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公開番号2025119496
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-14
出願番号2024014412
出願日2024-02-01
発明の名称異常検知装置、学習装置、異常検知方法、およびプログラム
出願人国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構
代理人個人,個人,個人
主分類G06T 7/00 20170101AFI20250806BHJP(計算;計数)
要約【課題】適切に用意された学習用画像を用いて異常検知の精度を向上させること。
【解決手段】農地画像を取得する取得部と、学習済生成モデルが作成した参照画像と、異常検知段階における農地画像との画素値の比較により農地における作物の異常を検知する検知部と、を備え、学習済生成モデルは、農地画像を入力すると将来の農地画像を推定する作物生育モデルを用いて複数の生育パターンが含まれるように生成された正例画像と、潜在変数を生成モデルに入力することで得られる負例画像とが分類モデルによって判別されるように、敵対的生成ネットワークの学習により学習され、学習済潜在変数を学習済生成モデルに入力することで参照画像を出力するものであり、学習済潜在変数は、参照画像と、学習段階における農地画像との間の誤差指標が最小化されるように学習されたものである、異常検知装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
農地を上空から撮像した農地画像を取得する取得部と、
学習済生成モデルが作成した参照画像と、異常検知段階における前記農地画像との画素値の比較により前記農地における作物の異常を検知する、或いは異常の発生確率を導出する検知部と、
を備え、
前記学習済生成モデルは、農地画像を入力すると将来の農地画像を推定する作物生育モデルを用いて複数の生育パターンが含まれるように生成された正例画像と、潜在変数を生成モデルに入力することで得られる負例画像とが分類モデルによって判別されるように、敵対的生成ネットワークの学習により学習され、学習済潜在変数を学習済生成モデルに入力することで前記参照画像を出力するものであり、
前記学習済潜在変数は、前記参照画像と、学習段階における前記農地画像との間の誤差指標が最小化されるように学習されたものである、
異常検知装置。
続きを表示(約 1,700 文字)【請求項2】
前記誤差指標は、前記参照画像と前記学習段階における前記農地画像との第1誤差と、前記参照画像と前記学習段階における前記農地画像とのそれぞれを前記分類モデルに入力して得られる特徴量画像同士の第2誤差との重み付き和である、
請求項1記載の異常検知装置。
【請求項3】
前記分類モデルは、多層モデルであり、
前記特徴量画像は、前記分類モデルにおける出力層の一つ入力層側の層への入力画像である、
請求項2記載の異常検知装置。
【請求項4】
前記第1誤差と前記第2誤差のそれぞれは、L1誤差である、
請求項2記載の異常検知装置。
【請求項5】
農地画像を入力すると将来の農地画像を推定する作物生育モデルを用いて複数の生育パターンが含まれるように生成された正例画像と、潜在変数を生成モデルに入力することで得られる負例画像とが分類モデルによって判別されるように、敵対的生成ネットワークの学習により前記学習済生成モデルを生成し、前記参照画像と、学習段階における前記農地画像との間の誤差指標が最小化されるように前記学習済潜在変数を学習する学習部を更に備える、
請求項1記載の異常検知装置。
【請求項6】
農地画像を入力すると将来の農地画像を推定する作物生育モデルを用いて複数の生育パターンが含まれるように生成された正例画像と、潜在変数を生成モデルに入力することで得られる負例画像とが分類モデルによって判別されるように、敵対的生成ネットワークの学習により学習済生成モデルを生成し、
参照画像と、前記農地画像との間の誤差指標が最小化されるように学習済潜在変数を学習する学習装置であって、
前記参照画像は、前記学習済潜在変数を前記学習済生成モデルに入力することで得られ、異常検知段階における前記農地画像との画素値の比較により農地における作物の異常を検知することに用いられるものである、
学習装置。
【請求項7】
異常検知装置が、
農地を上空から撮像した農地画像を取得することと、
学習済生成モデルが作成した参照画像と、異常検知段階における前記農地画像との画素値の比較により前記農地における作物の異常を検知する、或いは異常の発生確率を導出することと、
を実行し、
前記学習済生成モデルは、農地画像を入力すると将来の農地画像を推定する作物生育モデルを用いて複数の生育パターンが含まれるように生成された正例画像と、潜在変数を生成モデルに入力することで得られる負例画像とが分類モデルによって判別されるように、敵対的生成ネットワークの学習により学習され、学習済潜在変数を学習済生成モデルに入力することで前記参照画像を出力するものであり、
前記学習済潜在変数は、前記参照画像と、学習段階における前記農地画像との間の誤差指標が最小化されるように学習されたものである、
異常検知方法。
【請求項8】
異常検知装置のプロセッサに、
農地を上空から撮像した農地画像を取得することと、
学習済生成モデルが作成した参照画像と、異常検知段階における前記農地画像との画素値の比較により前記農地における作物の異常を検知する、或いは異常の発生確率を導出することと、
を実行させるためのプログラムであって、
