JPH05280953A - 物体認識方法 - Google Patents

物体認識方法

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JPH05280953A
JPH05280953A JP4075055A JP7505592A JPH05280953A JP H05280953 A JPH05280953 A JP H05280953A JP 4075055 A JP4075055 A JP 4075055A JP 7505592 A JP7505592 A JP 7505592A JP H05280953 A JPH05280953 A JP H05280953A
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JP
Japan
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dimensional
neural network
input
model
input layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP4075055A
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English (en)
Inventor
Mitsuhiro Sakai
光宏 坂井
Atsushi Inagawa
淳 稲川
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N T T DATA TSUSHIN KK
Original Assignee
N T T DATA TSUSHIN KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2次元パタ−ンどうしのマッチングの際に問
題となった回転や移動等による見え方の違いに煩わされ
ずに、見え方に関する拘束条件を記述することが困難な
複雑な3次元形状を持つ物体でも、判別および認識する
ことができるようにする。 【構成】 バックプロパゲ−ション型ニュ−ラルネット
ワ−クの入力層の各ユニットを3次元状に配置された点
の集合と対応付けて、認識対象物体の3次元形状そのも
のを学習させ、3次元計測装置を用いて得られる物体表
面の点の3次元情報を用いて作成した3次元モデルをネ
ットワ−クへの入力とすることにより、3次元パタ−ン
どうしのマッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バックプロパゲ−ショ
ン型のニュ−ラルネットワ−クを用いた物体認識方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、透明な物体や金属等の物体の3次
元形状を認識するため、超音波による計測を行っていた
が、超音波で得られる映像は解像度が低かったので、次
に音響映像再生法とニュ−ラルネットワ−クを組み合わ
せた方法により、物体を認識する方法が提案されている
(例えば、『日経コンピュ−タ』1991.2.25、pp.77〜94
参照)。この学習では、モデルを超音波映像として取り
込み、1つのニュ−ラルネットワ−クで成形させ、別の
ニュ−ラルネットワ−クで判別させることを繰り返し行
う。また、実際の処理では、学習させた2つのニュ−ラ
ルネットワ−クを使用して認識させている。さらに、ニ
ュ−ラルネットワ−クをパタ−ン認識に応用する研究も
進んでおり、1976年に発表されたニュ−ラルネットの学
習アルゴリズムであるバックプロパゲ−ションでは、入
力と望ましい出力を与えていくことにより、自動的にニ
ュ−ラルネットを学習させている。すなわち、入力デ−
タは入力層、中間層、出力層の階層構造を有する各ユニ
ットで順次、変換されて次のユニットに伝わり、出力層
から出力が得られる。その出力値と望ましい出力値とを
比べて、その差を減らすように結合の強さを変える。そ
の結合の強さの計算は、出力層のユニットから始めて中
間層のユニットに移るが、中間層ユニットではその前段
の結合の強さが決まらなければ計算できない。従って、
最後の入力層まで遡及して初めて計算が可能となる。こ
のように、学習は入力デ−タの処理とは逆方向、つまり
後ろ向きに進む。バックプロパゲ−ションによる学習
は、先ず学習用デ−タを入力し、その結果を出力する。
結果のエラ−を減らすように、後ろ向きに結合の強さを
