▶ エヌイーシー ラボラトリーズ アメリカ インクの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-27
(45)【発行日】2022-10-05
(54)【発明の名称】異常検出のための背景抑制
(51)【国際特許分類】
G06T 7/00 20170101AFI20220928BHJP
【ＦＩ】
G06T7/00 600
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021530106
(86)(22)【出願日】2020-02-14
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-26
(86)【国際出願番号】 US2020018298
(87)【国際公開番号】W WO2020172063
(87)【国際公開日】2020-08-27
【審査請求日】2021-05-27
(31)【優先権主張番号】16/790,242
(32)【優先日】2020-02-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/807,002
(32)【優先日】2019-02-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】504080663
【氏名又は名称】エヌイーシー ラボラトリーズ アメリカ インク
【氏名又は名称原語表記】ＮＥＣ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】100123788
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 昭夫
(74)【代理人】
【識別番号】100127454
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 雅昭
(72)【発明者】
【氏名】チェン、 ユンコン
(72)【発明者】
【氏名】ソン、 ドンジン
(72)【発明者】
【氏名】チェン、 ハイフォン
【審査官】藤原 敬利
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１６１１５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０７０６７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０７２７７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０９６１３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】叶 旭君，酒井 憲司，異業種での映像情報メディア利用〔第５回〕ハイパースペクトルイメージングの農業への応用，映像情報メディア学会誌，日本，一般社団法人映像情報メディア学会，2015年，第69巻，第5号，464-469頁
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｔ ７／００
Ｇ０６Ｔ ７／００ － ７／９０
Ｇ０６Ｖ １０／００ －２０／９０
Ｇ０６Ｖ ３０／４１８
Ｇ０６Ｖ ４０／１６ 、４０／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マルチチャネル時空間系列を４次元アレイとして構築することと（６１０）、背景信号を表す低ランク成分と、前記マルチチャネル時空間系列の各時点に関する異常を表す残余成分とを形成するために前記４次元アレイを分解することと（６２０）、
全ての時点における残余成分を一体に積み重ねることで、異常マップの系列を判定することと（６３０）、
前記異常マップの系列に基づいて異常を特定することと（６４０）、
を有する異常検出方法。
【請求項2】
前記異常マップの系列に基づいて前記異常を特定することが、ハイパースペクトルイメージングの系列における異常を特定することをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
