画像認識

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深層学習

画像認識の進化:セマンティックセグメンテーション

ものの形や輪郭を細かく判別する技術に、意味分割と呼ばれるものがあります。これは、写真に写る一つ一つの細かい点に対し、それが何なのかを判別する技術です。従来の写真判別技術では、写真全体に何が写っているか、どこに何が写っているかを知るだけでした。しかし、意味分割では、写真の中のさらに細かい部分を理解することができます。 たとえば、街並みを写した写真をこの技術で分析するとどうなるでしょうか。空、建物、道路、人、車など、写真の中の一つ一つの点がそれぞれ何なのかを色分けして表示できます。これは、単に何が写っているかだけでなく、そのものの形や場所まで正確に把握できることを示しています。 この技術は、自動運転の分野で活用されています。周りの状況を細かく把握することで、安全な運転を支援します。また、医療の分野でも役立っています。レントゲン写真やCT画像を分析し、病気の診断を助けます。さらに、機械を動かす分野でも応用されています。機械が周りの状況を理解し、適切な動作をするために必要な技術となっています。このように、意味分割は様々な分野で将来性のある技術として注目されています。今後、ますます発展していくことが期待されます。
深層学習

画像を切り分ける技術:セグメンテーション

近年、目覚しい進歩を遂げている画像認識技術は、写真に写る物体が何かを判別するだけでなく、その位置や形まで特定できるようになりました。この技術は私たちの身近なところで、例えば、スマートフォンでの顔認証や自動運転技術など、様々な分野で活用されています。そして、この技術の進歩を支える重要な要素の一つが、「画像分割」です。 画像分割とは、画像を小さな点の一つ一つまで細かく分類し、それぞれの点がどの物体に属するかを識別する技術です。例えば、街の風景写真を解析するとします。従来の画像認識では、「建物」「道路」「車」「人」などが写っていると認識するだけでした。しかし、画像分割を用いると、空や建物、道路、車、人といった具合に、点の一つ一つが何に該当するかを精密に分類することができます。まるで、写真の点一つ一つに名前を付けていくような作業です。 これは、単に写真に何が写っているかを認識するだけでなく、写真の構成要素を理解するという意味で、より高度な画像認識技術と言えます。例えば、自動運転技術においては、前方の物体が「人」であると認識するだけでなく、その人の輪郭や姿勢まで正確に把握することで、より安全な運転を支援することが可能になります。また、医療分野においても、画像分割は患部の正確な位置や大きさを特定するのに役立ち、診断の精度向上に貢献しています。このように、画像分割技術は、様々な分野で応用され、私たちの生活をより豊かに、より安全なものにする可能性を秘めていると言えるでしょう。
深層学習

転移学習で賢く学習

転移学習は、人の学び方に似た、賢い学習方法です。まるで、自転車に乗れるようになった人が、バイクの運転を学ぶ時に、バランスの取り方や乗り物の操縦方法といった共通の技術を使うように、転移学習も既に覚えた知識を新しい問題に当てはめます。 具体的には、別の課題で既に訓練され、たくさんの知識を蓄えた学習済みのひな形を使います。このひな形は、膨大な量のデータから、例えば絵の認識や声の見分け方といった、特定の能力を既に身につけています。このひな形に備わっている多くの数値は固定したまま、新しい課題に特化した少数の部分だけを再び学習させることで、効率よく新しい知識を覚えさせます。これは、例えるなら、熟練した職人が新しい道具の使い方をすぐに覚えるようなものです。転移学習も、既に持っている能力を生かして、新しい課題への対応を速めます。 この学習方法は、使えるデータが少ない時に特に役立ちます。少ないデータでも、ひな形が持っている豊富な知識を活用することで、質の高い結果を得られます。少ない努力で大きな成果を上げる、画期的な学習方法と言えるでしょう。例えば、犬の種類を判別するひな形があったとします。このひな形を猫の種類を判別する課題に転用する場合、犬と猫では似た特徴もあるため、ゼロから学習するよりも効率的に学習できます。このように、転移学習は様々な分野で応用され、人工知能の発展に大きく貢献しています。
深層学習

DenseNet:濃密な接続で高精度を実現

稠密ネットワーク(デンスネット)は、絵を理解したり見分けたりする分野で高い正答率を誇る、人間の脳の神経細胞の繋がり方をまねた計算手法です。これまでのやり方では、層が深くなるにつれて、学習がうまくいかなくなる、傾斜が消えてしまうといった問題が起こることがありました。これは、幾重にも重なった層を情報がうまく伝わらないことが原因です。デンスネットは、この問題を解決するために、ネットワーク内の層同士をくまなく繋げることで、情報のやり取りを良くし、学習を安定させています。すべての層が互いに繋がっているため、デンスネットは「濃密に接続されたネットワーク」とも呼ばれます。 この構造は、すべての層が前の層からの出力を受け取るだけでなく、それ以前のすべての層からの出力も受け取ることを意味します。例えるなら、バケツリレーで水を運ぶ際に、各人が前の人のバケツからだけでなく、スタート地点からのすべての人から少しずつ水を受け取るようなものです。このように、各層は豊富な情報を受け取ることができるため、学習が効率的に進みます。また、前の層の特徴が後の層まで直接伝わるため、傾斜が消えてしまう問題も軽減されます。 さらに、デンスネットは特徴マップの再利用を促進します。特徴マップとは、画像の特徴を抽出したものです。デンスネットでは、各層が前の層の特徴マップを再利用できるため、少ない計算量で高い性能を実現できます。これは、限られた資源で高性能なシステムを構築する上で非常に重要です。デンスネットは、画像認識だけでなく、物体検出や画像分割など、様々な分野で応用され、高い成果を上げています。この革新的なネットワーク構造は、今後も人工知能の発展に大きく貢献していくでしょう。
深層学習

