(jù)在特征空間內(nèi)的距離，判別對(duì)象數(shù)據(jù)的類別(參照專利文獻(xiàn)2)。 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2004-274431號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 :日本特開2006-12069號(hào)公報(bào) 然而，在根據(jù)概率密度函數(shù)判別對(duì)象數(shù)據(jù)的類別的判別裝置中，由于使訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布近似于正態(tài)分布的集合來(lái)計(jì)算概率密度函數(shù)，因而具有這樣的問(wèn)題在訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布復(fù)雜的情況下，近似精度不良，判別精度下降。 并且，在根據(jù)特征空間中的原型與對(duì)象數(shù)據(jù)之間的距離來(lái)判別對(duì)象數(shù)據(jù)的類別的判別裝置中，具有這樣的問(wèn)題在訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布復(fù)雜的情況下，當(dāng)原型少時(shí)判別精度下降，另一方面，當(dāng)原型多時(shí)判別精度提高，然而計(jì)算量增多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而作成的，本發(fā)明的特征是提供一種在各類別的數(shù)據(jù)分布復(fù)雜的情況下，與現(xiàn)有的判別裝置相比較，能以少的計(jì)算量、精度良好地對(duì)判別對(duì)象所屬的類別進(jìn)行判別的判別裝置和判別方法。 為了解決上述問(wèn)題并達(dá)到目的，本發(fā)明涉及的判別裝置，其特征在于，該判別裝置具有區(qū)域信息計(jì)算單元，其使用自組織特征映射，將由多個(gè)節(jié)點(diǎn)和連接該節(jié)點(diǎn)的線段形成、且與特征空間中的同一類別的數(shù)據(jù)分布形狀對(duì)應(yīng)的形成大致圓形狀或大致球形狀的閉區(qū)域的所述各節(jié)點(diǎn)配置成與所述特征空間內(nèi)的所述同一類別的所述數(shù)據(jù)分布形狀一致，該區(qū)域信息計(jì)算單元通過(guò)將所述閉區(qū)域進(jìn)行變形來(lái)計(jì)算區(qū)域信息；區(qū)域信息記錄單元，其記錄所述區(qū)域信息；區(qū)域表面間距離計(jì)算單元，其根據(jù)所述區(qū)域信息，計(jì)算所述特征空間中的判別對(duì)象與所述閉區(qū)域的表面之間的距離；以及類別決定單元，其根據(jù)所述距離為最短的閉區(qū)域，決定所述判別對(duì)象的類別。
并且，本發(fā)明涉及的判別方法，其特征在于，該判別方法包含區(qū)域信息計(jì)算步驟，
其使用自組織特征映射，將由多個(gè)節(jié)點(diǎn)和連接該節(jié)點(diǎn)的線段形成、且與特征空間中的同一
類別的數(shù)據(jù)分布形狀對(duì)應(yīng)的形成大致圓形狀或大致球形狀的閉區(qū)域的所述各節(jié)點(diǎn)配置成
與所述特征空間內(nèi)的所述同一類別的所述數(shù)據(jù)分布形狀一致，通過(guò)將所述閉區(qū)域進(jìn)行變形
來(lái)計(jì)算區(qū)域信息；區(qū)域信息記錄步驟，其記錄所述區(qū)域信息；區(qū)域表面間距離計(jì)算步驟，其
根據(jù)所述區(qū)域信息，計(jì)算所述特征空間中的判別對(duì)象與所述閉區(qū)域的表面之間的距離；以
及類別決定步驟，其根據(jù)所述距離為最短的閉區(qū)域，決定所述判別對(duì)象的類別。 根據(jù)本發(fā)明，取得以下效果通過(guò)根據(jù)特征空間中的判別對(duì)象的位置、和記錄在
區(qū)域信息記錄單元內(nèi)的各類別的區(qū)域信息來(lái)決定判別對(duì)象的類別，與現(xiàn)有的判別裝置相比
較，使用可由少的代表數(shù)據(jù)準(zhǔn)確代表訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布的區(qū)域信息來(lái)決定判別對(duì)象的類別，
