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ときことじ
6 years ago
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1 いまからはじめる MATLAB による画像処理コンピュータビジョン ( 導入編 ) MathWorks Japan アプリケーションエンジニアリング部シニアアプリケーションエンジニア大谷卓也 2013 The MathWorks, Inc. 1

2 画像処理とは? 様々なアルゴリズムを使用し画像の変形や変換色の補正ノイズ除去などを行うこと統計解析などを併用し画像からデータの数値化を行うこと例えばデジタルカメラの内部処理様々な画像処理がハードウェアソフトウェアで行われる 2

3 MATLAB を使用した画像処理ワークフローデータへのアクセス処理方法アルゴリズムの探求結果の共有 /IP 化ファイルデータ解析モデリングドキュメント生成ソフトウェアアルゴリズム開発組み込み開発 C/C++/Java などハードウェアアプリケーション開発アプリケーションとして配布処理の自動化 3

4 MATLAB を使用したデータ解析ワークフロー ~ 画像データへのアクセス ~ データへのアクセスファイル静止画動画の取り込みソフトウェア C/C++/Java など主要画像フォーマットへの対応各種カメラデバイスへの対応 RAW など特殊フォーマットへの対応ハードウェアデモ 4

5 サポートされている静止画フォーマット (R2013b) imread() によりサポートされている静止画フォーマット BMP Windows ビットマップ CUR Cursor ファイル GIF Graphics Interchange Format HDF4 Hierarchical Data Format ICO Icon ファイル JPEG Joint Photographic Experts Group JPEG 2000 Joint Photographic Experts Group 2000 PBM Portable Bitmap PCX Windows Paintbrush PGM Portable Graymap PNG ポータブルネットワークグラフ PPM Portable Pixmap RAS Sun ラスター TIFF Tagged Image File Format XWD X Window Dump 詳細 : 5

6 サポートされている動画フォーマット (R2013b) VideoReader によりサポートされている動画フォーマット Windows AVI AVI ファイル MJ2 - Motion JPEG 2000 MPG - MPEG-1 WMV, ASF, ASX - Windows Media ビデオ Microsoft DirectShow がサポートするすべての形式 Windows7 MP4, M4V - H.264 エンコードビデオ (Windows 7 のみ ) MOV - Apple QuickTime Movie Microsoft Media Foundation がサポートするすべての形式 Apple MOV - QuickTime Movie および QuickTime がサポートするすべての形式 Linux GStreamer 0.10 以降用のプラグインでサポートされる任意の形式詳細 6

互換 FireWire (IIDC 1394) GigE Vision 一般的な USB Web

7 各種カメラデバイスからのデータ取り込み Image Acquisition Toolbox 業界標準の HW からの動画像取込み機能を提供フレームグラバ Analog Camera Link DCAM 互換 FireWire (IIDC 1394) GigE Vision 一般的な USB Web カメラ Microsoft Kinect RGB 画像 + スケルトン認識した人 (6 人まで ) 深度画像 7

8 カメラキャリブレーションレンズの歪 ( ひずみ ) 補正カメラキャリブレータ ( カメラの内部外部パラメータ抽出 ) 歪の補正 8

9 既存ライブラリや IP の活用 ~ C/C++ コードのインポート ~ ゲートウェイルーチン付きの C コード #include "mex.h" myfunc.mexw64 MEX 呼び出し void mexfunction( int nlhs, // 出力パラメータ数 mxarray *plhs[], // 出力パラメータ int nrhs, // 入力パラメータ数 const mxarray *prhs[]){ // 入力パラメータ... myfunc(...); } int myfunc(int a) {... } 9

10 MATLAB 環境のメリット ~ データへのアクセス ~ 動画静止画フォーマットへアクセス多彩な静止画動画フォーマットへ標準対応 ( オプションツール不要 ) MEX を使用することでレガシーコードや特殊なフォーマットへも対応可能ハードウェアからのデータ入力業界標準ハードウェア対応 Microsoft Kinect からの容易な RGB, IR, Depth データの取得カメラキャリブレーションを行うことでレンズ歪を取り除いたデータ取得 10