DeepLab:高精度画像セグメンテーション

ディープラーニングという技術に基づいた画像認識手法の一つであるディープラブは、画像の中の個々の点がどの物体に属するかを判別する、意味的分割という技術において非常に高い正確さを誇ります。例えば、一枚の写真に人や乗り物、植物などが写っている場合、ディープラブはそれぞれの物体を点一つ一つまで細かく正確に区分けすることができます。この技術は、自動運転や医療画像診断など、様々な分野での活用が期待されています。 ディープラブの大きな特徴は、複雑な画像でも高精度な分割を実現できる点にあります。この高い性能は、様々な工夫によって実現されています。一つは、空洞畳み込みと呼ばれる特殊な演算方法を用いることで、画像の細部まで情報を捉えることができる点です。また、異なる大きさの特徴を組み合わせることで、様々な大きさの物体を正確に認識することができます。さらに、画像全体の状況を把握するための仕組みも組み込まれており、より精度の高い分割を可能にしています。 これらの工夫により、ディープラブは多くの研究者や技術者から注目を集めており、意味的分割分野を先導する重要な技術の一つとなっています。近年、画像認識技術は急速に発展していますが、ディープラブはその中でも特に優れた手法として、様々な分野での活用が期待されています。高精度な分割は、画像の理解を深める上で欠かせない要素であり、ディープラブはその進化に大きく貢献しています。ディープラブの技術は、今後ますます発展し、様々な分野で革新的な変化をもたらす可能性を秘めています。例えば、自動運転技術においては、周囲の環境をより正確に認識することで、安全性を向上させることができます。また、医療画像診断においては、病変の早期発見や正確な診断に役立つことが期待されます。
深層学習

画像認識の精度向上:Cutoutでモデルを強化

画像を認識する技術において、学習データを増やす工夫は認識精度を高める上でとても大切です。様々なデータを増やす方法がありますが、隠蔽と呼ばれる手法もその一つです。隠蔽は、一部分を隠すことで、画像認識モデルの頑健性を向上させる効果があります。具体的には、カットアウトと呼ばれる手法がよく使われます。これは、画像中の適当な場所に四角いマスクを被せて、その部分を隠すというものです。一見すると、画像に傷を付けているように見えますが、この一見破壊的に見える行為が、モデルの学習に良い影響を与えます。 なぜ隠蔽が効果的なのかというと、隠蔽によってモデルは画像全体ではなく、部分的な情報から対象を認識することを強いられます。例えば、猫の画像を認識させる場合、耳や尻尾など、猫の特徴的な一部分が隠されたとしても、残りの部分から猫だと判断できるようになります。これは、人間が一部が隠れていても全体を認識できるのと同じです。隠蔽によって、モデルは隠された部分を補完するように学習し、より詳細な特徴を捉える能力を身に付けます。その結果、画像の一部が欠けていたり、ノイズが混ざっていたりする場合でも、正しく認識できるようになります。 さらに、隠蔽は過学習を防ぐ効果も期待できます。過学習とは、学習データに過剰に適応しすぎてしまい、未知のデータに対してはうまく認識できない状態のことです。隠蔽によって、モデルは学習データの細部に囚われすぎることなく、より本質的な特徴を学習することができます。このように、隠蔽は一見単純な手法ですが、画像認識モデルの性能向上に大きく貢献する、重要な技術です。隠蔽をうまく活用することで、より頑健で汎用性の高い画像認識モデルを構築することが可能になります。
深層学習