異なる空間的位置と異なるチャネルとの間の依存性を考慮して平坦化を実施することをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記４次元アレイを分解することが、入力信号アレイＸを低ランク成分Ｌと残余成分Ｒの２つの成分に分解することをさらに有し、Ｘ＝Ｌ＋Ｒであり、Ｌが背景の部分空間に対する元の信号の投影を表し、Ｒが異常ターゲットの背景抑制された信号を表す、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記４次元アレイを分解することが、各次元に関して前記背景信号の推定される変化の程度を示す正の整数を割り当てることをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記４次元アレイを分解することが、各次元における入力信号の変化を特徴づける基底のセットを決定することと、
元の信号を基底のセットに関して係数表現に簡略化することと、をさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
背景の部分空間に対する元の信号の投影から入力信号を含むアレイを復元することをさらに有し、前記復元されたアレイが、基底のセットの情報に限定される、請求項６に記載の方法
【請求項8】
前記マルチチャネル時空間系列を構築することが、２次元空間シーンのハイパースペクトルイメージングの系列を構築することをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記マルチチャネル時空間系列を構築することが、農作物の栄養不足または水不足、ガスパイプラインの漏洩のうちの少なくとも１つを検出することに基づく、農業及び環境における監視を実施することをさらに有する、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
１日のまたは季節の気温変動及び空間的位置とスペクトルバンドの間の相互依存性の少なくとも１つを決定することをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記４次元アレイが、距離、角度、周波数チャネル及び時間の次元を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
異常検出のためのコンピュータシステムであって、マルチチャネル時空間系列を４次元アレイとして構築し（６１０）、
背景信号を表す低ランク成分と、前記マルチチャネル時空間系列の各時点に関する異常を表す残余成分とを形成するために前記４次元アレイを分解し（６２０）、
全ての時点における残余成分を一体に積み重ねることで、異常マップの系列を判定し（６３０）、
前記異常マップの系列に基づいて異常を特定する（６４０）ように構成されたプロセッサ装置を有する、コンピュータシステム。
【請求項13】
前記プロセッサ装置は、前記異常マップの系列に基づいて前記異常を特定するとき、ハイパースペクトルイメージングの系列で異常を特定するようにさらに構成された、請求項１２に記載のシステム。
【請求項14】
前記プロセッサ装置は、異なる空間的位置と異なるチャネルとの間の依存性を考慮して平坦化を実施するようにさらに構成された、請求項１２に記載のシステム。
【請求項15】
前記４次元アレイを分解するとき、前記プロセッサ装置は、入力信号アレイＸを低ランク成分Ｌと残余成分Ｒの２つの成分に分解するようにさらに構成され、
Ｘ＝Ｌ＋Ｒであり、Ｌが背景の部分空間に対する元の信号の投影を表し、Ｒが異常ターゲットの背景抑制された信号を表す、請求項１２に記載のシステム。
【請求項16】
前記４次元アレイを分解するとき、前記プロセッサ装置は、各次元に関して前記背景信号の推定される変化の程度を示す正の整数を割り当てるようにさらに構成された、請求項１２に記載のシステム。
【請求項17】
前記４次元アレイを分解するとき、前記プロセッサ装置は、各次元における入力信号の変化を特徴づける基底のセットを決定し、
元の信号を基底のセットに関して係数表現に簡略化するようにさらに構成された、請求項１２に記載のシステム。
【請求項18】
前記プロセッサ装置は、背景の部分空間に対する元の信号の投影から入力信号を含むアレイを復元するようにさらに構成され、前記復元されたアレイが基底のセットの情報に限定される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項19】
前記マルチチャネル時空間系列を構築するとき、前記プロセッサ装置は、２次元空間シーンのハイパースペクトルイメージングの系列を構築するようにさらに構成された、請求項１２に記載のシステム。
【請求項20】