変える。再び、学習用デ−タを入力して、その結果を出
力する。この動作を収束するまで繰り返すのである(例
えば、『日経エレクトロニクス』8−10,1987.no.42
7,pp.115〜126、“ニュ−ラルネットをパタ−ン認識,
信号処理,知識処理に使う”参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、ニュ−ラルネ
ットワ−クを使用した従来の物体認識方法においては、
入力のパタ−ンを2次元に限定していた。また、3次元
形状をニュ−ラルネットワ−クにより表現するために
は、3次元パタ−ン自体ではなく、その見え方に関する
拘束条件をニュ−ラルネットワ−クのユニット間の結合
で表わしていた。なお、関連技術の従来文献としては、
例えば、“『Parallel DistributedProcessing』
D.E.Rumelhart,J.Mc-Clelland"がある。とこ
ろで、上述した従来のバックプロパゲ−ション型ニュ−
ラルネットワ−クによる物体認識方法では、画像から得
られる2次元情報を入力として、物体を3次元的ではな
く、固定された一方向からの2次元パタ−ンとしてしか
学習していなかった。そのため、実画像中に含まれてい
る物体の回転、移動等による見え方の変化に対応できな
いという問題があった。この問題点を解決するために
は、物体を多方向から見た2次元パタ−ンが必要であ
り、かつ大規模なニュ−ラルネットワ−ク群を用意する
必要があった。また、上述した3次元形状の拘束条件を
ニュ−ラルネットワ−クにより表現では、ネットワ−ク
内のユニット間の接続を学習ではなく、作成者が自力で
決定する必要があり、その上に複雑な形状の物体に関し
ては、拘束条件が表現しきれなくなってしまうという問
題があった。本発明の目的は、これら従来の課題を解決
し、物体の見え方に煩わされることなく、複雑な形状の
物体の認識を行うことが可能な物体認識方法を提供する
ことにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の物体認識方法は、バックプロパゲ−ション
型ニュ−ラルネットワ−クの入力層の各ユニットを、3
次元状に配置された点の集合と対応付けて、認識対象物
体の3次元形状そのものを学習させ、次に3次元計測装
置を用いて得られる物体表面の点の3次元情報を用い3
次元モデルを作成し、3次元モデルに対して大きさおよ
び方向を調整した後、3次元モデルとニュ−ラルネット
ワ−クの入力層との対応付けを行い、3次元モデルを入
力層に入力することにより、3次元パタ−ンどうしのマ
ッチングを行わせ、ニュ−ラルネットワ−クが先に学習
したパタ−ンのうちで、入力された物体に最も近いパタ
−ンを出力させることを特徴としている。
【0005】
【作用】本発明においては、バックプロパゲ−ション型
ニュ−ラルネットワ−クの入力層の各ユニットを3次元
状に配置された点の集合と対応づけて、認識対象物体の
3次元形状そのものを学習させ、3次元計測装置を用い
て得られる物体表面の点の3次元情報を用いて作成した
3次元モデルをネットワ−クへの入力とすることによ
り、3次元パタ−ンどうしのマッチングを行い、2次元
パタ−ンどうしのマッチングの際に問題となった回転や
移動等による見え方の違いに煩わされることなく、見え
方に関する拘束条件を記述するのが困難な複雑な形状の
物体に対しても、判別および認識を行えるようにしてい
る。このように、ニュ−ラルネットワ−クに3次元パタ
−ンを学習させて、3次元計測装置により得られた物体
の3次元モデルとマッチングさせることにより、物体の
見え方に煩わされることなく、複雑な形状の物体の認識
を行うことができる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。図1は、本発明の一実施例を示す物体認識方
法の説明図である。図1において、1は認識させようと
する物体、2は物体1の3次元形状モデル、3は3次元
形状モデルを正規化したもの、4は正規化モデルとニュ
−ラルネットワ−クの入力層との対応付け、5はバック
プロパゲ−ション型ニュ−ラルネットワ−クである。な
お、ニュ−ラルネットワ−ク5の2枚の壁は左側が入力
層、右側が中間層、右側の集約端子は出力層である。先
ず、バックプロパゲ−ション型ニュ−ラルネットワ−ク
5に、判別または認識したい物体1の3次元形状を学習
させる。このとき、認識したい物体の3次元形状モデル
2は、n×n×n個の点からなる3次元座標系中の点の
