Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7591628B2 - Diagnostic device, diagnostic method, and program - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7591628B2 - Diagnostic device, diagnostic method, and program - Google Patents

Diagnostic device, diagnostic method, and program Download PDF

Info

Publication number
JP7591628B2
JP7591628B2 JP2023131080A JP2023131080A JP7591628B2 JP 7591628 B2 JP7591628 B2 JP 7591628B2 JP 2023131080 A JP2023131080 A JP 2023131080A JP 2023131080 A JP2023131080 A JP 2023131080A JP 7591628 B2 JP7591628 B2 JP 7591628B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
ground surface
range
input image
wide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2023131080A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2024132796A (en
Inventor
ティアゴ オリベイラ
満 中澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rakuten Group Inc
Original Assignee
Rakuten Group Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rakuten Group Inc filed Critical Rakuten Group Inc
Publication of JP2024132796A publication Critical patent/JP2024132796A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7591628B2 publication Critical patent/JP7591628B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Image Analysis (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Description

本開示は、診断装置、診断方法、及びプログラムに関する。 The present disclosure relates to a diagnostic device, a diagnostic method , and a program.

植物の健康状態を診断するためには、高度な専門知識が必要となる。また、そうした知識を有する専門家が直接植物を観察するのは難しいことがある。こうした問題を解決するために、特許文献1は、対象植物を撮影した画像を入力して、対象植物の病虫害を推定する学習モデルを開示している。 A high level of specialized knowledge is required to diagnose the health of plants. Furthermore, it can be difficult for experts with such knowledge to directly observe plants. To solve this problem, Patent Document 1 discloses a learning model that inputs photographed images of a target plant and estimates the pests and diseases of the target plant.

特開2022-94783号公報JP 2022-94783 A

この学習モデルは、病害虫の推定結果に加えて、過去の病害虫の発生履歴データから算出される病害虫の発生確率を参照して、対象植物の病害虫を診断する方法を開示している。しかし、病害虫の発生履歴データの取得には手間も時間もかかるため、履歴データなしで植物の健康状態を適切に判断することができることが望ましい。 This learning model discloses a method for diagnosing pests and diseases in target plants by referring to the probability of pest and disease occurrence calculated from historical data on past pest and disease occurrence, in addition to the estimated results. However, since obtaining historical data on pest and disease occurrence is both time-consuming and laborious, it is desirable to be able to appropriately judge the health of plants without historical data.

本開示は、画像に基づいて植物の健康状態を適切に診断することができる診断装置、診断方法、学習モデルの生成方法、及びプログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a diagnostic device, diagnostic method, learning model generation method, and program that can appropriately diagnose the health of a plant based on an image.

本開示の一態様に係る診断装置は、植物の健康状態を診断するための診断装置であって、当該診断装置は、入力用画像を入力すると、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力するように構成されるマルチタスク学習器を備え、前記マルチタスク学習器は、地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含む訓練データにより訓練されており、前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、前記複数のタスクは、前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む。 A diagnostic device according to one aspect of the present disclosure is a diagnostic device for diagnosing the health of a plant, the diagnostic device including a multi-task learner configured to output a plurality of prediction results associated with a plurality of tasks when an input image is input, the multi-task learner being trained with training data including a ground image group including a plurality of ground images of the plant covering the ground surface, and a wide-range image group including a plurality of wide-range images of the plant covering an area wider than the ground image, each of the ground image group and the wide-range image group including a plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state and a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state, the unhealthy state including a plurality of disease symptoms, the plurality of tasks including a multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the plurality of disease symptoms or asymptomatic symptoms, and a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-range image.

本開示の一態様に係る診断方法は、植物の健康状態の診断方法であって、当該方法は、地表面を覆う前記植物を写した入力用画像を取得することと、前記入力用画像をマルチタスク学習器に入力することと、前記マルチタスク学習器が、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力することと、を含み、前記マルチタスク学習器は、前記地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含む訓練データにより訓練されており、前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、前記複数のタスクは、前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む。 A diagnostic method according to one aspect of the present disclosure is a method for diagnosing the health of a plant, the method including: acquiring an input image of the plant covering the ground surface; inputting the input image into a multitask learner; and outputting a plurality of prediction results associated with a plurality of tasks, the multitask learner being trained with training data including a ground image group including a plurality of ground images of the plant covering the ground surface; and a wide-range image group including a plurality of wide-range images of the plant covering an area wider than the ground image, each of the ground image group and the wide-range image group including a plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state and a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state, the unhealthy state including a plurality of disease symptoms, and the plurality of tasks including a multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the plurality of disease symptoms or asymptomatic symptoms, and a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-range image.