異常検出のためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、プログラム命令が実装された非一時的にコンピュータで読み取り可能な記録媒体を有し、前記プログラム命令はコンピュータ装置によって実行可能であり、
前記コンピュータ装置に、
マルチチャネル時空間系列を４次元アレイとして構築することと（６１０）、
背景信号を表す低ランク成分と、前記マルチチャネル時空間系列の各時点に関する異常を表す残余成分とを形成するために前記４次元アレイを分解することと（６２０）、
全ての時点における残余成分を一体に積み重ねることで、異常マップの系列を判定することと（６３０）、
前記異常マップの系列に基づいて異常を特定することと（６４０）、
を有する方法を実行させる、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願は、２０１９年２月１８日に出願された米国特許仮出願第６２／８０７，００２号及び２０２０年２月１３日に出願された米国特許出願第１６／７９０，２４２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【0002】
本発明は、異常検出に関し、特にマルチチャネル時空間データにおける異常検出に関する。
【背景技術】
【0003】
マルチチャネル時空間系列は、時間の経過に伴う空間的位置について記録された２つ以上のチャネルを有するデータである。スキャナによって記録されたハイパースペクトルイメージング等のマルチチャネル時空間データは、各時点の３次元データアレイを形成する。３次元は２つの空間次元とチャネル次元（ハイパースペクトルイメージングのコンテキストにおけるスペクトルバンド）である。そのようなデータを処理する多くの現実世界のアプリケーションでは、正常信号からの異常の特定に使用されることが知られている。
【発明の概要】
【0004】
本発明の一態様によれば、異常検出のための方法が提供される。本方法は、マルチチャネル時空間系列を４次元アレイとして構築することを含む。また、本方法は、背景信号を表す低ランク成分と、マルチチャネル時空間系列の各時点に関する異常を表す残余成分とを形成するために４次元アレイを分解することを含む。さらに、本方法は、全ての時点における残余成分を一体に積み重ねることで、異常マップの系列を決定することを含む。異常は、異常マップの系列に基づいて異常を特定される。
【0005】
本発明の別の態様によれば、異常検出のためのシステムが提供される。システムは、メモリ装置に動作可能に接続されたプロセッサ装置を含む。プロセッサ装置は、マルチチャネル時空間系列を４次元アレイとして構築するように構成される。また、プロセッサ装置は、背景信号を表す低ランク成分と、マルチチャネル時空間系列の各時点に関する異常を表す残余成分とを形成するために４次元アレイを分解する。さらに、プロセッサ装置は、全ての時点における残余成分を一体に積み重ねることで、異常マップの系列を決定する。異常は、異常マップの系列に基づいて特定される。
【0006】
これらの及び他の特徴並びに利点は、以下の典型的な実施形態の詳細な説明を添付の図面と併せて読むことで明らかになるであろう。
【0007】
本開示では、以下の図面を参照しながら好ましい実施形態について、以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の実施形態によれば、マルチチャネル時空間データにおける異常検出のためのシステム及び方法が提供される。本システムは、４次元（４－Ｄ）構成（距離、角度、周波数チャネル及び時間）で入力信号を受信し、この４次元アレイ上で直接分解を行う。通常、背景信号は変化の程度が限られているという仮定に基づいて、本システムは、入力信号アレイＸを低ランク成分Ｌと残余成分Ｒの２つの成分に分解する。
【0017】
一実施形態において、本システムは、本システムから出力する異常マップの系列を取得するために、全ての時点で推定される残余成分を一体に積み重ねる。実施形態において、本システムは、２次元（２－Ｄ）シーンが走査され、各画素が広範囲の波長帯で記録される、ハイパースペクトルイメージングに適用される。本システムは、農作物の栄養不足または水不足を検出することを含む、あるいはガスパイプラインの漏洩等の危険を検出することを含む、農業及び環境監視のための用途に組み込むことができる
【0018】
本明細書で記載する実施形態は、全てハードウェアで実現してもよく、全てソフトウェアで実現してもよく、ハードウェアとソフトウェアの両方の要素を含んでいてもよい。好ましい実施形態において、本発明は、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含むが、これらに限定されないソフトウェアでも実現可能である。