深層学習AI:未来を築く技術

深層学習は、人間の脳の仕組みをまねた技術です。脳には、無数の神経細胞が複雑につながった神経回路があります。深層学習も同様に、たくさんの計算単位が幾重にも層をなす「ニューラルネットワーク」を使って情報を処理します。この何層にも重なった構造こそが、「深層」と呼ばれるゆえんです。 従来のコンピュータは、人間が細かく指示を与えないと仕事をこなせませんでした。例えば、猫を認識させるには、「耳が三角で、ひげがあって、目がつり上がっている」といった特徴を人間が定義する必要がありました。しかし、深層学習ではそうした特徴をコンピュータが自ら学習します。大量の猫の画像データを読み込ませることで、コンピュータは猫の特徴を自分で見つけ出し、猫を認識できるようになるのです。 この自動的に特徴を抽出する能力こそが、深層学習の大きな強みです。従来の方法では、人間がすべての特徴を定義するのは大変な作業でした。特に、画像や音声、言葉といった複雑なデータでは、重要な特徴を見つけるのが難しく、認識精度もなかなか上がりませんでした。深層学習の登場によって、この問題が解決され、様々な分野で技術革新が起こっています。 例えば、写真に何が写っているかを判断する画像認識の分野では、深層学習によって人間の目にも匹敵するほどの高い精度が実現しました。また、人間の音声を文字に変換する音声認識では、深層学習によって精度が飛躍的に向上し、より自然な言葉遣いにも対応できるようになりました。さらに、文章の意味を理解し、自動で要約を作成したり、人間のように自然な文章を生成したりする自然言語処理の分野でも、深層学習は目覚ましい成果を上げています。このように、深層学習は私たちの生活をより便利で豊かにする可能性を秘めた、今まさに発展中の技術と言えるでしょう。
深層学習

広域平均値処理:画像認識の効率化

広域平均値処理は、画像認識の分野で、畳み込みニューラルネットワークという技術の最終段階で使われる処理方法です。画像に含まれる様々な特徴を捉えるために、畳み込みニューラルネットワークは複数の層を重ねて処理を行います。そして最終層では、これまで抽出した特徴をまとめて、画像全体の情報を表現する必要があります。従来、この最終層では全結合層と呼ばれるものがよく使われていましたが、この手法はたくさんの計算が必要で、処理に時間がかかるだけでなく、学習データに過剰に適応してしまう「過学習」という問題も引き起こしやすいという欠点がありました。 そこで登場したのが広域平均値処理です。この処理方法は、各々の特徴マップと呼ばれるものについて、全ての画素の値を平均することで、一つの代表値を計算します。特徴マップとは、畳み込みニューラルネットワークの処理過程で生成されるもので、画像の異なる特徴をそれぞれ表しています。例えば、ある特徴マップは物体の輪郭を、別の特徴マップは色合いを捉えているといった具合です。広域平均値処理では、これらの特徴マップそれぞれについて、全ての画素の平均値を計算し、新しい特徴量として出力します。 この処理を行うことで、画像の空間的な情報は失われますが、各特徴の全体的な強さが抽出されます。例えば、ある特徴マップで高い平均値が得られれば、その特徴が画像全体に強く現れていると解釈できます。このようにして、広域平均値処理は、画像の空間的な情報を圧縮し、それぞれのチャンネルが持つ特徴の代表的な値を取り出すことができます。全結合層と比べて、処理に必要な計算量が少ないため、計算時間の短縮や過学習の抑制につながるという利点があります。そのため、近年、画像認識の分野で広く利用されています。
深層学習

Grad-CAMで画像認識の根拠を視覚化

近年の技術革新により、人の目では判別できない微妙な違いも見抜くことができる画像認識の技術は目覚しい進歩を遂げました。特に、深層学習と呼ばれる技術を用いた画像認識は、その精度の高さから様々な分野で活用されています。しかし、深層学習は複雑な計算過程を経て結果を導き出すため、どのような根拠でその判断に至ったのかを人間が理解することは容易ではありません。まるで中身の見えない黒い箱のような、このブラックボックス化された状態は、AI技術への信頼を損なう一因となっています。そこで、AIの判断の理由を明らかにし、人間にも理解できるようにする技術が求められるようになりました。これを説明可能なAI、つまり説明できるAIと呼びます。 この説明できるAIを実現する代表的な方法の一つが、今回紹介するグラッドカムと呼ばれる技術です。グラッドカムは、AIが画像のどの部分に着目して判断を下したのかを、色の濃淡で表現した図として示してくれます。例えば、AIが一枚の写真を見て「ねこ」と判断したとします。このとき、グラッドカムを使うと、ねこの耳や尻尾といった、ねこだと言える特徴的な部分が、図の中で明るく強調されて表示されます。つまり、AIはこれらの部分を見て「ねこ」だと判断したことが視覚的に分かるようになります。 グラッドカムは、AIの判断根拠を分かりやすく示すことで、AI技術のブラックボックス化された部分を解消するのに役立ちます。これは、AIの判断に対する信頼性を高めるだけでなく、AIが誤った判断をした場合に、その原因を特定するのにも役立ちます。例えば、AIが「ねこ」ではなく「いぬ」と誤って判断した場合、グラッドカムで表示される図を見ることで、AIが誤って「いぬ」の特徴と判断した部分が分かります。このように、グラッドカムは、AIの判断過程を理解し、改善していく上で非常に重要な役割を果たします。そして、AI技術をより深く理解し、より安全に活用していくための、重要な技術と言えるでしょう。
深層学習

