3. 画像計測でデータサイエンス

カメラから映像を取り込み、統計信号処理を適用する

画像で計測して得られたデータを、統計的に分析する手法を紹介します。

炭酸飲料をコップに注ぐと泡立ちます。長い時間待っていれば、泡はいずれ消えます。長い時間は待てないとき、短い時間の観測データから、泡がすっかり消えるまでの時間を推定します。

炭酸飲料の泡が、ほぼ全て消える時刻を予測する

グラフの赤い線は画像全体(全ての画素値)の平均値、青い線は標準偏差で、横軸は時刻です。泡が消えていく様子を示しています。

右図には最初の20秒が示されています。このデータから、泡がすっかり消えるまでに要する時間を推定します。

透明度の変化をグラフで表す

目ではほとんど見えないような泡でも、画像信号の数値としては、微妙な変化を捉えることができます。これにより、正確な予測、あるいは、液体の成分による違いを分析できるようになります。

ティーバッグで実験してみた

コップのお湯に、紅茶のティーバッグを入れて、色の変化をビデオに撮りました。さらに、画素値を使って、お湯が徐々に紅茶色に染まっていく様子を、グラフ(赤い点)として表現しました。

右図の赤い点は縦方向にバラついています。これは、部屋全体の明るさが、目には見えないほど微妙に変化しているせいです。何か工夫は出来ないでしょうか?

データのバラつきを抑える

映像から紅茶色の領域を切り抜きました(図中の左上)。この画素値の平均を赤い点で示します(図中の右下)。上下にバラついています。これとは別に、背景の領域を切り抜き、黒い点でグラフに示しました。これもバラついています。

青い点を見てください。これはバラついていません。紅茶色に染まっていく様子を、正確に表すことが出来ました。どのような手法を使ったでしょうか? 詳細は以下の教材をご覧ください。

PDF教材

ビデオ

教材としてのビデオは、リクエストに応じて作成可能です。