因而即使在訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布復(fù)雜的情況下，與現(xiàn)有的判別裝置相比較，也能以少的計(jì)算量、
精度良好地對(duì)判別對(duì)象的類別進(jìn)行判別，并可縮短判別處理所花的時(shí)間。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的判別裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。 圖2是示出由圖1所示的判別裝置進(jìn)行的判別處理進(jìn)程的流程圖。 圖3是示出構(gòu)成大致圓形的輸出層的各節(jié)點(diǎn)的初始值與各節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系的圖。 圖4是示出訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布的具體例的圖。 圖5是示出二維特征空間中的閉區(qū)域的具體例的圖。 圖6是示出計(jì)算在特征空間中判別對(duì)象與閉區(qū)域之間的距離的處理進(jìn)程的流程 圖。 圖7是說(shuō)明計(jì)算在二維特征空間中判別對(duì)象與閉區(qū)域之間的距離的處理的圖。
圖8是示出三維特征空間中的閉區(qū)域的具體例的圖。 圖9是說(shuō)明計(jì)算在三維特征空間中判別對(duì)象與閉區(qū)域之間的距離的處理的圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明 1 :判別裝置;10 :記錄部;11 :存儲(chǔ)器;12 :區(qū)域信息記錄部；20 :運(yùn)算部；21 :區(qū)域 信息計(jì)算部；22 :類別決定部;221 :區(qū)域表面間距離計(jì)算部；30 :輸入部；40 :輸出部;Dist— XFC :判別對(duì)象X與閉區(qū)域Fc表面之間的距離；Dist_XPc :判別對(duì)象X與交點(diǎn)PC之間的距 離；Dist_XVci :判別對(duì)象X與節(jié)點(diǎn)Vci之間的距離；FC :閉區(qū)域；P :從判別對(duì)象X下降到包
含閉區(qū)域Fc的表面在內(nèi)的表面的垂線與該表面的交點(diǎn)Pc :從判別對(duì)象X下降到閉區(qū)域Fc 的表面的垂線與閉區(qū)域Fc的表面的交點(diǎn)；Vci、 Vci'、 Vca、 Vcb、 Vce、 Vcd :節(jié)點(diǎn);X :判別對(duì) 象；Z :耦合系數(shù)矢量。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的判別裝置和判別方法。另外，本 發(fā)明不受各實(shí)施方式的限定。并且，在附圖的記載中，對(duì)相同部分或者相當(dāng)部分附上相同標(biāo)號(hào)。(實(shí)施方式) 圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的判別裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。如圖1所示，
4判別裝置1具有記錄部IO，其記錄各種信息；以及運(yùn)算部20，其根據(jù)記錄在記錄部10內(nèi)的 信息，執(zhí)行對(duì)判別對(duì)象所屬的類別進(jìn)行判別的運(yùn)算。并且，判別裝置1上連接有輸入各種信
息的輸入部30和輸出判別結(jié)果等的輸出部40。 記錄部10由能更新存儲(chǔ)的閃存等稱作ROM或RAM之類的各種IC存儲(chǔ)器、內(nèi)置或 者利用數(shù)據(jù)通信端子來(lái)連接的硬盤、CD-ROM等信息存儲(chǔ)介質(zhì)及其讀取裝置等來(lái)實(shí)現(xiàn)，并具 有記錄各種處理程序、各處理的處理參數(shù)、處理數(shù)據(jù)等、在運(yùn)算部20中利用的信息的存儲(chǔ) 器11。 并且，記錄部10具有存儲(chǔ)各類別的區(qū)域信息的區(qū)域信息記錄部12。區(qū)域信息是表 示在特征空間中各類別的數(shù)據(jù)分布區(qū)域的信息，具體地說(shuō)，是關(guān)于在特征空間中由根據(jù)各 類別的數(shù)據(jù)分布所配置的多個(gè)節(jié)點(diǎn)和使節(jié)點(diǎn)間連接起來(lái)的線段而形成的閉區(qū)域的信息。