【0019】
実施形態には、コンピュータもしくは任意の命令実行システムによって使用される、または関連して使用されるプログラムコードを提供する、コンピュータで使用可能な、またはコンピュータで読み取り可能な媒体からアクセスできる、コンピュータプログラム製品を含んでもいてよい。コンピュータで使用可能な、またはコンピュータで読み取り可能な媒体には、命令実行システム、機器、もしくは装置によって使用される、または関連して使用されるプログラムを格納、伝達、伝搬または転送する任意の機器を含んでいてもよい。該媒体は、磁気媒体、光学媒体、電子媒体、電磁気媒体、赤外線媒体または半導体システム（または機器もしくは装置）、あるいは伝搬媒体であってもよい。該媒体には、半導体または固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、リジッド磁気ディスク及び光ディスク等のコンピュータで読み取り可能な媒体を含んでいてもよい。
【0020】
各コンピュータプログラムは、汎用または特別な目的を持つプログラム可能なコンピュータで読み取ることができる、機械で読み取り可能なストレージメディアまたは装置（例えば、プログラムメモリまたは磁気ディスク）に格納される。該コンピュータプログラムは、ストレージメディアまたは装置から本明細書に記載された手順を実行するコンピュータで読み出される、該コンピュータの設定及び制御動作のためのものである。本発明のシステムには、本明細書に記載した機能を実行する、特定の及び事前に定義された方法をコンピュータに動作させるように構成されたコンピュータプログラムを含む、コンピュータで読み取り可能なストレージメディアも考慮される。
【0021】
プログラムコードを記憶及び／または実行するのに適したデータ処理システムは、システムバスを介してメモリ要素に直接または間接的に接続された少なくとも１つのプロセッサを備えていてもよい。このメモリ要素には、処理の実行中にバルクメモリ装置からコードが検索される回数を減らすために、プログラムコードの実際の実行中に用いられるローカルメモリ、バルクメモリ装置及び少なくともいくつかのプログラムコードを一時的に記憶するキャッシュメモリを備えていてもよい。入出力またはＩ／Ｏ装置（限定されるものではないが、キーボード、ディスプレイ、ポインティング装置等を含む）は、直接またはＩ／Ｏコントローラを介してシステムに接続されてもよい。
【0022】
ネットワークアダプタは、データ処理システムが、プライベートネットワークまたは公衆ネットワークを介して、他のデータ処理システムまたはリモートプリンタもしくはメモリ装置に接続されることを可能にするために、上記システムと接続されていてもよい。モデム、ケーブルモデム及びイーサネット（登録商標）カードは、現在利用可能なタイプのネットワークアダプタのほんの一例である。
【0023】
図１は、本発明の一実施形態による、例示的な処理システム１００を示すブロック図である。処理システム１００は、１組の処理ユニット（例えば、ＣＰＵ）１０１と、１組のＧＰＵ１０２と、１組のメモリ装置１０３と、１組の通信装置１０４と、１組の周辺装置１０５とを含む。ＣＰＵ１０１は、シングルコアまたはマルチコアＣＰＵとすることができる。ＧＰＵ１０２は、シングルコアまたはマルチコアＧＰＵとすることができる。１つまたは複数のメモリ装置１０３は、キャッシュ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び他のメモリ（フラッシュ、光、磁気等）を含むことができる。通信装置１０４は、無線及び／または有線通信装置（例えば、ネットワーク（例えば、ＷＩＦＩなど）アダプタ等）を含むことができる。周辺機器１０５は、表示装置、ユーザ入力装置、プリンタ、撮像装置等を含むことができる。処理システム１００の各要素は、１つまたは複数のバスまたはネットワーク（まとめて参照番号１１０で示す）によって接続される。
【0024】
一実施形態において、メモリ装置１０３は、コンピュータ処理システムを、本発明の様々な態様を実施するように構成された特別な目的のコンピュータに変換する、特別にプログラムされたソフトウェアモジュールを保存できる。一実施形態において、本発明の様々な態様を実施するために、専用のハードウェア（例えば、特定用途向け集積回路、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）等）を用いることができる。
