【久留米高専】学生の研究が画像認識精度の向上に寄与
PR TIMES / 2023年3月17日 12時15分
畳み込みニューラルネットワーク(CNN)の認識精度を向上
独立行政法人国立高等専門学校機構 久留米工業高等専門学校(福岡県久留米市、校長:松村 晶 以下「久留米高専」)の機械・電気システム工学専攻科2年生の與田悟史さん(写真1)は、指導教員である黒木祥光教授(久留米高専制御情報工学科)のもと、AIが画像分析を行うための学習手法の一つである「畳み込みニューラルネットワーク(CNN: Convolutional Neural Network 以下「CNN」)」の研究をしています。與田さんの行った研究により、CNNを用いた画像認識精度の向上が実現しました。與田さんの本研究成果は、国際会議ICIIBMS(International Conference on Intelligent Informatics and BioMedical Sciences)2022において、『Student Best Paper Award』を受賞しています。
[画像1: https://prtimes.jp/i/75419/321/resize/d75419-321-a943f58107b0d6a2e72f-0.jpg ]
ポイント
・画像認識において、畳み込みニューラルネットワーク(CNN: Convolutional Neural Network)の畳み込みフィルタの初期値に、畳み込みスパース表現における辞書フィルタを用いる手法を提案しました。
・提案した辞書フィルタはCNNと異なり、少ない学習用画像でも作成することができるため、特に学習画像枚数が少ない場合でも高い分類精度を達成しました。
背景
画像認識において、CNNは他の手法を圧倒した画像認識精度を誇っていることが知られています。CNNのこの高い画像認識能力は、画像の特徴を持つフィルタによって構成される畳み込み層を導入することにより実現しています。CNNがうまく学習を行うためには、適切な学習パラメータの初期値を設定する必要があり、Xavierの初期値やHeの初期値を用いたパラメータの初期化手法が提案されています。
今回の研究では、黒木教授の研究室で研究されている畳み込みスパース表現と呼ばれる画像の近似表現手法を用いてCNNのパラメータの初期値を設定しました。提案手法では、畳み込みスパース表現における辞書フィルタがCNNの畳み込みフィルタと同様に画像の特徴を持つことに着目し、畳み込みスパース表現の辞書フィルタをCNNの畳み込みフィルタの初期値に設定しCNNの精度向上を目指しました。
畳み込みスパース表現
畳み込みスパース表現は、画像の特徴を表す辞書フィルタ と辞書フィルタの分布を表す係数マップ との畳み込み和によって画像 を近似表現する手法です。(図1)
[画像2: https://prtimes.jp/i/75419/321/resize/d75419-321-ae78e4a7e1134bd7397b-1.png ]
畳み込みスパース表現における辞書フィルタと係数マップを求めるために図2に示される最適化問題を解くことを畳み込み辞書学習といいます。ここで誤差項にL2ノルムではなくL1ノルムを用いることにより外れ値に対して頑健な畳み込み辞書学習を行うことができ、より画像の特徴を持った辞書フィルタを作ることができます。
[画像3: https://prtimes.jp/i/75419/321/resize/d75419-321-c3cd99f31d3771da0a84-5.png ]
実験
実験では、2層の畳み込み層を持つ小さなCNNを用いてデータセットCIFAR-10のクラス分類を行い、畳み込みフィルタの初期化方法の違いによる分類精度を比較しました。
実験の結果、CNNの学習枚数が少ない場合にL1誤差項を用いた畳み込み辞書学習によって初期値の計算を行ったCNNの方が、Xavierの初期値やL2誤差項を用いた畳み込み辞書学習によって初期化を行ったCNNよりも高い分類精度を達成しました。(図3)(図4)
[画像4: https://prtimes.jp/i/75419/321/resize/d75419-321-18a606ba2ba02082db30-2.png ]
[画像5: https://prtimes.jp/i/75419/321/resize/d75419-321-d58422a724194c9e4f0b-8.png ]