Grad-CAM:AIの思考を視覚化

深層学習という技術は、まるで人間の脳のように複雑な計算を行うことで、画像認識などの分野で驚くべき成果を上げています。しかし、その精度の高さとは裏腹に、どのような仕組みで判断を下しているのかが分かりにくいという欠点があります。まるで中身の見えない黒い箱のような、この分かりにくさを解消するために考え出されたのが、「勾配加重クラス活性化マップ」、略して「勾配活用地図」という手法です。 この「勾配活用地図」は、深層学習モデルが画像のどの部分に注目して判断を下したのかを、色の濃淡で示した図を作り出します。この図は、深層学習モデルの中身を覗き込むための窓のような役割を果たします。例えば、猫の画像を見せた時に、モデルが「猫」と正しく認識したとします。この時、「勾配活用地図」を使うと、モデルが猫の耳や尻尾、目に注目して「猫」だと判断したことが、色の濃い部分として浮かび上がります。まるでモデルが「私はこの部分を見て猫だと判断しました」と教えてくれているようです。 従来、深層学習モデルの判断根拠は分かりにくく、まるで魔法の箱のようでした。しかし、「勾配活用地図」を使うことで、どの部分が最終的な判断に強く影響を与えたのかを視覚的に理解できるようになります。これは、深層学習モデルの信頼性を高める上で非常に重要です。なぜなら、モデルの判断根拠が分かれば、間違った判断をした場合でも、その原因を特定しやすく、改善に繋げることができるからです。「勾配活用地図」は、深層学習という魔法の箱に光を当て、その仕組みを解き明かすための強力な道具と言えるでしょう。
機械学習

データの集まりを探る:クラスタリング入門

データの分類とは、様々な情報のかたまりを、共通の特徴に基づいて整理し、いくつかのグループに分ける作業のことです。これは、まるでたくさんの玩具を種類ごとに整理するようなものです。例えば、積み木、人形、車など、それぞれの玩具は形や役割が違います。これらの玩具を共通の特徴に基づいて「積み木」「人形」「車」といったグループに整理することで、必要な玩具をすぐに見つけることができます。データも同様に、様々な種類があり、それぞれ異なる特徴を持っています。これらのデータを共通の特徴に基づいて分類することで、データの全体像を把握しやすくなり、分析や活用がしやすくなります。 データの分類には様々な方法がありますが、よく使われる方法の一つに「クラスタリング」があります。クラスタリングとは、大量のデータの中から、似ている特徴を持つデータを自動的にグループ分けする手法です。これは、たくさんの色とりどりのビーズを、似た色ごとにまとめていく作業に似ています。赤いビーズ、青いビーズ、黄色いビーズ…といった具合に、それぞれの色のグループ(これを「集団」と呼びます)に分けられます。この作業を計算機が行うのがクラスタリングです。 クラスタリングは、データの中に隠れた構造や模様を見つけるのに役立ちます。例えば、顧客データの分析にクラスタリングを使うと、購買行動が似ている顧客をグループ分けすることができます。これにより、それぞれの顧客集団に合わせた販売戦略を立てることができます。また、医療分野では、患者の症状や検査データに基づいて病気を分類するためにクラスタリングが利用されています。このように、クラスタリングは様々な分野で、データ分析において重要な役割を果たしています。大量のデータに潜む法則性や関連性を明らかにし、データの全体像を把握する上で、強力な道具となります。そして、データの分類は、データ分析の第一歩であり、その後の分析結果の解釈や活用に大きく影響します。そのため、データの特性や分析の目的に合わせて、適切な分類方法を選ぶことが重要です。
機械学習

AIで車両種別を判別

近年、機械の知能と言える人工知能の技術は、まるで日進月歩の勢いで発展を続けており、様々な分野で応用されています。特に、人の目で見て理解する画像認識の分野においては目覚ましい成果を上げています。人工知能は、写真や動画に写るものを、人と同程度か、時には人を超える正確さで判別できるようになってきました。この技術を活かした様々なサービスが私たちの生活に入り込んでいますが、今回は、安全を守るための監視カメラに映った乗り物の種類を見分ける技術について詳しく説明します。 街中や建物に設置された監視カメラは、私たちの安全を守る上で欠かせないものとなっています。しかし、従来の監視カメラは、ただ映像を記録するだけで、そこから特定の情報を抽出するには人の目による確認作業が必要でした。これは大変な手間と時間がかかる作業です。そこで、人工知能の画像認識技術を活用することで、監視カメラの映像から自動的に必要な情報を取り出せるようになりました。例えば、不審な人物や車両を検知したり、交通量を計測したりといったことが可能です。 今回取り上げる車両の種別判別技術は、監視カメラに映った車両が、乗用車なのか、トラックなのか、バスなのかといった種類を自動的に判別する技術です。この技術により、特定の種類の車両だけを監視対象に絞り込んだり、交通状況の把握に役立てたりすることが可能になります。例えば、大型トラックの通行を制限している道路で、監視カメラの映像から自動的にトラックを検知し、警告を発するシステムを構築することができます。また、事故が発生した場合、事故に関係した車両の種類を特定することで、事故原因の究明に役立てることも期待できます。このように、人工知能による車両種別の判別技術は、私たちの安全を守るだけでなく、様々な場面で役立つ技術と言えるでしょう。
深層学習