本開示の一態様に係る学習モデルの生成方法において、植物の健康状態を診断するための学習モデルは、入力用画像を入力すると、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力するように構成され、前記生成方法は、訓練データとなる画像群を取得することと、前記訓練データを用いて前記学習モデルを訓練することと、を含み、前記訓練データが、地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含み、前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、前記複数のタスクは、前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む。 In a method for generating a learning model according to one aspect of the present disclosure, a learning model for diagnosing the health condition of a plant is configured to output a plurality of prediction results associated with a plurality of tasks when an input image is input, and the generation method includes acquiring a group of images serving as training data and training the learning model using the training data, the training data including a group of ground images including a plurality of ground images depicting the plant covering the ground surface, and a group of wide-range images including a plurality of wide-range images depicting the plant in an area wider than the ground image, each of the group of ground images and the group of wide-range images including a plurality of asymptomatic images depicting the plant in a healthy state and a plurality of symptomatic images depicting the plant in an unhealthy state, the unhealthy state including a plurality of disease symptoms, and the plurality of tasks including a multi-value classification task for predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the plurality of disease symptoms or asymptomatic symptoms, and a binary classification task for predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-range image.

本開示の一態様に係るプログラムは、1以上のコンピュータに、地表面を覆う植物を写した入力用画像を取得することと、取得した前記入力用画像をマルチタスク学習器に入力することと、前記マルチタスク学習器が、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力することと、を実行させる植物診断用のプログラムであって、前記マルチタスク学習器は、前記地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含む訓練データにより訓練されており、前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、前記複数のタスクは、前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む。 A program according to one aspect of the present disclosure is a plant diagnosis program that causes one or more computers to execute the following: acquiring an input image of a plant covering the ground surface; inputting the acquired input image into a multitask learning device; and outputting a plurality of prediction results associated with a plurality of tasks, respectively. The multitask learning device is trained with training data including a ground image group including a plurality of ground images of the plant covering the ground surface, and a wide-range image group including a plurality of wide-range images of the plant covering an area wider than the ground image. Each of the ground image group and the wide-range image group includes a plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state and a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state, and the unhealthy state includes a plurality of disease symptoms. The plurality of tasks include a multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the plurality of disease symptoms or asymptomatic symptoms, and a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-range image.

図1は実施形態に係る診断装置を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a diagnostic device according to an embodiment. 図2は図1の診断装置に入力される広範囲画像の例である。FIG. 2 is an example of a wide-range image input to the diagnostic device of FIG. 図3は図1の診断装置に入力される地表画像の例である。FIG. 3 is an example of a ground image input to the diagnostic device of FIG. 図4は実施形態に係る学習モデルの訓練データを例示する表である。FIG. 4 is a table illustrating training data for a learning model according to an embodiment. 図5は実施形態に係る学習モデルを説明する模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a learning model according to the embodiment. 図6は図5の学習モデルの損失関数と予測精度との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the loss function of the learning model in FIG. 5 and the prediction accuracy. 図7は実施形態に係るサブタスクを含む学習モデルとサブタスクを含まない比較例の学習モデルとの正解率を示す表である。FIG. 7 is a table showing the accuracy rate of a learning model including subtasks according to the embodiment and a learning model of a comparative example that does not include subtasks. 図8は図1の診断装置の追加機能を説明するための模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram for explaining additional functions of the diagnostic device of FIG. 図9は入力用画像とヒートマップの例である。FIG. 9 shows an example of an input image and a heat map. 図10は実施形態に係る診断方法を例示するフロー図である。FIG. 10 is a flow diagram illustrating a diagnostic method according to an embodiment.

