JP2019049780A - 教師データ作成プログラム、教師データ作成装置、及び教師データ作成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の教師データ作成装置は、例えば、複数種類の物体を所望の条件を満たす物体と他の物体とに分別する作業を機械により行う際に分別の基準とする教師データを作成する装置である。図1には、教師データ作成装置1の適用例の1つとして、ベルトコンベア2により搬送される複数の物体3のなかから異物を取り除く作業についての教師データを作成する例を示している。
図2に示すように、本実施形態の教師データ作成装置1は、画像取得部110と、特徴量抽出部120と、登録部130と、出力部140とを備える。また、教師データ作成装置1は、画像データ保持部191、特徴量テーブル192、及び教師データ193を含む各種情報を記憶する記憶部190を備える。
特徴量抽出部120は、図4に示すように、まず、画像データ保持部191で保持している画像を1つ選択し(ステップS201)、選択した画像から分別対象の物体を検出する(ステップS202)。ステップS201において、特徴量抽出部120は、所定の選択規則に従って、画像データベース191に登録された複数の画像のうちの1つの画像を選択して読み出す。また、ステップS202において、特徴量抽出部120は、背景差分法等の所定の検出方法に従って、選択した画像における物体が撮像されている領域を検出する。背景差分法により物体が撮像されている領域を検出する場合、特徴量抽出部120は、ベルトコンベア2上に物体が存在しない状態で撮像した背景画像と、選択中の画像との差分とに基づいて、物体の有無を判定して物体が撮像されている領域を検出する。この場合、特徴量抽出部120は、背景画像の各画素と選択中の画像の各画素との色情報又は輝度情報の差分を算出し、例えば、差分が閾値以上である画素が所定の個数以上含まれる領域を物体が撮像されている領域として検出する。
登録部130は、図5に示すように、まず、特徴量テーブル192を参照し、分別前の画像から検出した物体を1つ選択し、該物体の特徴量を取得する(ステップS301)。ステップS301の処理は、例えば、登録部130の照合部131が行う。ステップS301において、照合部131は、所定の選択規則に従って、特徴量を取得する物体を選択する。例えば、照合部131は、特徴量テーブル192において対応付けられた撮像時刻が最も早い物体から順に1つずつ選択し、該物体の特徴量を読み出す。
図6Bの(e)のように、ベルトコンベア2における物体325が存在していた部分領域325’が第2のカメラ6Bの撮像範囲7B内に到達する。物体325は、撮像範囲7Bに到達する前に、作業者4によりベルトコンベア2上から取り除かれている。このため、時刻T6における撮像範囲内7Bには物体が存在しない。よって、時刻T6に第2のカメラ6Bで撮像範囲7Bを撮像した場合、教師データ作成装置1は、物体の存在しない画像を、分別後の画像の1つとして取得する。また、時刻T6に第1のカメラ6Aで撮像範囲7Aを撮像した場合、教師データ作成装置1は、物体329を含む画像を、分別前の画像の1つとして取得する。
教師データ作成装置1が第1のカメラ6A及び第2のカメラ6Bから取得した(収集した)画像は、教師データ作成装置1の画像データ保持部191に蓄積される。このとき、画像データ保持部191には、図7に示すように、分別前の画像の集合である第1の画像群G1と、分別後の画像の集合である第2の画像群G2とが蓄積される。第1の画像群G1に含まれる分別前の画像及び第2の画像群G2に含まれる分別後の画像は、それぞれ、撮像時刻を示す情報と対応付けられている。
図8には、特徴量テーブル192の一例を示している。図8の特徴量テーブル192における画像群G1及びG2は、それぞれ、図7の第1の画像群G1及び第2の画像群G2と対応している。特徴量テーブル192における物体IDは、それぞれ、1つの画像群に含まれる複数の画像から検出された複数の物体を識別する数値である。特徴量テーブル192における画像ファイル名及び撮像時刻は、それぞれ、物体を検出した画像データを識別するファイル名及び画像を撮像した時刻である。特徴量テーブル192における特徴量は、物体を検出した画像から抽出した該物体についての特徴量である。特徴量は、例えば、画像内における物体を含む所定の部分領域の色ヒストグラム、或いは画像内における物体のエッジの勾配ヒストグラムである。