11 MATLAB を使用した画像処理ワークフローデータへのアクセス処理方法アルゴリズムの探求結果の共有 /IP 化ファイルデータ解析モデリングドキュメント生成ソフトウェアアルゴリズム開発組み込み開発 C/C++/Java などハードウェアアプリケーション開発アプリケーションとして配布 11

12 MATLAB を使用したデータ解析ワークフロー ~ 処理方法アルゴリズムの探求 ~ 処理方法アルゴリズムの探求データ解析モデリングアルゴリズム開発迅速な画像処理アルゴリズムの開発インタープリタ言語によるインタラクティブな開発デバッグ環境ドキュメントユーザコミュニティの活用 GUI 付きアプリケーションの作成アプリケーション開発 12

13 画像処理アルゴリズム開発の基礎 ~ 豊富なアルゴリズムライブラリ群 ~ 特徴点マッチングセグメンテーション機械学習による物体認識レジストレーションステレオビジョン物体の定量評価 13

14 画像処理コンピュータビジョン関連ツール Image Processing Toolbox コントラスト調整幾何学変換各種フィルタモルフォロジー処理セグメンテーション物体の定量評価 Image Acquisition Toolbox 業界標準 HW からの画像取り込み Analog, Camera Link, DCAM, GigE Vision, USB camera, etc Microsoft Kinect Support Computer Vision System Toolbox 高速な動画 I/O 特徴点ベースのマッチングトラッキングステレオビジョン Statistics Toolbox クラスタリング主成分分析 K-means 混合ガウス分布クラシフィケーション SVM, K-nearest neighbor, 各種ブースティング 14

15 インタープリタ言語によるインタラクティブな開発デバッグ環境コードをセクション分けしコンパイル等不要で部分的に即実行 15

16 アルゴリズムのパラメータ探索 ~ 特徴点ベースのマッチング例 ~ Corner MSER SURF 特徴点検出 SURF FREAK Block 特徴量の抽出 MSER 各処理ステージで使用するアルゴリズムやパラメータが複数存在 SSD SAD Normxcorr マッチング処理 16

17 ドキュメントリファレンスアルゴリズムの実装詳細たくさんの実用的なサンプルプログラムが付属論文などの詳細な文献リファレンス 17

18 の利用 File Exchange には画像処理コンピュータービジョン系のアルゴリズムサンプル等が 2 千件以上登録共有されているほとんどのファイルは BSD ライセンス R2012b より Apps 機能も使用可能 18

19 MATLAB Central File Exchange からの便利ツール例 thresh_tool (2 値化 ) explorergb ( 色空間の探索 ) SegmentTool ( セグメンテーション ) ImadjustGUI ( コントラスト調整 ) Cascade Training GUI ( 物体認識の機械学習ツール ) FindCirclesGUI ( 円の検出 ) その他もたくさん便利ツールが見つかります Image processing で File Exchange 内を検索 19

20 ユーザーインターフェース構築機能ユーザーインターフェース設計環境 (GUIDE) >> guide マウス操作で簡単 GUI 作成マウス操作でのアプリとして配布 20

21 MATLAB 環境のメリット ~ アルゴリズム開発 ~ シンプルな構文によるアイデアの実現 C/C++ 等に比べ少ない記述量 ( 行列単位での処理によりループ等の記述は最小限 ) 変数の取扱いが簡単 ( 多くの場合定義も不要サイズの自動変更 ) インタプリタ言語による迅速な開発デバッグコンパイル等の作業が不要対話的な処理方法探索プログラム途中でのデバッグが容易豊富なアルゴリズムツール類最小限の設定ですぐに使える画像処理アルゴリズム関数豊富な例アルゴリズムの説明参考文献 21

22 MATLAB を使用した画像処理ワークフローデータへのアクセス処理方法アルゴリズムの探求結果の共有 /IP 化ファイルデータ解析モデリングドキュメント生成ソフトウェアアルゴリズム開発組み込み開発 C/C++/Java などハードウェアアプリケーション開発アプリケーションとして配布 22