本開示の診断装置、診断方法、学習モデルの生成方法、及びプログラムの例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Examples of the diagnostic device, diagnostic method, learning model generation method, and program of the present disclosure are described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to these examples, but is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

[診断装置]
図1に、植物の健康状態を診断するように構成される診断装置30を例示する。本開示では、植物として芝を例示している。以下、地表面を覆うように生える芝を芝生18という。地表面を覆うように群生する植物は、グラウンドカバープランツとも呼ばれ、高さが約50cm以下、又は約30cm以下、又は約10cm以下の常緑多年草又は常緑木本植物であることが多い。こうした植物は、グラウンドカバープランツは、景観を彩ったり、衝撃を緩衝したり、表土を保護したり、温度変化を抑制したり、あるいは他の雑草が生えることを抑制したりすることを目的に、単一種又は複数種で地表面を密に被覆するように植栽される。
[Diagnostic Device]
FIG. 1 illustrates an example of a diagnostic device 30 configured to diagnose the health of a plant. In the present disclosure, grass is illustrated as an example of a plant. Hereinafter, grass growing to cover the ground surface is referred to as lawn 18. Plants that grow in clusters to cover the ground surface are also called ground cover plants, and are often evergreen perennials or evergreen woody plants with a height of about 50 cm or less, about 30 cm or less, or about 10 cm or less. Such plants, such as ground cover plants, are planted to densely cover the ground surface with a single species or multiple species for the purpose of adding color to the landscape, cushioning impacts, protecting the topsoil, suppressing temperature changes, or suppressing the growth of other weeds.

芝生は、一般的に葉が短く刈り込まれる。こうした芝刈りにより、芝が光合成できる表面積は大幅に減少する。芝生の芝は、こうした光合成の効率低下を補うため、より密に生えるように葉の数を増やし、それにより緑の絨毯が形成される。芝刈りされた芝は、刈られていない芝と比較して病害に対する抵抗力が弱く、病害の症状に応じた薬剤の散布などの管理が必要となる。診断装置30は、芝生のような植物の管理の要否を判断するために用いることができる。 Lawns are generally cut short to keep the leaves short. Mowing the lawn drastically reduces the surface area available for photosynthesis. To compensate for this reduced efficiency of photosynthesis, the grass on the lawn increases the number of leaves so that they grow denser, forming a green carpet. Mown grass is less resistant to disease than unmown grass, and requires management such as spraying pesticides according to the symptoms of disease. The diagnostic device 30 can be used to determine whether or not management of plants such as lawns is required.

芝生の健康状態に関しては、全体にむら無く生えそろっていれば無症(無症状)であるので、健康な状態であると判断され得る。これに対して、芝生の植栽領域に剥げ、枯れ、変色、又はまだらなどがあれば、有症(有症状)であるので、不健康な状態であると判断され得る。 Regarding the health of the lawn, if it is growing evenly all over, it is asymptomatic and can be determined to be in a healthy state. In contrast, if the planted area of the lawn is peeling, withering, discolored, or patchy, it is symptomatic and can be determined to be in an unhealthy state.

芝生18が植栽される場所は、図1ではゴルフ場11を例示しているが、その他、公園、園庭、校庭、競馬場、あるいは、サッカー場、アメリカンフットボール場、野球場、テニスコートのような運動用広場であってもよい。その他、診断装置30によって、自然植生である植物の健康状態を診断してもよい。 In FIG. 1, the location where the grass 18 is planted is shown as a golf course 11, but it may also be a park, a kindergarten yard, a schoolyard, a horse racing track, or an athletic field such as a soccer field, an American football field, a baseball field, or a tennis court. In addition, the diagnostic device 30 may be used to diagnose the health of natural vegetation.

撮影者20は撮影装置21を操作して、ゴルフ場11に敷設された芝生の1以上の画像10を撮影する。撮影装置21は、例えば、携帯可能なデジタルカメラ、ビデオカメラ、スマートフォン、又はタブレットであってもよいが、これらに限られない。画像10は、ドローン又は自動走行車のような無人機に搭載された撮影装置によって撮影されてもよいし、定点カメラによって撮影されてもよい。画像10は、定期的に、又は不定期に撮影される。画像10は、定点にて撮影されてもよいし、撮影の都度に異なる位置で撮影されてもよい。 A photographer 20 operates a photographing device 21 to capture one or more images 10 of grass laid on a golf course 11. The photographing device 21 may be, for example, but is not limited to, a portable digital camera, a video camera, a smartphone, or a tablet. The images 10 may be captured by a photographing device mounted on an unmanned vehicle such as a drone or an autonomous vehicle, or may be captured by a fixed-point camera. The images 10 are captured periodically or irregularly. The images 10 may be captured at a fixed point, or may be captured at a different position each time.