画像認識の立役者:CNN

畳み込みニューラルネットワーク(CNN)は、人の脳の視覚に関する働きをまねて作られた、深層学習という種類の計算手法の一つです。特に、写真や動画といった視覚的な情報から、その特徴を掴むことに優れています。これまでの写真の認識手法では、例えば「耳の形」や「目の位置」といった特徴を人が一つ一つ決めて、計算機に教える必要がありました。しかし、CNNは大量の写真データを読み込むことで、写真の特徴を自分で学習できるのです。例えば、たくさんの猫の写真を読み込ませることで、CNNは猫の特徴を自然と理解し、猫を認識できるようになります。これは、まるで人が多くの猫を見て、猫の特徴を覚える過程に似ています。 CNNは「畳み込み層」と呼ばれる特別な層を持っています。この層では、小さなフィルターを写真全体にスライドさせながら、フィルターに引っかかる特徴を探します。このフィルターは、初期状態ではランダムな値を持っていますが、学習が進むにつれて、猫の耳や目といった特徴を捉える値へと変化していきます。まるで、職人が様々な道具を試しながら、最適な道具を見つけるように、CNNも最適なフィルターを探し出すのです。 CNNの学習には、大量のデータと、それを処理するための高い計算能力が必要です。近年、計算機の性能が飛躍的に向上したことで、CNNの性能も大きく進歩しました。現在では、写真の分類、写真の中の物体の位置特定、新しい写真の作成など、様々な分野で目覚ましい成果を上げています。CNNは、自動運転技術や医療画像診断など、私たちの生活を大きく変える可能性を秘めた技術と言えるでしょう。
深層学習

CNNの発展形:高精度化への道

絵を理解する人工知能の仕組みである畳み込みニューラルネットワーク(畳み込み網)は、目覚ましい発展を遂げてきました。今では、写真に写っているものを見分けるだけでなく、車の自動運転や医療画像の診断など、様々な分野で活躍しています。 初期の畳み込み網は、比較的単純な構造をしていました。これは人間の視覚野の仕組みを参考に、絵の特徴を捉える層を何層にも重ねたものです。層を重ねるほど、より複雑な特徴を捉えることができるようになり、絵をより深く理解できるようになります。例えば、最初の層では単純な線や角を認識し、次の層ではそれらを組み合わせて円や四角を認識する、といった具合です。 層を深くした畳み込み網として、VGGやグーグルネットなどが登場しました。これらの網は、数十層もの層を持つことで、従来よりも多くの情報を捉え、認識精度を飛躍的に向上させました。しかし、層を深くするほど、学習に必要な計算量も増大するという課題がありました。 近年の畳み込み網は、層を深くするだけでなく、様々な工夫が凝らされています。例えば、層同士の繋ぎ方を変えることで、情報の伝達効率を高める手法や、学習方法を改善することで、より効率的に学習を進める手法などが開発されています。また、コンピュータの性能向上も、畳み込み網の進化を支える大きな要因となっています。大量の計算を高速に処理できるようになったことで、より複雑で大規模な畳み込み網の学習が可能になりました。 このように、畳み込み網は、構造の工夫、学習方法の改善、計算機の進化といった複数の要素が絡み合いながら、進化を続けています。今後も、更なる技術革新により、私たちの生活をより豊かにする様々な応用が期待されています。
ビジネスへの応用

自動運転で変わる未来の車

自動運転は、まるで魔法のように自動車が自ら道を進みますが、実は様々な技術の組み合わせによって実現されています。まず、自動車の周りを取り巻く環境を認識するために、カメラやレーダー、超音波センサーといった「目」の役割を果たす装置が車体に搭載されています。これらの装置は、周囲の車や歩行者、信号機、道路の白線、標識といった情報を捉え、電気信号に変換します。 次に、これらの信号は自動車の頭脳であるコンピューターに送られます。コンピューターの中では、人工知能が活躍します。人工知能は、人間の脳のように情報を処理し、状況を判断する能力を持っています。カメラで捉えた映像から、それが人なのか車なのか、信号の色は何色なのかを瞬時に見分けます。そして、安全に走行するために適切な速度はどれくらいか、ハンドルをどのように切るか、ブレーキをかけるべきかどうかを判断します。 さらに、全地球測位システム(GPS)と詳細な地図情報を組み合わせることで、出発地から目的地までの最適な経路を自動で計算します。渋滞情報なども考慮し、最も早く、または最も快適なルートを選択します。これらの高度な技術によって、ドライバーが運転操作をしなくても目的地まで安全に移動できる、まさに未来の移動手段が実現されているのです。まるで熟練のドライバーのように、複雑な交通状況にも対応し、スムーズな運転を実現します。そして、常に安全運転を心がけることで、交通事故の減少にも貢献することが期待されています。
深層学習