前記学習済生成モデルは、農地画像を入力すると将来の農地画像を推定する作物生育モデルを用いて複数の生育パターンが含まれるように生成された正例画像と、潜在変数を生成モデルに入力することで得られる負例画像とが分類モデルによって判別されるように、敵対的生成ネットワークの学習により学習され、学習済潜在変数を学習済生成モデルに入力することで前記参照画像を出力するものであり、
前記学習済潜在変数は、前記参照画像と、学習段階における前記農地画像との間の誤差指標が最小化されるように学習されたものである、
プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、異常検知装置、学習装置、異常検知方法、およびプログラムに関する。
続きを表示(約 2,100 文字)【背景技術】
【0002】
従来、農地をドローンや衛星などで上空から撮像した画像に基づいて作物の異常を検知しようとする試みがなされている。例えば、ドローンで撮像した農地画像を植生指数化、またはヒートマップ化し、過去の画像データと比較して、発芽数、不発芽数、発芽率・不発芽率などを予測するシステムが知られている(特許文献1)。また、この種の技術に機械学習を適用する場合に、十分な数の学習用画像を用意するのが困難であるという問題が存在するが、これに対してAR-GANによる合成画像をデータセットに加える技術が知られている(非特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2019-153109号公報
特許第7316004号公報
【非特許文献】
【0004】
”Unsupervised image translation using adversarial networks for improved plant disease recognition”, Haseeb Nazki et al., Computers and Electronics in Agriculture Volume 168, January 2020, 105117
” ORYZA2000: modelling lowland rice”, B.A.M. Bouman et al., (2001), International Rice Research Institute, Wageningen University and Research Centre, Los Banos, Philippines, Wageningen, Netherlands
” The rice simulation model SIMRIW and its testing.”, T. HORIE et al., (1995), Modeling the impact of climate change on rice production in Asia. CABI, UK, IRRI, Philippines, pp. 95-139
” Simulation of the effects of genotype and N availability on rice growth and yield response to an elevated atmospheric CO2concentration”, Hiroe Yoshida et al., (2011), Field Crops Research 124(3) 433-440.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の技術では、適切に十分な数の学習用画像を用意するのが困難であり、異常検知の精度が十分なものにならない場合があった。
【0006】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、適切に用意された十分な数の学習用画像を用いて異常検知の精度を向上させることが可能な異常検知装置、学習装置、異常検知方法、およびプログラムを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の態様である異常検知装置は、農地を上空から撮像した農地画像を取得する取得部と、学習済生成モデルが作成した参照画像と、異常検知段階における前記農地画像との画素値の比較により前記農地における作物の異常を検知する、或いは異常の発生確率を導出する検知部と、を備え、前記学習済生成モデルは、農地画像を入力すると将来の農地画像を推定する作物生育モデルを用いて複数の生育パターンが含まれるように生成された正例画像と、潜在変数を生成モデルに入力することで得られる負例画像とが分類モデルによって判別されるように、敵対的生成ネットワークの学習により学習され、学習済潜在変数を学習済生成モデルに入力することで前記参照画像を出力するものであり、前記学習済潜在変数は、前記参照画像と、学習段階における前記農地画像との間の誤差指標が最小化されるように学習されたものである。
【発明の効果】
【0008】
上記各態様によれば、適切に用意された十分な数の学習用画像を用いて異常検知の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
異常検知装置100の使用環境および構成の一例を示す図である。
異常検知装置100における異常検知段階の処理の概要を示す図である。
学習済生成モデルと分類モデルを学習する処理の概要を示す図である。
正例画像の生成処理の概略を示す図である。
潜在変数の学習処理の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照し、本発明の異常検知装置、学習装置、異常検知方法、およびプログラムの実施形態について説明する。
(【0011】以降は省略されています)

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