撮影者20は、予め決められた1以上の撮影位置、例えば特に管理が必要なグリーン12などの1以上の領域を撮影してもよい。撮影者20は、1カ所につき、複数の画像10を撮影するとよい。複数の画像10は、例えば、地表面を覆う植物(芝生18)を写した1以上の地表画像10A(図3参照)と、地表画像10Aより広い領域を対象に植物(芝生18)を写した1以上の広範囲画像10B(図2参照)とを含むとよい。 The photographer 20 may photograph one or more predetermined shooting locations, for example one or more areas such as the green 12 that requires particular maintenance. The photographer 20 may take multiple images 10 for each location. The multiple images 10 may include, for example, one or more ground surface images 10A (see FIG. 3) that show vegetation (grass 18) covering the ground surface, and one or more wide-area images 10B (see FIG. 2) that show vegetation (grass 18) covering an area wider than the ground surface image 10A.

図1及び図2に示すように、広範囲画像10Bには、芝生18の中又は芝生18の周囲にある自然物又は人工物が写されていてもよい。芝生18の中にある自然物の例はグリーン12の境界線であり、芝生18の周囲にある自然物の例はバンカー14、池15、又は樹木16である。芝生18の中にある人工物の例はカップホール13又はピンであり、芝生18の周囲にある人工物の例は管理施設17のような建物である。 As shown in Figures 1 and 2, the wide-range image 10B may show natural or man-made objects in or around the lawn 18. An example of a natural object in the lawn 18 is the boundary line of the green 12, and an example of a natural object around the lawn 18 is a bunker 14, a pond 15, or a tree 16. An example of a man-made object in the lawn 18 is a cup hole 13 or a pin, and an example of a man-made object around the lawn 18 is a building such as a maintenance facility 17.

図3に示すように、地表画像10Aは、主に、芝生18の健康状態がわかるように撮影されるとよい。特に、撮影者20が、芝生18に病害が疑われる不健康な状態、例えば剥げ、枯れ、変色、又はまだらなどを視認した場合は、その様子をとらえるように、地表画像10Aを撮影するとよい。不健康な状態は、複数の病害の症状を含む。撮影者20は、不健康な状態が確認された場合には、地表画像10Aと併せて、症状の分布がわかるような広範囲画像10Bを撮影するとよい。 As shown in FIG. 3, the ground surface image 10A should be captured primarily to show the health of the lawn 18. In particular, if the photographer 20 visually observes an unhealthy condition in the lawn 18 that may be due to disease, such as peeling, withering, discoloration, or mottling, the photographer 20 should capture the ground surface image 10A to capture that condition. An unhealthy condition includes multiple symptoms of disease. If an unhealthy condition is confirmed, the photographer 20 should capture a wide-range image 10B in addition to the ground surface image 10A so that the distribution of symptoms can be seen.

図3に示す地表画像10A1は健康な状態の芝生18を写した無症画像の例である。図3に示す地表画像10A2~10A7は不健康な状態の芝生18を写した有症画像の例である。病害の種類は、例えば、炭疽病(Anthracnose)、ブラウンパッチ(Brown patch)、ダラースポット(Dollar spot)、ドライスポット(Dry spot)、ピシウム(Pythium)、スノーモールド(Snow mold)のうち1以上を含んでもよい。地表画像10A2,10A3,10A4,10A5,10A6,10A7には、それぞれ、炭疽病、ブラウンパッチ、ダラースポット、ドライスポット、ピシウム、又はスノーモールドの症状を示す芝生18が写っている。 Ground surface image 10A1 shown in FIG. 3 is an example of a symptomless image depicting a healthy lawn 18. Ground surface images 10A2 to 10A7 shown in FIG. 3 are examples of symptomatic images depicting unhealthy lawn 18. The types of disease may include, for example, one or more of anthracnose, brown patch, dollar spot, dry spot, pythium, and snow mold. Ground surface images 10A2, 10A3, 10A4, 10A5, 10A6, and 10A7 depict lawns 18 exhibiting symptoms of anthracnose, brown patch, dollar spot, dry spot, pythium, or snow mold, respectively.