CLIP:画像と文章の革新的な関係

CLIP(対照的な言葉と絵の事前学習)は、二〇二一年にオープンエーアイが発表した、これまでのやり方とは大きく異なる新しい神経回路網です。これは、たくさんの絵とそれに合う言葉を学習することで、絵と言葉の関係を理解する能力を身につけます。これまでの絵を認識する仕組みは、特定のものを識別するために、あらかじめ名前付けされた学習データが必要でした。しかし、CLIPはインターネット上にある様々なデータを学習に使うため、より柔軟で色々な用途に使える仕組みとなっています。 具体的には、CLIPは絵と言葉の組み合わせを入力として受け取り、それらがどのくらい関係しているかを予測します。この学習を通して、CLIPは見たものと文字情報を共通の潜在空間に配置することを学び、絵と言葉の意味的な繋がりを捉えられるようになります。たとえば、「猫がソファに座っている」という文章と、猫がソファに座っている写真がセットで入力されると、CLIPはこれらの関連性が高いと判断します。逆に、「犬がボールで遊んでいる」という文章と、猫がソファに座っている写真が入力された場合は、関連性が低いと判断します。 この学習方法は、絵と言葉の意味を結びつけるだけでなく、言葉で表現されていない絵の特徴も捉えることができます。例えば、「ふわふわの猫」といった言葉がなくても、猫の毛並みの特徴を視覚的に捉え、他のふわふわした物体と関連付けることができます。このように、CLIPは大量のデータから知識を獲得し、言葉で表現しにくい微妙なニュアンスや概念を理解することが可能です。 この革新的な取り組みは、絵の検索、絵の作成、絵の分類など、様々な分野で大きな可能性を秘めています。例えば、言葉で欲しい絵を説明するだけで、CLIPがそれに近い絵を探し出したり、新たに作り出したりすることができるようになります。また、CLIPは絵の内容を理解することで、より高度な分類作業も可能になります。CLIPの登場は、人工知能が人間の認識能力に近づくための大きな一歩と言えるでしょう。
ビジネスへの応用

自動運転の未来:AI技術が拓く新たなモビリティ社会

自動運転とは、人が運転操作をしなくても、自動車などの乗り物が自力で走り、目的地までたどり着く技術のことです。これまでの車は、人がアクセルやブレーキ、ハンドルなどを操作して運転するのが当たり前でした。しかし、自動運転では、これらの操作を機械が自動で行います。周りの状況を把握し、状況に応じて適切な行動を選び、まるで人間の運転手のように動く車、それが自動運転車です。 自動運転車は、様々な装置を使って周囲の環境を認識します。カメラで周りの様子を捉え、レーダーで他の車や障害物との距離を測り、全地球測位システム(GPS)で自分の位置を正確に把握します。これらの情報を基に、自動運転システムは、どこへ進むか、どのくらいの速さで走るのか、いつ止まるのかなどを瞬時に判断します。まるで人間の脳のように、状況を理解し、最適な行動を決定するのです。 近年、この自動運転技術は目覚ましい発展を遂げています。人工知能(AI)の進化やセンサー技術の向上により、より安全で、より快適な自動運転の実現が近づいています。自動運転が普及すれば、交通事故の減少や渋滞の緩和、高齢者や障害者の移動支援など、私たちの暮らしに様々な恩恵をもたらすことが期待されています。また、物流や公共交通機関など、様々な分野での活用も期待されており、私たちの社会を大きく変える可能性を秘めています。近い将来、誰もが自動運転車を利用する時代が来るかもしれません。 しかし、自動運転の実現には、技術的な課題だけでなく、法整備や倫理的な問題など、解決すべき課題も残されています。例えば、事故が起きた場合の責任の所在や、自動運転システムの安全性確保など、様々な課題をクリアしていく必要があります。自動運転技術が社会に広く受け入れられるためには、安全性の確保と同時に、社会全体の理解と協力が不可欠です。
深層学習

姿勢推定:人の動きを捉える技術

姿勢推定とは、写真や動画に写っている人の体の関節の位置を特定し、骨格を推測することで、その人の姿勢を理解する技術のことです。カメラで撮影された情報から、肩、肘、手首、腰、膝、足首といった主要な関節の位置を数値データとして特定します。そして、それらの点を線でつなぐことで、棒人間のように人体の骨格を表現します。まるで絵を描くように、体の骨組みを単純な形で表現することで、姿勢を捉えやすくするのです。 この技術は、静止している写真だけでなく、動画にも使うことができます。動画の場合、時間の流れに沿って姿勢の変化を追跡することが可能です。例えば、ある人が歩いている動画を分析すれば、一歩ずつどのように足や腰が動いているのかを詳細に把握できます。また、体操選手が技を行う様子を分析すれば、理想的な動きと比較することで、改善点を明確にすることも可能です。 姿勢推定は、様々な分野で活用が期待されています。スポーツの分野では、選手のフォーム分析に役立ちます。野球の投球動作や、ゴルフのスイングなど、細かい体の動きを分析することで、パフォーマンスの向上につなげることができます。医療の分野では、リハビリテーションの進捗状況を把握したり、高齢者の転倒リスクを評価したりするのに役立ちます。さらに、防犯の分野では、監視カメラの映像から不審な行動を検知したり、人の動きを認識して自動で照明を点灯させたりといった応用も考えられています。このように、姿勢推定は私たちの生活をより豊かに、そして安全にするための技術として、幅広い分野での活躍が期待されています。
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画像認識の革新:Vision Transformer