今後の展望
今回の実験で用いたデータセットの画像サイズは32×32画素と小さいため、より大きな画素数を持つ画像データセットでの検証を行い提案手法の実用性を確認することを予定しています。また、CNNの学習中の畳み込みフィルタの変化について調査を行い、提案手法による初期化の影響も明らかにしたいと考えています。本研究の成果が画像認識を始めとするAIの発展に寄与することを期待しています。
久留米工業高等専門学校について
本校は5学科からなる本科と2専攻からなる専攻科を備えた工業高等専門学校で、からくり儀右衛門と呼ばれた発明家・田中久重翁の出身地及びゴム産業の発祥の地である久留米に昭和39年に創設されました。自立の精神と創造性に富み、広い視野と豊かな心を兼ね備えた、社会に貢献できる技術者の育成を教育理念とし、本校の教育・研究の発展に寄与するとともに、地域社会における技術開発及び技術教育に資することに努めています。
【学校概要】
[画像6: https://prtimes.jp/i/75419/321/resize/d75419-321-010f11bc6a95b5a83e99-6.png ]
学校名:独立行政法人国立高等専門学校機構 久留米工業高等専門学校
所在地:福岡県久留米市小森野1丁目1番1号
校長名:松村 晶
設立:昭和39年
URL:https://www.kurume-nct.ac.jp/
事業内容:高等専門学校・高等教育機関
【お問い合わせ先】
久留米工業高等専門学校 総務課研究推進係
TEL:0942-35-9333
Email : pi-staff.GAD@ON.kurume-nct.ac.jp
[画像7: https://prtimes.jp/i/75419/321/resize/d75419-321-64d9477dcec525ebb216-7.jpg ]
~2022年度、高等専門学校制度は創設60周年を迎えます~
https://www.kosen-k.go.jp/Portals/0/60th/
企業プレスリリース詳細へ
PR TIMESトップへ
この記事に関連するニュース
-
超音波診断動画から肺病変の所見に必要な特徴を高精度・高速に自動検出するAIを開発
共同通信PRワイヤー / 2024年7月24日 18時0分
-
スマホカメラで撮影した眼の結膜から貧血を予測するAIを東大などが開発
マイナビニュース / 2024年7月23日 17時30分
-
第3回 高専GIRLS SDGs × Technology Contest(高専GCON2024)高専生の活動やキャリアを支援する「オリエンテーション動画」公開をスタート
PR TIMES / 2024年7月16日 18時15分
-
ソニー・インタラクティブエンタテインメントのロボットトイ「toio(TM)」×東京高専によるロボットSIer教材開発
PR TIMES / 2024年7月12日 15時15分
-
【鳥羽商船高専】練習船「鳥羽丸」三代目が退役
PR TIMES / 2024年7月11日 11時15分
ランキング
-
1昨年度の郵便事業896億円の営業赤字、前年度の4倍超…封書やはがき減収・集配や運送委託費増
読売新聞 / 2024年7月25日 18時13分
-
2だからファミリー客が次々と来店している…快進撃を続ける「丸源ラーメン」と競合チェーンの決定的違い
プレジデントオンライン / 2024年7月25日 10時15分
-
3日経平均は7日続落し1200円超安、今年最大の下げ 米株安・円高進行で
ロイター / 2024年7月25日 15時38分
-
4RIZIN「手越祐也の国歌独唱を批判」は失礼なのか 手越が辞退し、選手に批判が集まっているが…
東洋経済オンライン / 2024年7月24日 19時30分
-
5「トヨタが日本を見捨てたら、日本人はもっと貧しくなる」説は本当か
ITmedia ビジネスオンライン / 2024年7月24日 6時20分
記事ミッション中・・・
記事にリアクションする
![](/pc/img/mission/mission_close_icon.png)
記事ミッション中・・・
記事にリアクションする
![](/pc/img/mission/point-loading.png)
エラーが発生しました
ページを再読み込みして
ください
![](/pc/img/mission/mission_close_icon.png)