運(yùn)算部20由執(zhí)行存儲(chǔ)在記錄部10內(nèi)的各種處理程序的CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別是，運(yùn) 算部20具有區(qū)域信息計(jì)算部21，其計(jì)算區(qū)域信息；以及類別決定部22，其根據(jù)區(qū)域信息， 決定判別對(duì)象所屬的類別。類別決定部22具有計(jì)算在特征空間中判別對(duì)象與各類別的閉 區(qū)域表面之間的距離的區(qū)域表面間距離計(jì)算部221，并根據(jù)判別對(duì)象與閉區(qū)域表面之間的 距離，決定判別對(duì)象的類別。另外，計(jì)算訓(xùn)練數(shù)據(jù)和判別對(duì)象的特征量的機(jī)構(gòu)根據(jù)判別對(duì)象 而不同，在本實(shí)施方式中不作特別提及。 輸入部30由各種開關(guān)、輸入鍵、鼠標(biāo)、觸摸面板、USB、 IEEE 1394等通信用接口來(lái) 實(shí)現(xiàn)，并受理關(guān)于來(lái)自外部的各類別的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和判別對(duì)象的特征量的信息的輸入。另外， 輸入部30也可以由與各種存儲(chǔ)卡、CD、DVD等便攜型存儲(chǔ)介質(zhì)對(duì)應(yīng)的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以受理 來(lái)自該便攜型記錄介質(zhì)的各類別的訓(xùn)練數(shù)據(jù)或區(qū)域信息等的輸入。 輸出部40由液晶顯示器等來(lái)實(shí)現(xiàn)，并顯示包含圖像的各種信息。并且，輸出部40 顯示請(qǐng)求操作者輸入各種處理信息的GUI (Gr即hical Userlnterface，圖形用戶界面)畫 面。 下面，參照?qǐng)D2來(lái)說(shuō)明判別對(duì)象的類別決定處理的進(jìn)程。圖2是示出判別裝置1的 類別決定處理流程的流程圖。首先，運(yùn)算部20取得判別對(duì)象X的特征矢量(步驟S101)。
這里，特征矢量是指將表示判別對(duì)象的特征的多個(gè)特征量Xj(j = 1 K)作為矢量 來(lái)表現(xiàn)，一般表示為下式(1)所示。在式(1)中，T表示轉(zhuǎn)置，K代表特征矢量的維數(shù)，即代 表表示判別對(duì)象X的特征量的種類數(shù)量。在本實(shí)施方式中，假定特征矢量的維數(shù)是二維(K =2)。判別對(duì)象或訓(xùn)練數(shù)據(jù)的特征矢量表示特征空間中的判別對(duì)象或訓(xùn)練數(shù)據(jù)的坐標(biāo)。
X = (x" x2、…、xK)T (1) 然后，類別決定部22從區(qū)域信息記錄部12取得特征空間中的各類別的區(qū)域信息 (步驟S102)。然后，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221計(jì)算特征空間中的、判別對(duì)象與閉區(qū)域Fc 的表面之間的距離Dist_XFc(步驟S103)。之后，類別決定部22判定是否針對(duì)記錄在區(qū)域 信息記錄部12內(nèi)的全部類別計(jì)算出距離Dist_XFc(步驟S104)，在有未計(jì)算出距離Dist_ XFc的類別的情況下(步驟S104 :否)，再次進(jìn)行步驟S103的處理。 在針對(duì)全部類別計(jì)算出距離Dist_XFc的情況下(步驟S104 :是)，類別決定部22 將距離Dist—XFc為最小的類別判別為判別對(duì)象X所屬的類別(步驟S105)。之后，運(yùn)算部 20將判別對(duì)象X的類別信息輸出到輸出部40(步驟S106)，結(jié)束判別裝置1中的處理。這 樣，判別裝置1根據(jù)在特征空間中判別對(duì)象X與閉區(qū)域Fc的表面之間的距離，對(duì)判別對(duì)象X所屬的類別進(jìn)行決定。 