TR-H-0027 :1993.9.13

志沢雅彦

標準正則化理論の多価関数への拡張(1) - 超並列緩和計算によるなめらかな多重表面の復元 -

Abstract:視覚情報処理における複数の重なり合った表面の復元問題(透明視(トランスペアレンシー)と呼ばれる)に代表される多価関数によるデータ近似を実現するために、標準正則化理論の拡張を試みる。従来の標準正則化理論は、関数がある滑らかさをもった一価関数であるという前提条件のもとでデータの関数近似をすることができたが、物体境界などにおいて関数が不連続になる場合は、線過程の様な滑らかさの切断を表現する補助的な場やそれと同等のメカニズムを導入する必要があった。また、多重表面の復元のための多層表現法も提案されているが、これもまた、データの所属を表す補助的な場を導入する必要があった。これらのアプローチのいずれも、エネルギー最小化問題が一般に非2次かつ非凸の非線形最適化問題となり、インプリメンテーションにかなりの工夫が必要であった。このために、この分野の研究は、この最適化をいかにうまく行うかに関心が集まっていた。本論文では、テンソル積の概念に基づいた多価関数の直接的表現法を提案し、これら補助的な場を導入しなくても、多価関数によるデータの関数近似問題を1個の2次汎関数のエネルギー最小化問題に帰着できることを示す。したがって、この場合、Euler-Lagrange 方程式は線形になり、従来の標準正則化理論のために用いられてきた最適値への収束が保証された最適化手法がほぼそのまま利用できる。さらに、この拡張された標準正則化理論を用いて透明視モデルのための2重表面復元の緩和型超並列アルゴリズムを導出し、シミュレーション結果を報告する。

キーワード:標準正則化理論、多価関数、透明視、テンソル積、最適化問題、表面復元

An extension of the standard regularization theory is proposed for data approximations by multi-valued functions which are essential for such as the transparency problems in computational vision. Conventional standard regularization theory can approximate scattered data by a single-valued function which is smooth everywhere in the domain. However, to incorporate discontinuities of the functions, we need to introduce the line process or equivalent techniques for breaking the coherence or smoothness of the approximating functions. Recently, multi-layer representations have been utilized for multiple overlapping surface reconstruction. However, it should incorporate auxiliary fields for segmenting the given data. Further, these two different approaches share the difficulty in implementing optimizations of their energy functionals, since they become non-quadric, non-convex minimization problem with respect to unknown surface and auxiliary field parameters. In this paper, by using a direct representation for multi-fold surfaces based on tensor product, we show that the data approximation by a multi-valued function can be reduced to minimization of a single quadric functional. Therefore, since the Euler-Lagrange equation of the functional becomes linear, we can get benefit from simple relaxation techniques of guaranteed convergence to the optimal solution.

Keywords: Standard regularization theory, Multi-valued functions, Transparency, Tensor product, Optimization, Surface reconstruction.