【0025】
一実施形態において、メモリ装置１０３は、マルチチャネル時空間入力の４次元（４－Ｄ）アレイ構築１７０、背景分離１８０、異常検出１９０等のうち、１つまたは複数を実現するためのプログラムコードを格納する。マルチチャネル時空間入力の４－Ｄアレイ構築１７０は、入力マルチチャネル時空間系列を４次元アレイとして構築することを含む。背景分離１８０は、高次元アレイを低ランク成分と残余成分とに分解する。異常検出１９０は、例えばハイパースペクトルイメージングにおいて異常検出を実施する。
【0026】
もちろん、処理システム１００は、当業者であれば容易に思いつくような他の要素（不図示）を含んでいてもよく、特定の要素を除いてもよい。例えば、当業者であれば容易に理解できるが、処理システム１００には、その詳細な実装に応じて他の様々な入力デバイス及び／または出力デバイスを含むことができる。例えば、無線及び／または有線による種々の入力デバイス及び／または出力デバイスを使用できる。さらに、当業者であれば容易に理解できるが、様々な構成において追加のプロセッサ、コントローラ、メモリ等を用いることも可能である。処理システム１００の上記及び他の変形例は、本明細書で提供される本原理の教示によって当業者であれば容易に考えられるであろう。
【0027】
さらに、本発明に関連する様々な要素及びステップに関して以下で説明するように、システム１００の要素のうちの1つまたは複数によって、全体的にまたは部分的に実施できることは、様々な図によって理解される。
【0028】
【0029】
図２で示すように、背景分離及び異常検出システム２００は、マルチチャネル時空間入力の４－Ｄアレイ構築２１０、背景分離２２０及び異常検出２３０を実施する。システム２００は、背景信号の特性を学習し、背景信号を元の信号から排除するために、データ駆動処理を実施する。
【0030】
背景分離及び異常検出システム２００は、（例えば、元の）４次元構成（距離、角度、周波数チャネル及び時間）の信号を受信及び入力し（これとは対照的に、入力信号を２次元（２Ｄ）マトリクス（例えば、図３に関連して以下で説明するように）に再成形し）、この４次元アレイで直接分解を行う。システム２００は、通常、背景信号の変化の程度が限られているという仮定で動作できる。システム２００は、図４に関連して以下で説明するように、背景分離２２０を用いて入力信号アレイ（「Ｘ」）を２つの成分、すなわち低ランク成分（「Ｌ」）と残余成分（「Ｒ」）とに分解する。これは、Ｘ＝Ｌ＋Ｒとしてフォーマット化できる。この場合、Ｌは背景の部分空間に対する元の信号の投影を表し、Ｒは異常ターゲットの背景抑制された信号を表す。
【0031】
システム２００は、例えば図５に関して以下で説明するように、（例えば、全ての）時点で一体に積み重ねられた、推定された残余成分に基づいて、（例えば、ハイパースペクトルイメージングにおける）異常検出２３０を実行する。システム２００は、２－ｄシーンをスキャンし、広範囲の波長帯において各画素を記録するハイパースペクトルイメージングに適用できる。例えば、システム２００は、農作物の栄養不足または水不足を検出すること、ガスパイプラインの漏洩等の危険を検出することを含む、農業及び環境監視のハイパースペクトルイメージングにおける異常を検出できる。システム２００は、背景信号が、１日の時間経過または季節の気温変動によって、並びに空間的位置とスペクトルバンドとの間の相互依存性によって変化する場合でも、これらの異常を検出できる。
【0032】
【0033】
図３で示すように、マルチチャネル時空間入力の４－Ｄアレイ構築２１０は、４次元アレイとして構築された入力マルチチャネル時空間系列を受信できる。
【0034】
４－Ｄマルチチャネル時空間入力のアレイ構築２１０は、各時点でスキャナによって記録されたハイパースペクトルイメージング等のマルチチャネル時空間データを処理することが可能であり、３次元データアレイを形成する。３次元は、２つの空間次元３１０及びチャネル次元３２０（ハイパースペクトルイメージングのコンテキストにおけるスペクトルバンド）である。
【0035】
４－Ｄマルチチャネル時空間入力のアレイ構築２１０は、２－Ｄシーンを走査し、広範囲の波長帯で各画素を記録する、ハイパースペクトルイメージングを受信できる。
【0036】
【0037】