在步驟S102中，類別決定部22取得預(yù)先由區(qū)域信息計(jì)算部21計(jì)算出、且記錄在 區(qū)域信息記錄部12內(nèi)的區(qū)域信息。在本實(shí)施方式中，區(qū)域信息計(jì)算部21使用自組織特征 映射(參考文獻(xiàn)T. - *冬 >著、德高平蔵《力'監(jiān)修自己組織化^ '7 7° (自組織特征映 射)、改訂版(修訂版)-〉工7° 'J >力'一 7工7 ， 一夕東京2005年)來(lái)計(jì)算各類別的 區(qū)域信息。 自組織特征映射是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種，例如是由輸入層和輸出層構(gòu)成的兩層網(wǎng)絡(luò)。 根據(jù)自組織特征映射，可在維持事先設(shè)定的代表矢量間的連接關(guān)系的狀態(tài)下，決定與特征 空間內(nèi)的數(shù)據(jù)分布對(duì)應(yīng)的代表矢量。在本實(shí)施方式中，各類別的訓(xùn)練數(shù)據(jù)被輸入到神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的輸入層，代表矢量的連接關(guān)系表示為輸出層的結(jié)構(gòu)。 以下，說(shuō)明由區(qū)域信息計(jì)算部21進(jìn)行的區(qū)域信息計(jì)算處理。首先，區(qū)域信息計(jì)算 部21對(duì)圖3所示的構(gòu)成大致圓形狀的輸出層的各節(jié)點(diǎn)分配與特征空間相同維數(shù)的隨機(jī)數(shù) 值矢量。將此時(shí)的數(shù)值矢量設(shè)定為節(jié)點(diǎn)的數(shù)值矢量、即代表矢量的初始值。
之后，區(qū)域信息計(jì)算部21針對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)&的特征矢量，求出被分配了最類似的數(shù) 值矢量的節(jié)點(diǎn)Nw。然后，區(qū)域信息計(jì)算部21將節(jié)點(diǎn)Nw和在輸出層中位于節(jié)點(diǎn)Nw附近的節(jié) 點(diǎn)的數(shù)值矢量修正成類似于訓(xùn)練數(shù)據(jù)&的特征矢量。區(qū)域信息計(jì)算部21針對(duì)一個(gè)訓(xùn)練數(shù) 據(jù)，以預(yù)定次數(shù)重復(fù)進(jìn)行最類似的節(jié)點(diǎn)的決定、以及所決定的節(jié)點(diǎn)和在輸出層中位于該節(jié) 點(diǎn)附近的節(jié)點(diǎn)的數(shù)值矢量的修正。 區(qū)域信息計(jì)算部21針對(duì)各類別，使用多個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)來(lái)修正節(jié)點(diǎn)的數(shù)值矢量，之后 將最終分配給各節(jié)點(diǎn)的數(shù)值矢量和各節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系的信息作為區(qū)域信息，并將該區(qū)域信 息記錄在區(qū)域信息記錄部12內(nèi)。 另外，區(qū)域信息計(jì)算部21使用在自組織特征映射中使用的預(yù)定函數(shù)來(lái)設(shè)定將相 對(duì)于節(jié)點(diǎn)Nw以何種程度位于附近的節(jié)點(diǎn)的數(shù)值矢量與節(jié)點(diǎn)Nw的數(shù)值矢量一起修正，以及 使各節(jié)點(diǎn)的數(shù)值矢量以何種程度類似于訓(xùn)練數(shù)據(jù)&的特征矢量。通常，區(qū)域信息計(jì)算部21 設(shè)定成使修正量根據(jù)修正次數(shù)的增加而減少。 圖4是示出二維特征空間中的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布的具體例的圖，是示出三種類別的
訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布的圖。與此相對(duì)，圖5是示出針對(duì)圖4所示的各類別的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布，使
用自組織特征映射計(jì)算出的閉區(qū)域的圖。如圖5所示，在特征空間中，由節(jié)點(diǎn)和使各節(jié)點(diǎn)連