近ごろ、画像を機械に認識させる技術は、驚くほどの進化を遂げています。特に、人間の脳の仕組みを模倣した「深層学習」という技術が登場したことで、以前の方法よりもはるかに正確に画像を認識できるようになりました。この技術は、自動運転で周囲の状況を把握したり、医療現場で病気の診断を支援したりと、様々な分野で革新的な変化をもたらしています。 これまで、画像認識の主役は「畳み込みニューラルネットワーク(CNN)」と呼ばれる技術でした。CNNは、画像の細かい部分の特徴を捉えるのが得意で、画像に写っているものが何かを判断したり、特定の物体の位置を特定したりする作業で高い性能を示してきました。しかし、CNNには、画像全体の繋がりや背景といった情報を読み解くのが難しいという弱点がありました。例えば、テーブルの上に置かれたフォークとナイフを認識できても、それらが食事中で使われているのか、それとも片付けられた後なのかを判断するのは難しい場合がありました。 そこで、文章の意味を理解する技術で成果を上げていた「Transformer」という技術を、画像認識にも応用する試みが始まりました。「Vision Transformer(ViT)」は、まさにこの流れを汲む、画期的な画像認識モデルです。ViTは、画像を小さなパッチに分割し、それぞれのパッチを単語のように扱って、画像全体の文脈情報を捉えることができます。これは、CNNが苦手としていた、画像の全体的な理解を可能にする画期的なアプローチです。ViTの登場により、画像認識は新たな時代へと突入し、今後さらに多くの分野で活用されることが期待されます。例えば、より高度な自動運転システムや、より精密な医療診断、そして私たちの日常生活をより便利にする様々なサービスへの応用が考えられます。 ViTは、画像認識の可能性を大きく広げる、重要な技術と言えるでしょう。
深層学習

インスタンスセグメンテーションとは?

写真や絵に写っているものを、一つ一つ細かく分けて名前を付ける技術のことを、インスタンス・セグメンテーションと言います。これは、まるで写真の登場人物に一人一人名前を付けるように、写っているすべての物に名前を付け、その形も正確に捉える技術です。 例えば、街中の写真を考えてみましょう。そこには、歩行者、車、自転車、建物など、たくさんの物が写っています。通常の画像認識では、これらの物が「人」「乗り物」「建造物」といった大まかな種類に分けられるだけかもしれません。しかし、インスタンス・セグメンテーションでは、同じ種類の物であっても、一つ一つを区別することができます。例えば、たくさんの歩行者の中に、赤い服を着た人と青い服を着た人がいるとします。この技術を使えば、それぞれを「歩行者1」「歩行者2」といった具合に、別々のものとして認識し、それぞれにぴったり合った形のラベルを付けることができます。 これは、単に物が何であるかを判別するだけでなく、その物の位置や形を正確に把握できることを意味します。例えば、自動運転技術では、周囲の状況を正確に把握することが不可欠です。インスタンス・セグメンテーションを使えば、それぞれの車や歩行者の位置や動きを正確に把握することができ、より安全な自動運転が可能になります。また、医療分野でも、この技術は役立ちます。例えば、レントゲン写真から患部を正確に特定したり、顕微鏡写真から細胞の種類を細かく分類したりする際に、この技術が活用されています。このように、インスタンス・セグメンテーションは、様々な分野で応用され、私たちの生活をより便利で安全なものにするために役立っています。
深層学習

画像認識の革新:AlexNet

2012年に開かれた大規模画像認識競技会、ILSVRC(画像ネット大規模視覚認識チャレンジ)で、アレックスネットという画像認識の仕組みが驚くほどの成果を上げました。この競技会は、膨大な画像データを集めた「画像ネット」を使って、画像認識の正確さを競うものです。アレックスネットは、他の参加者を大きく引き離して優勝しました。 それまでの画像認識技術では、なかなか到達できなかった高い精度を達成したことが、この仕組みの革新的な点です。この出来事は、まるで新しい時代が始まったことを告げるかのような、画期的な出来事でした。アレックスネットの登場以前と以後では、画像認識の研究は大きく変わりました。それまでのやり方では考えられないほどの正確さで画像を認識できるようになったことで、多くの研究者がこの新しい技術に注目し、研究を進めるようになりました。 アレックスネットの成功の鍵は、深層学習(ディープラーニング)という技術です。これは、人間の脳の仕組みをまねた学習方法で、コンピュータに大量のデータを読み込ませることで、複雑なパターンを認識できるようにするものです。アレックスネットは、この深層学習を画像認識に適用することで、従来の方法では不可能だった高い精度を実現しました。この成果は、深層学習の可能性を世界中に知らしめることになり、その後の深層学習ブームの火付け役となりました。 アレックスネットの登場は、画像認識の世界に革命を起こし、様々な分野への応用への道を開きました。現在では、自動運転技術や医療画像診断、顔認証システムなど、多くの分野で深層学習に基づく画像認識技術が活用されています。アレックスネットは、まさに現代の画像認識技術の礎を築いた、重要な技術と言えるでしょう。
機械学習