23 MATLAB を使用したデータ解析ワークフロー ~ レポートプログラムの共有 IP 化 ~ 結果の共有 /IP 化ドキュメント生成組み込み開発開発したアルゴリズムのレポート共有 IP 化処理結果のレポートドキュメント化アプリケーション配布 C/C++ アプリケーションに向けたIP 化処理の高速化アプリケーションとして配布 23

24 レポートの生成結果の共有 Tex の数式入りで画像処理コンピュータビジョンの処理方式シーケンスをわかりやすく表現可能 24

25 アプリケーション配布と他言語との連携 MATLAB Coder MATLAB Compiler.exe.dll MATLAB Builder EX JA NE.exe.lib.dll Excel Java.NET 25

並列 / 分散処理 GPGPU による高速大規模データ処理 Parallel Computing Toolbox 並列

次元 FFT 等 150 以上の MATLAB 基本関数 Image Processing Toolbox の GPU

imopen(), imclose(), imtophat(), imbothat(), imshow(),

26 並列 / 分散処理 GPGPU による高速大規模データ処理 Parallel Computing Toolbox 並列分散処理による高速化 12 コアまでのマルチコアマルチ CPU 処理が可能 MATLAB 関数の GPU による実行 2 次元 FFT 等 150 以上の MATLAB 基本関数 Image Processing Toolbox の GPU サポート関数 imrotate(), imfilter(), imdilate(), imerode(), imopen(), imclose(), imtophat(), imbothat(), imshow(), padarray()... MATLAB Distributed Computing Server との併用によりコンピュータークラスタの使用が可能 26

27 GPGPU 処理各種関数を GPU 上で実行 I = imrotate(i, 75, 'bicubic'); % 画像を 75 回転 CPU メモリー I = gpuarray(i); I = imrotate(i, 75, 'bicubic'); % 画像を 75 回転 gather() gpuarray() GPU メモリーわずかなコード変更で高速化が可能 28

28 MATLAB 環境のメリット ~ 処理結果の共有 ~ 簡単なドキュメント作成ワンクリックで PDF, Word などの文書に処理結果を書き出し作成したプログラムの共有 MATLAB Compiler 使用により GUI を含めて.dll や.exe の形へ変換 MATLAB Coder 使用によりアルゴリズム /IP 部分を.c /.cpp へ変換組み込み開発へ適用処理の高速化 GPU や並列処理を使用した処理の高速化 30

29 まとめ MATLAB は単なるプログラミングツールでは無く環境多彩なデータ入力手段インタープリタならではの迅速なアルゴリズム開発簡単柔軟な高速化手段アプリケーション開発共有組み込み開発まで視野に入れたコード開発 MATLAB の画像処理コンピュータビジョン開発環境を使用する事で開発のペースアップを図ってください 31

30 関連するセッションセミナー類 32

31 関連するセッションセミナー類 33

32 デモブースのご案内信号処理アルゴリズム設計 ~ システム設計 ~ 実装 34

デモブースの紹介 ~ 画像処理コンピュータビジョンの実装フロー紹介 ~ ARM ターゲット実装 FPGA (Xilinx

Inc. MATLAB and Simulink are registered trademarks of The

com/trademarks for a list of additional trademarks.

33 デモブースの紹介 ~ 画像処理コンピュータビジョンの実装フロー紹介 ~ ARM ターゲット実装 FPGA (Xilinx Zynq) ターゲット実装 FPGA 検証 (FPGA in the Loop) 2013 The MathWorks, Inc. MATLAB and Simulink are registered trademarks of The MathWorks, Inc. See for a list of additional trademarks. Other product or brand names may be trademarks or registered trademarks of their respective holders. 35

いまからはじめる、MATLABによる画像処理・コンピュータビジョン

いまからはじめる、MATLABによる画像処理・コンピュータビジョンいまからはじめる MATLAB による画像処理コンピュータビジョン MathWorks Japan アプリケーションエンジニアリング部シニアアプリケーションエンジニア大谷卓也 2012 The MathWorks, Inc. 1 Demo: 顔検出画像から人間の顔認識を行い数のカウントを行う 2 Demo: MRI Analysis モンタージュ画像からの 3 次元構築 3 MATLAB/Simulink