接起來(lái)的線段包圍的閉區(qū)域表示訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布區(qū)域。因此可知區(qū)域信息是表示與特征
空間中的各類別的數(shù)據(jù)分布對(duì)應(yīng)的代表矢量和其連接關(guān)系的信息。另外，假定判別裝置1
從圖5所示的閉區(qū)域相互不重合的多個(gè)類別中對(duì)判別對(duì)象的類別進(jìn)行判別。 另外，在本實(shí)施方式中，區(qū)域信息計(jì)算部21使用自組織特征映射來(lái)計(jì)算出閉區(qū)
域，然而用戶也可以在目視特征空間中的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布的同時(shí)，對(duì)應(yīng)于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布
形狀指定節(jié)點(diǎn)的位置和節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系，取得訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布區(qū)域的輪廓，人為地生成閉
區(qū)域。閉區(qū)域在反映了訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布形狀時(shí)，可以不將全部訓(xùn)練數(shù)據(jù)包含在閉區(qū)域內(nèi)。另
外，閉區(qū)域必須封閉且是有限的區(qū)域。 并且，在步驟S103中，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221按照以下處理步驟，計(jì)算特征空 間中的判別對(duì)象X與各類別的閉區(qū)域Fc的表面之間的距離Dist_XFc。圖6是示出計(jì)算判 別對(duì)象X與預(yù)定類別的閉區(qū)域Fc之間的距離的步驟的流程圖。如圖6所示，首先，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221計(jì)算在特征空間中判別對(duì)象X與預(yù)定類別的閉區(qū)域Fc的各節(jié)點(diǎn)Vci 之間的距離Dist_XVci (步驟S1031)。 之后，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221求出各節(jié)點(diǎn)Vci中離判別對(duì)象X最近的節(jié)點(diǎn) Vci'，將判別對(duì)象X與節(jié)點(diǎn)Vci'之間的距離Dist—XVci'存儲(chǔ)在記錄部10內(nèi)(步驟S1032)。 然后，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221進(jìn)行這樣的處理在特征空間中，針對(duì)由連接節(jié)點(diǎn)Vci'和 與節(jié)點(diǎn)Vci'有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)的線段來(lái)規(guī)定的閉區(qū)域Fc的表面，求出從判別對(duì)象X下降 的垂線與閉區(qū)域Fc的表面相交的交點(diǎn)Pc的處理(步驟S1033)。之后，區(qū)域表面間距離計(jì) 算部221判斷是否存在交點(diǎn)Pc (步驟S1034)。 在存在交點(diǎn)Pc的情況下(步驟S1034 :是)，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221計(jì)算特征 空間中的判別對(duì)象X與交點(diǎn)Pc之間的距離Dist_XPc(步驟S1035)，將該值設(shè)定為判別對(duì) 象X與閉區(qū)域Fc的表面之間的距離Dist_XFc (步驟S1036)，結(jié)束距離Dist_XFc計(jì)算處理。 另一方面，在不存在交點(diǎn)Pc的情況下(步驟S1034 :否)，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221將距 離Dist—XVci'設(shè)定為距離Dist_XFc(步驟S1037)，結(jié)束距離Dist_XFc計(jì)算處理。然后，返 回到圖2的步驟S103，之后轉(zhuǎn)移到步驟S104。這樣，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221計(jì)算在特 征空間中判別對(duì)象X與閉區(qū)域Fc之間的最短距離，將該最短距離設(shè)定為距離Dist_XFc。