背景分離２２０は、入力系列の各時点に関する３次元アレイを取得し、背景信号を表す低ランク成分４１０と異常を表す残余成分４２０とを生成する。背景分離２２０は、背景信号４１０（例えば、通常）の変化の程度が限られているという仮定に基づいて動作できる。背景分離２２０は、以下のようなプロセスを実行できる。
【0038】
【数1】
【0039】
Ｘは、入力ハイパースペクトルデータを表す４次元アレイである。このプロセスにおいて、Ｘ（ｉ）はアレイＸのモードｉ展開を示し、ｉ次元を固定し、残りの次元を平坦化することでＸを２次元行列に再形成することとして定義される。Ｕは基底行列である。Ｕの列はＸ（ｉ）の左特異ベクトルである。Ｓは、「コア」行列と呼ばれ、基底を用いて表される入力データの係数を表す。Ｌは、入力データの復元であり、背景を表す。Ｒは、復元された背景を除去した後のデータの残余である。これは、異常マップを形成する。多次元配列Ｘのモードｉ展開は、Ｘ（ｉ）で表される、以下のようにＸを再形成することで得られる２次元行列であり、Ｘが形状ｄ１ｘｄ２ｘ．．．ｘｄＮのアレイである場合、Ｘの要素（ｕ１，ｕ２,．．．ｕＮ）は、
【0040】
【数2】
【0041】
演算子Ｘｉは、ｎ元アレイの平坦化「ファイバ」と２－ｄ行列とを掛けたｉモード積を表す。背景分離２２０は、ｎ元アレイを、その形状がｉ番目の次元を除いて元と同じである別のｎ元アレイに変化させる。
【0042】
このプロセスへの入力は、マルチチャネル時空間系列Ｘである。Ｘの次元数はｄで表す。２次元空間シーンのハイパースペクトルイメージングの場合、ｄ＝４である。
【0043】
例示的な実施形態によれば、背景分離２２０は、最初に各次元に関して背景信号の推定される変化の程度を示す正の整数（例えば、ユーザまたはデバイスによって提供される）のセットを受信する。装置（またはユーザ）は、経験的にこれらの数値を決定できる
【0044】
次に、入力アレイの展開されたバージョンの主要な特異ベクトルが各次元に関して見出される（例えば、特定される）。背景分離２２０は、それによって各次元における入力信号の変化を適切に特徴付ける（例えば、小さい、十分な等々）基底のセットを取得できる。基底のセットは、次元（例えば、時空間の次元）のそれぞれに関するアレイのベクトル空間におけるベクトルを記述できる。
【0045】
背景分離２２０は、入力信号を全ての次元に関して基底のセットに投影できる。この動作を実行することで、背景分離２２０は、推定された基底のセットに関して元の信号を係数表現（「Ｓ」）に簡略化する。
【0046】
背景分離２２０は、投影から入力信号の復元を実行する。復元されたアレイ（「Ｌ」）は選択された基底のセットに関する情報のみを含み、その結果、低ランクである。これは背景信号４１０を表す。背景分離２２０は、ロウ信号から背景を減算することで残余４２０を取得する。
【0047】
【0048】
全ての時点における推定された残余成分５１０は、本システムの出力である異常マップの系列を得るために一体に積み重ねられる。異常検出２３０は、ハイパースペクトルイメージングに適用できる。例えば、農業及び環境監視におけるハイパースペクトルイメージングの用途は、農作物の栄養不足または水不足を検出すること、ガスパイプラインの漏洩等の危険を検出することを含む。システム２００は、背景信号が、１日の時間経過または季節の気温変動によって、並びに空間的位置とスペクトルバンドとの間の相互依存性によって、しばしば変化するにもかかわらず（例えば、判定し、それにより調整することで）、これらの異常を検出する。システム２００は、異なる空間的位置と異なるチャネルとの間の依存性を考慮して、背景をロバストに特徴付ける。
【0049】
上述した例示的な実施形態は、入力信号Ｘを多次元アレイとして扱い、結果として、背景信号の次元間の依存性をモデル化し、背景をより正確に特徴付けて、異常検出をよりロバストにすることができる。
【0050】
依存性をモデル化しない代替の実施形態によれば、システムは、入力信号Ｘを、行が異なる時間ステップに対応し、列が異なる空間的位置及びスペクトルバンドに対応する２次元行列として扱う。この場合、列、または異なる空間的位置及びスペクトルバンドは、互いに独立していることが示唆される。しかしながら、実際の状況では、空間次元とスペクトル次元とを相関させる隠れた要因がしばしば存在する。例えば、ある種の植生は、特定の地域で成長する傾向があり、特定のスペクトルシグネチャを有する。
【0051】