集合として、後述のような表現で示される。そして、ニ
ュ−ラルネットワ−クの入力層のユニットの総数もn×
n×n個とし、この座標系の各点と1対1に対応させる
ことにより3次元形状を学習させる。
【0007】次に、入力として与えられた物体から、3
次元計測装置、例えば光切断法によるレ−ザレンジファ
インダを用いて物体表面の点の3次元座標を計測し、3
次元形状モデル2を作成する。この3次元形状モデル2
を正規化して、大きさおよび方向を調整し(正規化モデ
ル3)、次にニュ−ラルネットワ−ク5の入力層との対
応付けを行い(対応付け4)、そして、ニュ−ラルネッ
トワ−ク5の入力層に入力することにより、ニュ−ラル
ネットワ−ク5が先に学習したパタ−ンのうちで最も近
いものが出力される。図3は、本発明における物体認識
方法の動作フロ−チャ−トである。先ず、バックプロパ
ゲ−ション型ニュ−ラルネットワ−ク5に認識させたい
物体1の3次元形状を学習させる(ステップ101)。
次に、入力として与える物体1から物体表面の点の3次
元座標を計測し、3次元形状モデル2を作る(ステップ
102)。次に、この3次元形状モデル2を正規化し
て、大きさと方向を調整する(ステップ103)。次
に、正規化モデル3とニュ−ラルネットワ−ク5の入力
層との対応付けを行って、入力層の一辺に含まれるユニ
ットの長さと等しくなるように拡大または縮小し(ステ
ップ104)、次にニユ−ラルネットワ−ク5の入力層
に入力する(ステップ105)。その結果、ニュ−ラル
ネットワ−ク5は先に学習したパタ−ンのうちの最もそ
れに近いパタ−ンを出力する(ステップ106)。
【0008】図2は、本発明で用いられる3次元形状モ
デルとそのニュ−ラルネットワ−クへの入力方法を示す
図である。ここでは、説明を簡単にするために、円柱状
の物体のモデルを例として用いる。物体の3次元形状モ
デルは、物体の表面に位置する点の集合として表わされ
る。これをニュ−ラルネットワ−クに入力する場合に
は、点の集合のモ−メント軸を求め、その第1軸をX
軸、第2軸をY軸、第3軸をZ軸に合わせるようにモデ
ルを回転させて、向きに関する正規化を行う。次に、X
軸方向の最大値、最小値の差が、3次元状に配列された
入力層の一辺に含まれるユニットの長さと等しくなるよ
うに拡大縮小を行い、長さの正規化を行う。このような
準備処理を行った後に、対応付けられた正規化モデルは
バックプロパゲ−ション型ニュ−ラルネットワ−ク5の
入力層に入力される。
【0009】以上説明したように、本発明によれば、ニ
ュ−ラルネットワ−クに3次元パタ−ンを学習させた
後、3次元計測装置により得られた物体の3次元モデル
とマッチングさせるので、物体の見え方に煩わされず
に、複雑な形状の物体を認識することができるという効
果がある。
【発明の効果】
【0010】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す体物認識方法の説明図
である。
【図2】本発明で用いられる3次元形状モデルとそのニ
ュ−ラルネットワ−クへの入力方法の説明図である。
【図3】本発明の一実施例を示す物体認識方法の動作フ
ロ−チャ−トである。
【符号の説明】
1 物体 2 3次元形状モデル 3 正規化モデル 4 ニュ−ラルネットワ−クの入力層 5 ニュ−ラルネットワ−ク

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バックプロパゲ−ション型ニュ−ラルネ
    ットワ−クの入力層の各ユニットを、3次元状に配置さ
    れた点の集合と対応付けて、認識対象物体の3次元形状
    そのものを学習させ、次に3次元計測装置を用いて得ら
    れる物体表面の点の3次元情報を用い3次元モデルを作
    成し、該3次元モデルに対して大きさおよび方向を調整
    した後、該3次元モデルと上記ニュ−ラルネットワ−ク
    の入力層との対応付けを行い、該3次元モデルを該入力
    層に入力することにより、3次元パタ−ンどうしのマッ
    チングを行わせ、該ニュ−ラルネットワ−クが先に学習
    したパタ−ンのうちで、入力された物体に最も近いパタ
    −ンを出力させることを特徴とする物体認識方法。
JP4075055A 1992-03-31 1992-03-31 物体認識方法 Pending JPH05280953A (ja)

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