另外，在步驟S1031和S1035中，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221使用歐幾里德距離等 作為距離Dist—XVci和Dist—XPc。例如，在計(jì)算距離Dist—XVci的情況下，當(dāng)是歐幾里德距 離時(shí)，可使用下式(2)來(lái)計(jì)算。
[算式1]
{K 》vci廣Xj)2 j=l — 在式(2)中，K表示特征矢量的維數(shù)，在本實(shí)施方式中K = 2。并且，vcij表示節(jié) 點(diǎn)Vci的數(shù)值矢量的分量(特征量)，Xj表示判別對(duì)象X的特征矢量的分量(特征量)。
并且，在步驟S1033中，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221根據(jù)判別對(duì)象X的特征矢量和 節(jié)點(diǎn)的數(shù)值矢量，求出交點(diǎn)Pc。圖7是示出二維特征空間中的閉區(qū)域Fc、交點(diǎn)Pc以及判別 對(duì)象X之間的位置關(guān)系的圖。如圖7所示，在使節(jié)點(diǎn)Vci'和與節(jié)點(diǎn)Vci'有連接關(guān)系的節(jié) 點(diǎn)Vca連接起來(lái)的線段上存在交點(diǎn)Pc。特征空間中的交點(diǎn)Pc的坐標(biāo)可通過(guò)求解下式(3) 來(lái)計(jì)算。另外，通過(guò)求解下式(3)，可計(jì)算出交點(diǎn)Pc的坐標(biāo)以及實(shí)數(shù)t。如圖7所示，在閉 區(qū)域Fc的表面上存在交點(diǎn)Pc的情況下，t為0以上且1以下的值。 [OOM][算式幻
連接關(guān)系的
<formula>formula see original document page 7</formula>
_ _ (3)
式中，，表示內(nèi)積，t表示實(shí)數(shù)。
瓦干， 農(nóng)不円積，t農(nóng)不頭效。
另一方面，與節(jié)點(diǎn)Vca相同，在特征空間中，針對(duì)通過(guò)節(jié)點(diǎn)Vci'和與節(jié)點(diǎn)Vci'有 灶牧穴爾的節(jié)點(diǎn)Vcb的直線，從判別對(duì)象X下降的垂線與該直線相交的交點(diǎn)P的坐標(biāo)也能 通過(guò)置換式(3)的節(jié)點(diǎn)Vca的數(shù)值矢量和節(jié)點(diǎn)Vcb的數(shù)值矢量而計(jì)算出。不過(guò)，在該情況 下，實(shí)數(shù)t為負(fù)值，如圖7所示，交點(diǎn)P存在于使節(jié)點(diǎn)Vcb和節(jié)點(diǎn)Vci'連接起來(lái)的線段的延長(zhǎng)線上，不存在于閉區(qū)域Fc的表面上。 實(shí)際上，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221使用式(3)，計(jì)算在特征空間中通過(guò)節(jié)點(diǎn)Vci' 和與節(jié)點(diǎn)Vci'有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)的直線與從判別對(duì)象X起相對(duì)于該直線下降后的垂線之 間的交點(diǎn)的坐標(biāo)，并計(jì)算實(shí)數(shù)t，根據(jù)實(shí)數(shù)t是否是O以上且l以下的值，判定交點(diǎn)是否位于 閉區(qū)域Fc的表面上，在位于該表面上的情況下，將計(jì)算出的坐標(biāo)設(shè)定為交點(diǎn)Pc的坐標(biāo)。這 樣，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221進(jìn)行使用節(jié)點(diǎn)Vci'和與節(jié)點(diǎn)Vci'有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)來(lái)計(jì) 算交點(diǎn)Pc的坐標(biāo)和實(shí)數(shù)t的處理，并以檢索方式計(jì)算交點(diǎn)Pc的坐標(biāo)。