図9には、登録部130において図5のフローチャートに沿った登録処理を行った場合の教師データ193の一例を示している。教師データ193におけるIDは、登録した物体を識別する値である。教師データ193における画像ファイル名は、物体を検出した画像データを識別するファイル名である。教師データ193におけるラベルは、分別時に取り除くか否かを示す情報であり、「(無し)」はラベルを付与していないことを示す。図5のフローチャートでは、分別前の画像から検出した物体のうちの、分別後の画像から抽出した物体の特徴量との特徴量同士の距離が閾値以下とならない物体に対し、取り除くことを示すラベルを付与している(ステップS305)。一方、分別前の画像から検出した物体のうちの、分別後の画像から抽出した物体の特徴量との特徴量同士の距離が閾値以下となる特徴量の組み合わせが存在する物体は、取り除かない物体ではあるためラベルを付与しない(ステップS306)。
図12の(a)には、教師データ193のラベルが示す情報の別の例を示している。例えば、図1の作業ライン10では、作業者4或いは物体を分別する装置が、ベルトコンベア2で搬送される複数の物体3を、所望の条件(規格)を満たす正常品と条件を満たさない異常品とに分別し、異常品を取り除く作業を行うことがある。この場合、教師データ193は、例えば、物体についての情報に付与するラベルを、正常であることを示すラベルと、異常であることを示すラベルとの2種類のラベルとしてもよい。ラベルを正常品及び異常品のいずれであるかを示す情報とした場合、例えば、物体を分別する装置が正常品をベルトコンベア2上から取り除き、異常品を通過させる作業ラインに、教師データ193内のラベルを変更することなく適用することが可能となる。
本実施形態の教師データ作成装置1で作成した教師データ193は、例えば、図13に示すように、作業員4が分別作業を行っている作業ライン10に検査装置13を導入して分別作業を機械化(自動化)する場合に利用可能である。
本実施形態の教師データ作成装置1で作成した教師データ193は、例えば、作業員4が分別作業を行っている作業ラインの設置地域とは異なる地域に、同一の分別作業を行う機械化(自動化)された作業ラインを新規に設置する場合にも利用可能である。
このように教師データ193は、画像の収集に用いた作業ライン10を機械化(自動化)する場合に限らず、同一の分別作業を行う他の機械化された作業ラインにも利用可能である。
図6A及び図6B、並びに図7では、分別前の画像及び分別後の画像を撮像する際に、それぞれ画像内に1個の物体のみが存在する状態で撮像可能になるような間隔で複数の物体を搬送している。しかしながら、分別前の画像及び分別後の画像は、例えば、図15に示すように、1枚の画像12に複数個の物体331〜339が含まれる状態で撮像された画像であってもよい。1枚の画像12に複数個の物体331〜339が含まれる場合、特徴量抽出部120は、1枚の画像12から複数個の物体331〜339を検出し、検出した物体毎に特徴量を算出する。このとき、特徴量抽出部120は、例えば、検出した物体毎に、該物体を中心とする所定の領域7Sを特定し、該領域7S内における部分画像の情報に基づいて特徴量を算出する。また、特徴量抽出部120は、1枚の画像12から検出した複数の物体331〜339のそれぞれに、異なる物体IDを割り当て、撮像時刻や特徴量等を特徴量テーブル192に格納する。この場合、例えば、図8の特徴量テーブル192における1つの画像群(例えば第1の画像群G1)には、撮像時刻が同一であり、かつ特徴量の異なる複数の物体が登録される。
作業員4が分別対象である複数の物体を2つのグループに分別する作業は、ベルトコンベア2で搬送される物体(移動している物体)を分別する作業に限らず、例えば、図16に示すように、所定の領域内に静止している複数の物体を分別する作業の場合もある。
図17に示すように、コンピュータ20は、プロセッサ2001と、主記憶装置2002と、補助記憶装置2003と、入力装置2004と、出力装置2005と、入出力インタフェース2006と、通信制御装置2007と、媒体駆動装置2008と、を備える。コンピュータ20におけるこれらの要素2001〜2008は、バス2010により相互に接続されており、要素間でのデータの受け渡しが可能になっている。
なお、教師データ作成装置1として動作させるコンピュータ20は、図17に示した全ての要素2001〜2008を含む必要はなく、用途や条件に応じて一部の要素を省略することも可能である。例えば、コンピュータ20は、媒体駆動装置2008が省略されたものであってもよい。
(付記1)
物体を分別する作業が行われる前の第1のタイミングで撮像された第1の画像と、前記作業が行われた後の第2のタイミングに撮像された第2の画像とを取得し、
前記第1の画像及び前記第2の画像のそれぞれにおいて物体が撮像されている領域の特徴量を抽出し、