例示的な実施形態において、システム２００は、異常マップの系列に基づいて異常（例えば、農作物の栄養不足または水不足、ガスパイプラインの漏洩等の危険を検出する）を特定５２０する。システム２００は、異常に基づいて処置を開始することができる。例示的な実施形態によれば、システム２００は、例えば、閾値未満の要素をゼロに設定する閾値処理を行うことで、実数の異常マップをバイナリマップに変換できる。このバイナリマップは、デジタル画面上でレンダリングして、エンドユーザに提示できる。バイナリマップから、エンドユーザは異常を特定し、処置できる。例えば、作物の水需要の監視では、マップ上のある地域が高い値を示す場合、これはその地域の作物が異常な水のレベルにより苦しんでいることを示唆している。エンドユーザ（農家）は、その地域に対する潅漑設備を調整して状況を改善できる。
【0052】
【0053】
ブロック６１０において、システム２００は、入力として、４次元アレイ（入力系列の複数の時点に関する３次元アレイを含む）として構築されたマルチチャネル時空間系列を受信する。
【0054】
ブロッ６２０において、システム２００は、入力系列の各時点に関する３次元アレイを取得し、背景信号を表す低ランク成分及び異常を表す残余成分を生成するプロセス（例えば、以下の図７に関して説明するように）を実施する。例えば、本プロセスは、２次元（２－Ｄ）シーンがスキャンされ、各画素が広範囲の波長帯で記録されたハイパースペクトルイメージングに関して実施できる。
【0055】
ブロック６３０において、システム２００は、本システムの出力である異常マップの系列を得るために、全ての時点で推定された残余成分を一体に積み重ねる。
【0056】
ブロック６４０において、システム２００は、異常マップの系列に基づいて異常を特定する。システム２００は、関連する装置のグラフィカルユースインタフェースで異常に関する情報をフォーマット化して、提供できる。システムは、異常マップ（実数値またはバイナリ）をエンドユーザに提示する。代替的にまたは追加的に、システム２００は、検出された異常に基づいて処置を開始できる。
【0057】
【0058】
ブロック７１０において、システム２００は、各次元に関して背景信号の推定される変化の程度を示す正の整数のセットを受信する。
【0059】
ブロック７２０において、システム２００は、各次元に関して入力アレイの展開バージョンの主要な特異ベクトルを見出す。
【0060】
ブロック７３０において、システム２００は、入力信号を全ての次元に関して基底のセットに投影する。この動作は、元の信号を推定された基底のセットに対する係数表現Ｓに簡略化する。
【0061】
ブロック７４０において、システム２００は、投影から入力信号の復元を実行する。復元されたアレイＬは選択された基底のセットに関する情報のみを含み、その結果低ランクである。これは背景信号を表す。
【0062】
ブロック７５０において、システム２００は、ロウ信号から背景を減算することで残余を取得する。
【0063】
【0064】
図８で示すように、装置８００は、ハイパースペクトルマルチチャネル時空間データを受信する。スキャナによって記録されるハイパースペクトルイメージング等のマルチチャネル時空間データは、各時点で３次元データアレイを形成する。３次元は２つの空間次元とチャネル次元（ハイパースペクトルイメージングのコンテキストにおけるスペクトルバンド）である。
【0065】
システム８００は、この４次元アレイを元の４次元構成（距離、角度、周波数チャネル及び時間）で直接分解を行う。通常、背景信号の変化の程度が限られているという仮定に基づいて、システム８００は、入力信号アレイＸを２つの成分、すなわち低ランク成分Ｌと残余成分Ｒに分解する。この場合、Ｌは背景の部分空間に対する元の信号の投影を表し、Ｒは異常ターゲットの背景抑制された信号を表す。
【0066】
システム８００は、残余に基づいて、検出された異常８３０を（例えば、装置８００または関連する装置の）グラフィカルユーザインターフェース８４０で提示してもよい。異常は、用途にかかわらず、異常が白色画素で示され、シーンの残りが黒色（または他の方法で区別された）で示されるバイナリマップとして提示できる。
【0067】