這樣，判別裝置1計(jì)算在二維特征空間中各類別的閉區(qū)域與判別對(duì)象之間的距 離，并將離判別對(duì)象最近的閉區(qū)域的類別判別為判別對(duì)象的類別。閉區(qū)域與現(xiàn)有的判別裝 置相比較，以少的代表數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地代表特征空間中的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布，因而采用判別裝置 1，即使在特征空間中訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布復(fù)雜的情況下，也能以少的計(jì)算量、精度良好地對(duì)判 別對(duì)象所屬的類別進(jìn)行判別。因此，可縮短判別處理所花的時(shí)間。
(變形例) 并且，在上述實(shí)施方式中，特征空間是二維，然而在本實(shí)施方式的變形例中，特征 空間是三維。即，在表示特征矢量的式(1)中K二3，類別決定部22計(jì)算在三維特征空間中 判別對(duì)象與閉區(qū)域之間的距離，并決定判別對(duì)象的類別。 在該情況下，區(qū)域信息計(jì)算部21使用自組織特征映射來(lái)修正構(gòu)成大致球形狀的 輸出層的各節(jié)點(diǎn)的數(shù)值矢量，計(jì)算圖8所示的立體的閉區(qū)域。 并且，在步驟S1031中，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221在式(2)中設(shè)1( = 3，計(jì)算判 別對(duì)象X與各節(jié)點(diǎn)之間的距離Dist_XVci。而且，在步驟S1033中，區(qū)域表面間距離計(jì)算部 221計(jì)算在三維特征空間中、從判別對(duì)象X下降的垂線在通過(guò)離判別對(duì)象X最接近的節(jié)點(diǎn) Vci'和與節(jié)點(diǎn)Vci'有連接關(guān)系的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)這三個(gè)點(diǎn)的平面上相交的交點(diǎn)P的坐標(biāo)。具體 地說(shuō)，如圖9所示，使用節(jié)點(diǎn)Vci'和與節(jié)點(diǎn)Vci'有連接關(guān)系的節(jié)點(diǎn)Vcd、 Vce的特征矢量， 按照下式(4)計(jì)算交點(diǎn)P的坐標(biāo)。
[算式3]
n = V.ci'Vcd Vci'Vce
Vci'P-n = 0
(4) 式中，②表示外積， 表示內(nèi)積，t表示任意實(shí)數(shù)。 之后，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221使用式(5)，計(jì)算由^I^、^和W^的線 性耦合表示示時(shí)的耦合系數(shù)矢量Z。
[算式4]
z =
XVci' XVcd XVce
(5) 式中，耦合系數(shù)矢量Z和XVci' 、XVcd、XVce均表示三維縱矢量，[Q]—1表示矩陣Q 的逆矩陣，*表示矩陣積。 在耦合系數(shù)矢量Z的矢量分量全部是正的情況下，如圖9所示，區(qū)域表面間距離計(jì)
8算部221判斷為交點(diǎn)P位于由節(jié)點(diǎn)Vci' 、 Vcd、 Vce包圍的閉區(qū)域Fc的表面上，將交點(diǎn)P的 坐標(biāo)設(shè)定為交點(diǎn)Pc的坐標(biāo)。另一方面，區(qū)域表面間距離計(jì)算部221在耦合系數(shù)矢量Z的矢 量分量包含有取負(fù)值的分量的情況下，判斷為交點(diǎn)P不存在于閉區(qū)域Fc的表面上。區(qū)域 表面間距離計(jì)算部221這樣求出交點(diǎn)Pc的坐標(biāo)，計(jì)算距離Dist_XPc。最終，區(qū)域表面間距 離計(jì)算部221將距離Dist_XVci'和距離Dist_XPc進(jìn)行比較，將距離小的那方設(shè)定為距離 Dist_XFc。 這樣，根據(jù)判別裝置1，即使在三維特征空間中，也能計(jì)算判別對(duì)象X與各類別的 閉區(qū)域Fc的表面之間的距離。因此，在訓(xùn)練數(shù)據(jù)和判別對(duì)象的特征量是三種的情況下，與 現(xiàn)有的判別裝置相比較，能以少的計(jì)算量、精度良好地對(duì)判別對(duì)象的類別進(jìn)行判別。