物体を自動で分別するための教師データを記憶する記憶部に、前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量、又は、前記第1の画像と前記第2の画像とのいずれか一方にのみ撮像されている物体に対応する領域の特徴量を記憶する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする教師データ作成プログラム。
(付記2)
前記第1の画像と前記第2の画像とを取得する処理は、前記物体を搬送する搬送路における作業員が前記物体を分別する作業を行う位置よりも上流側を撮像した前記第1の画像と、前記搬送路における前記作業員が前記作業を行う位置よりも下流側を撮像した前記第2の画像とを取得する、
ことを特徴とする付記1に記載の教師データ作成プログラム。
(付記3)
前記領域の特徴量を記憶する処理は、
前記第1の画像に撮像されている前記物体に対応する領域の特徴量のうちの、前記第2の画像に撮像されている前記物体に対応する領域の特徴量との差が閾値以下となる特徴量の組み合わせが存在する前記領域の特徴量を、前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量として前記記憶部に記憶させる、
ことを特徴とする付記1に記載の教師データ作成プログラム。
(付記4)
前記領域の特徴量を記憶する処理は、前記第1の画像に撮像されている前記物体に対応する領域の特徴量とともに、該領域の特徴量のそれぞれが、前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量であるか、前記第1の画像と前記第2の画像とのいずれか一方にのみ撮像されている物体に対応する領域の特徴量であるかを識別する情報を前記記憶部に記憶させる、
ことを特徴とする付記1に記載の教師データ作成プログラム。
(付記5)
前記領域の特徴量を記憶する処理は、
前記第1の画像に撮像されている前記物体に対応する領域の特徴量のうちの、前記第2の画像に撮像されている前記物体に対応する領域の特徴量との差が閾値以下となる特徴量の組み合わせが存在しない前記領域の特徴量を、前記第1の画像のみに撮像されている物体に対応する領域の特徴量として前記記憶部に記憶させる、
ことを特徴とする付記1に記載の教師データ作成プログラム。
(付記6)
前記領域の特徴量を記憶する処理では、
前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量は、正常な物体であることを示すラベルを付与して前記記憶部に記憶させ、
前記第1の画像と前記第2の画像とのいずれか一方にのみ撮像されている物体に対応する領域の特徴量は、異常な物体であることを示すラベルを付与して前記記憶部に記憶させる、
ことを特徴とする付記1に記載の教師データ作成プログラム。
(付記7)
前記第1の画像と前記第2の画像とを取得する処理は、
所定の撮像範囲内に複数の物体を配置した状態で撮像された前記第1の画像と、前記複数の物体のうちの1個以上の物体を前記撮像範囲内から取り除いた状態で撮像された前記第2の画像とを取得する、
ことを特徴とする付記1に記載の教師データ作成プログラム。
(付記8)
物体を分別する作業が行われる前の第1のタイミングで撮像された第1の画像と、前記作業が行われた後の第2のタイミングに撮像された第2の画像とを取得する画像取得部と、
前記第1の画像及び前記第2の画像のそれぞれにおいて物体が撮像されている領域の特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
物体を自動で分別するための教師データに、前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量、又は、前記第1の画像と前記第2の画像とのいずれか一方にのみ撮像されている物体に対応する領域の特徴量を登録する登録部と、
を備えることを特徴とする教師データ作成装置。
(付記9)
コンピュータが、
物体を分別する作業が行われる前の第1のタイミングで撮像された第1の画像と、前記作業が行われた後の第2のタイミングに撮像された第2の画像とを取得し、
前記第1の画像及び前記第2の画像のそれぞれにおいて物体が撮像されている領域の特徴量を抽出し、
物体を自動で分別するための教師データを記憶する記憶部に、前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量、又は、前記第1の画像と前記第2の画像とのいずれか一方にのみ撮像されている物体に対応する領域の特徴量を記憶する、