本明細書で用いる「ハードウェアプロセッササブシステム」または「ハードウェアプロセッサ」という用語は、１つ以上の特定のタスクを実行するために協働するプロセッサ、メモリ、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせを指すことができる。有用な実施形態において、ハードウェアプロセッササブシステムは、１つまたは複数のデータ処理要素（例えば、論理回路、処理回路、命令実行デバイス等）を含むことができる。１つまたは複数のデータ処理要素は、中央処理装置、グラフィックス処理装置及び／または個別のプロセッサまたはコンピューティング要素ベースのコントローラ（例えば、論理ゲート等）を含めることができる。ハードウェアプロセッササブシステムは、１つ以上のオンボードメモリ（例えば、キャッシュ、専用メモリアレイ、読み出し専用メモリ等）を含むことができる。任意の実施形態において、ハードウェアプロセッササブシステムは、オンボードまたはオフボードとすることができる、またはハードウェアプロセッササブシステム（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、基本入出力システム（ＢＩＯＳ）等）で用いるための専用の１つ以上のメモリを含むことができる。
【0068】
任意の実施形態において、ハードウェアプロセッササブシステムは、１つ以上のソフトウェア要素を含み実行できる。１つ以上のソフトウェア要素は、特定の結果を達成するためにオペレーティングシステム及び／または１つ以上のアプリケーション及び／または特定のコードを含むことができる。
【0069】
他の実施形態において、ハードウェアプロセッササブシステムは、指定された結果を達成するために１つまたは複数の電子処理機能を実行する専用回路を含むことができる。そのような回路は、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及び／またはプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）を含むことができる。
【0070】
ハードウェアプロセッササブシステムのこれら及び他の変形例もまた、本発明の実施形態によって考えられる。
【0071】
本明細書で、本発明の「１つの実施形態」または「実施形態」だけでなく、それらの他のバリエーションに言及することは、該実施形態と共に説明する、個別の特徴、構成、特性等々が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。そのため、「１つの実施形態において」または「一実施形態において」という語句、任意の他のバリエーションの記載は、本明細書の全体を通して様々な場所で現れるが、それらは必ずしも全てが同じ実施形態に言及しているわけではない。しかしながら、本明細書で提供される本発明の教示を前提として、１つまたは複数の実施形態の特徴を組み合わせることができることを理解されたい。
【0072】
例えば、「Ａ／Ｂ」、「Ａ及び／またはＢ」、並びに「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」の場合における「／」、「及び／または」、並びに「うちの少なくとも１つ」のうちのいずれかの使用は、第１に挙げた選択肢（Ａ）のみの選択、第２に挙げた選択肢（Ｂ）のみの選択、または両方の選択肢（Ａ及びＢ）の選択を含むことを意図したものと理解すべきである。さらに例を挙げれば、「Ａ、Ｂ及び／またはＣ」、並びに「Ａ、Ｂ及びＣのうちの少なくとも１つ」の場合、このような表現法は、第１に挙げた選択肢（Ａ）のみの選択、第２に挙げた選択肢（Ｂ）のみの選択、第３に挙げた選択肢（Ｃ）のみの選択、第１及び第２に挙げた選択肢（Ａ及びＢ）のみの選択、第１及び第３に挙げた選択肢（Ａ及びＣ）のみの選択、第２及び第３に挙げた選択肢（Ｂ及びＣ）のみの選択、または３つの選択肢全て（Ａ及びＢ及びＣ）の選択を含むことを意図したものである。上述した例は、当業者に容易に明らかとなるように、列挙される多数の項目に応じて拡大適用される。
【0073】
上記は、あらゆる観点において説明的（illustrative）かつ例示的（exemplary）であって限定的でないものと理解されるべきであり、本明細書で開示する本発明の範囲は、詳細な説明から決定されるべきではなく、特許法で認められた最大限の広さに基づいて解釈される特許請求の範囲から決定されるべきである。本明細書中に図示及び記載されている実施形態は、本発明の原理を説明するものにすぎず、本発明の範囲及び主旨から逸脱することなく当業者は様々な変更を実施することができることを理解されたい。当業者は、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な他の特徴の組み合わせを実施できる。以上、本発明の態様について、特許法で要求される細部及び詳細な事項と共に説明したが、特許証で保護されることを要求する特許請求の範囲は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】