如以上所述，本發(fā)明涉及的判別裝置和判別方法在根據(jù)與判別對(duì)象相關(guān)的多個(gè)特 征量對(duì)判別對(duì)象的類別進(jìn)行判別的情況下是有用的。
權(quán)利要求
一種判別裝置，其特征在于，該判別裝置具有區(qū)域信息計(jì)算單元，其使用自組織特征映射，將由多個(gè)節(jié)點(diǎn)和連接該節(jié)點(diǎn)的線段形成、且與特征空間中的同一類別的數(shù)據(jù)分布形狀對(duì)應(yīng)的形成大致圓形狀或大致球形狀的閉區(qū)域的所述各節(jié)點(diǎn)配置成與所述特征空間內(nèi)的所述同一類別的所述數(shù)據(jù)分布形狀一致，所述區(qū)域信息計(jì)算單元通過(guò)將所述閉區(qū)域進(jìn)行變形來(lái)計(jì)算區(qū)域信息；區(qū)域信息記錄單元，其記錄所述區(qū)域信息；區(qū)域表面間距離計(jì)算單元，其根據(jù)所述區(qū)域信息，計(jì)算所述特征空間中的判別對(duì)象與所述閉區(qū)域的表面之間的距離；以及類別決定單元，其根據(jù)所述距離為最短的閉區(qū)域，決定所述判別對(duì)象的類別。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的判別裝置，其特征在于，所述區(qū)域信息記錄單元記錄針對(duì)多 個(gè)所述類別的所述區(qū)域信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的判別裝置，其特征在于，所述閉區(qū)域相互不重合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的判別裝置，其特征在于，所述特征空間是二維 或三維。
5. —種判別方法，其特征在于，該判別方法包含區(qū)域信息計(jì)算步驟，其使用自組織特征映射，將由多個(gè)節(jié)點(diǎn)和連接該節(jié)點(diǎn)的線段形成、 且與特征空間中的同一類別的數(shù)據(jù)分布形狀對(duì)應(yīng)的形成大致圓形狀或大致球形狀的閉區(qū) 域的所述各節(jié)點(diǎn)配置成與所述特征空間內(nèi)的所述同一類別的所述數(shù)據(jù)分布形狀一致，通過(guò) 將所述閉區(qū)域進(jìn)行變形來(lái)計(jì)算區(qū)域信息；區(qū)域信息記錄步驟，其記錄所述區(qū)域信息；區(qū)域表面間距離計(jì)算步驟，其根據(jù)所述區(qū)域信息，計(jì)算所述特征空間中的判別對(duì)象與 所述閉區(qū)域的表面之間的距離；以及類別決定步驟，其根據(jù)所述距離為最短的閉區(qū)域，決定所述判別對(duì)象的類別。
全文摘要
判別裝置(1)具有區(qū)域信息記錄部(12)，其記錄關(guān)于由多個(gè)節(jié)點(diǎn)和使節(jié)點(diǎn)間連接起來(lái)的線段構(gòu)成的特征空間內(nèi)的閉區(qū)域、而且是與特征空間中的同一類別的數(shù)據(jù)分布形狀對(duì)應(yīng)的閉區(qū)域的信息即區(qū)域信息；以及類別決定部(22)，其從區(qū)域信息記錄部(12)取得區(qū)域信息，根據(jù)特征空間中的判別對(duì)象與閉區(qū)域之間的距離，決定判別對(duì)象所屬的類別。類別決定部(22)具有計(jì)算特征空間中的判別對(duì)象與閉區(qū)域之間的距離的閉區(qū)域表面間距離計(jì)算部(221)。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101779213SQ200880102650
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日
發(fā)明者神田大和 申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社