処理を実行することを特徴とする教師データ作成方法。
110 画像取得部
120 特徴量算出部
130 登録部
131 照合部
132 分別部
140 出力部
190 記憶部
191 画像データ保持部
192 特徴量テーブル
193 教師データ
2 ベルトコンベア
4 作業員
6,6A,6B カメラ
10 作業ライン
11 外部装置
13 検査装置
14 分別機
15 サーバ装置
20 コンピュータ
2001 プロセッサ
2002 主記憶装置
2003 補助記憶装置
2004 入力装置
2005 出力装置
2006 入出力インタフェース
2007 通信制御装置
2008 媒体駆動装置
2010 バス
21 可搬型記録媒体
Claims (6)
- 物体を分別する作業が行われる前の第1のタイミングで撮像された第1の画像と、前記作業が行われた後の第2のタイミングに撮像された第2の画像とを取得し、
前記第1の画像及び前記第2の画像のそれぞれにおいて物体が撮像されている領域の特徴量を抽出し、
物体を自動で分別するための教師データを記憶する記憶部に、前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量、又は、前記第1の画像と前記第2の画像とのいずれか一方にのみ撮像されている物体に対応する領域の特徴量を記憶する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする教師データ作成プログラム。 - 前記第1の画像と前記第2の画像とを取得する処理は、前記物体を搬送する搬送路における作業員が前記物体を分別する作業を行う位置よりも上流側を撮像した前記第1の画像と、前記搬送路における前記作業員が前記作業を行う位置よりも下流側を撮像した前記第2の画像とを取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載の教師データ作成プログラム。 - 前記領域の特徴量を記憶する処理は、前記第1の画像に撮像されている前記物体に対応する領域の特徴量とともに、該領域の特徴量のそれぞれが、前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量であるか、前記第1の画像と前記第2の画像とのいずれか一方にのみ撮像されている物体に対応する領域の特徴量であるかを識別する情報を前記記憶部に記憶させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の教師データ作成プログラム。 - 前記領域の特徴量を記憶する処理では、
前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量は、正常な物体であることを示すラベルを付与して前記記憶部に記憶させ、
前記第1の画像と前記第2の画像とのいずれか一方にのみ撮像されている物体に対応する領域の特徴量は、異常な物体であることを示すラベルを付与して前記記憶部に記憶させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の教師データ作成プログラム。 - 物体を分別する作業が行われる前の第1のタイミングで撮像された第1の画像と、前記作業が行われた後の第2のタイミングに撮像された第2の画像とを取得する画像取得部と、
前記第1の画像及び前記第2の画像のそれぞれにおいて物体が撮像されている領域の特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
物体を自動で分別するための教師データに、前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量、又は、前記第1の画像と前記第2の画像とのいずれか一方にのみ撮像されている物体に対応する領域の特徴量を登録する登録部と、
を備えることを特徴とする教師データ作成装置。 - コンピュータが、
物体を分別する作業が行われる前の第1のタイミングで撮像された第1の画像と、前記作業が行われた後の第2のタイミングに撮像された第2の画像とを取得し、
前記第1の画像及び前記第2の画像のそれぞれにおいて物体が撮像されている領域の特徴量を抽出し、
物体を自動で分別するための教師データを記憶する記憶部に、前記第1の画像と前記第2の画像との両方に撮像されている物体に対応する領域の特徴量、又は、前記第1の画像と前記第2の画像とのいずれか一方にのみ撮像されている物体に対応する領域の特徴量を記憶する、
処理を実行することを特徴とする教師データ作成方法。
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