敵対的攻撃:AIの弱点

人工知能は、まるで人のように画像を見分けたり、声を聞き取ったりすることができるようになり、様々な分野でめざましい成果をあげています。自動運転や医療診断など、私たちの暮らしを大きく変える可能性を秘めています。しかし、人工知能にはまだ弱点も存在します。その一つが、人工知能をだます攻撃、いわゆる「敵対的な攻撃」です。 この攻撃は、人工知能が認識するデータに、まるで気づかないような小さな変化を加えることで、人工知能を間違った判断に導くというものです。例えば、パンダの絵を人工知能に見せるとします。この絵に、人にはまったく見えないようなごく小さなノイズを加えます。すると、人工知能は、パンダの絵をテナガザルだと誤って認識してしまうのです。まるで、人工知能の目に魔法をかけて、実際とは違うものを見せているかのようです。 このような小さな変化は、人間には全く分かりません。パンダの絵は、ノイズが加えられても、私たちには変わらずパンダの絵に見えます。しかし、人工知能にとっては、このノイズが大きな意味を持ち、判断を狂わせる原因となるのです。これは、人工知能がデータの特徴を捉える仕方が、人間とは大きく異なることを示しています。 敵対的な攻撃は、人工知能の安全性を脅かす重大な問題です。例えば、自動運転車を考えてみましょう。もし、道路標識に敵対的な攻撃が仕掛けられた場合、自動運転車は標識を誤認識し、事故につながる可能性があります。また、医療診断の分野でも、画像診断に敵対的な攻撃が加えられると、誤診につながる恐れがあります。このように、人工知能の実用化が進むにつれて、敵対的な攻撃への対策はますます重要になっています。人工知能の安全性を高めるためには、このような攻撃を防ぐ技術の開発が不可欠です。
機械学習

物体検出における矩形領域の役割

四角い枠組みのこと、それが矩形領域です。まるで絵を描く時、注目したい所に四角い枠を描くように、画像や動画の中の物体を囲む四角い枠のことを指します。この枠は、コンピューターにものの場所を教える上でとても大切な役割を担っています。 コンピューターに「これは何?」と物体を認識させる技術、それが物体認識です。そして、その物体が「どこにあるか?」を特定する技術、それが物体検出です。矩形領域は、まさにこの「どこにあるか?」を示すために使われます。例えば、写真の中に猫がいるとします。コンピューターはまず、写真の中の様々なものを認識し、その中に猫がいることを理解します。そして、矩形領域を使って、その猫が写真のどの位置にいるかを正確に示すのです。 では、どのようにしてコンピューターに矩形領域を伝えるのでしょうか?それは、座標を使って行います。画像の左上隅を始点(0, 0)と考え、そこから水平方向と垂直方向にどれくらい移動したかを数値で表します。矩形領域を作るには、左上の点と右下の点の二つの座標が必要です。例えば、左上の点が(10, 20)、右下の点が(50, 60)だとしましょう。これは、始点から水平方向に10、垂直方向に20進んだ場所に左上の点があり、水平方向に50、垂直方向に60進んだ場所に右下の点があることを意味します。こうして二つの点を指定することで、その間を結ぶ目に見えない線で四角形が作られ、目的の物体を囲むのです。 このようにして作られた矩形領域の情報は、その後のコンピューターによる処理で活用されます。例えば、自動運転技術では、周りの車や歩行者を認識し、安全に走行するために矩形領域の情報が利用されています。また、工場の自動化システムでは、製品の欠陥を検出するために矩形領域が使われています。このように、矩形領域はコンピューターが視覚情報を理解する上で欠かせない技術と言えるでしょう。
深層学習

画像認識の鍵、局所結合構造

画像を認識する技術で、近年大きな成果を上げているものに畳み込みニューラルネットワークというものがあります。この技術の重要な仕組みの一つに、局所結合構造というものがあります。これは、画像の全体を一度に見るのではなく、一部分ずつ見ていくという考え方です。 たとえば、一枚の絵を見ているとしましょう。人間の目は、絵全体をぼんやりと見るだけでなく、細部まで細かく見ていきますよね。一部分に注目して、それが何なのかを判断し、次に別の部分を見て、全体像を把握していくのです。局所結合構造もこれと同じように、画像を小さな一部分ずつ見ていくことで、画像の内容を理解しようとします。 具体的には、畳み込みニューラルネットワークでは「フィルター」と呼ばれる小さな窓のようなものを使います。このフィルターを画像の上に置き、フィルターを通して見える一部分の画像とフィルターの値を掛け合わせて、その合計を計算します。この計算によって、その部分の特徴が抽出されます。次に、フィルターを少しずらして、また同じ計算を行います。これを繰り返すことで、画像全体の特徴を捉えていくのです。 一部分ずつ見ていくこの方法には、二つの大きな利点があります。一つは、計算の量を減らすことができるということです。全体を一度に計算するよりも、一部分ずつ計算する方が、計算が簡単になります。もう一つは、画像の中に含まれる模様や形の特徴を捉えやすいということです。たとえば、顔の画像を認識する場合、目や鼻、口といった部分的な特徴を捉えることで、それが顔であると判断することができます。局所結合構造は、このような部分的な特徴を効率的に捉えることができるため、画像認識に非常に役立つのです。