撮影された画像10は、ユーザ端末22に保存されてもよい。ユーザ端末22は、例えば、ゴルフ場11の管理施設17内に置かれていてもよい。ユーザ端末22は、例えば、パーソナルコンピュータである。ユーザ端末22は、ネットワーク23を通じて診断装置30と通信するように構成されてもよい。この場合、ユーザ端末22に保存された画像10は、ネットワーク23を通じて診断装置30に送信されてもよい。 The captured image 10 may be stored in the user terminal 22. The user terminal 22 may be located, for example, in the management facility 17 of the golf course 11. The user terminal 22 is, for example, a personal computer. The user terminal 22 may be configured to communicate with the diagnostic device 30 through the network 23. In this case, the image 10 stored in the user terminal 22 may be transmitted to the diagnostic device 30 through the network 23.

ネットワーク23は、例えば、インターネット、WAN(Wide Area Network)、LAN(Local Area Network)、プロバイダ端末、無線通信網、無線基地局、専用回線等を含む。撮影装置21が通信機能を有する端末、例えばスマートフォン又はタブレットである場合、ユーザ端末22を介さず、撮影した画像を診断装置30に直接送信するようにしてもよい。あるいは、ユーザ端末22又は撮影装置21を有する端末が診断装置30として使用されてもよい。 The network 23 includes, for example, the Internet, a wide area network (WAN), a local area network (LAN), a provider terminal, a wireless communication network, a wireless base station, a dedicated line, etc. When the imaging device 21 is a terminal having a communication function, such as a smartphone or a tablet, the captured image may be sent directly to the diagnostic device 30 without going through the user terminal 22. Alternatively, the user terminal 22 or a terminal having the imaging device 21 may be used as the diagnostic device 30.

診断装置30は、例えば、プロセッサ31、メモリ32、及び通信IF(interface)33を備えるサーバ又はコンピュータである。診断装置30は、さらに、入力装置34、出力装置35、及びストレージ36を有してもよい。プロセッサ31、メモリ32、通信IF33、入力装置34、出力装置35、及びストレージ36は、通信バス37により互いに接続される。 The diagnostic device 30 is, for example, a server or computer including a processor 31, a memory 32, and a communication IF (interface) 33. The diagnostic device 30 may further include an input device 34, an output device 35, and a storage 36. The processor 31, the memory 32, the communication IF 33, the input device 34, the output device 35, and the storage 36 are connected to each other by a communication bus 37.

プロセッサ31は、例えば、各種ソフトウェア処理を実行するように構成される処理回路である。処理回路は、ソフトウェア処理の少なくとも一部を処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、ソフトウェア処理は、1又は複数のソフトウェア処理回路及び1又は複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路(processing circuitry)によって実行されればよい。 The processor 31 is, for example, a processing circuit configured to execute various software processes. The processing circuit may include a dedicated hardware circuit (e.g., an ASIC) that processes at least a part of the software processes. In other words, the software processes may be executed by a processing circuit that includes at least one of one or more software processing circuits and one or more dedicated hardware circuits.

プロセッサ31は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、MPU(Micro Processor Unit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又はその他の演算装置である。プロセッサ31は、与えられる信号に応じて、又は、予め定められた条件が成立したことに応じて、メモリ32又はストレージ36に格納されているプログラムに含まれる一連の命令を実行する。 The processor 31 is, for example, a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), a microprocessor unit (MPU), a field-programmable gate array (FPGA), or other computing device. In response to a signal provided thereto or in response to the establishment of a predetermined condition, the processor 31 executes a series of instructions contained in a program stored in the memory 32 or storage 36.

メモリ32は、例えば、RAM(Random Access Memory)、又はその他の揮発性メモリである。メモリ32は、プログラム、及びデータを一時的に保存するように構成される。プログラムは、例えばストレージ36から読み出される。メモリ32に保存されるデータは、診断装置30が受信したデータと、プロセッサ31によって生成されたデータとを含んでもよい。 The memory 32 is, for example, a random access memory (RAM) or other volatile memory. The memory 32 is configured to temporarily store programs and data. The programs are read from, for example, the storage 36. The data stored in the memory 32 may include data received by the diagnostic device 30 and data generated by the processor 31.

通信IF33は、ネットワーク23に接続するように構成される。通信IF33は、ネットワーク23に接続されている他の装置と通信するように構成される。通信IF33は、例えば、LAN、又はその他の有線通信IFとして実現される。通信IF33は、例えば、Wi-Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、又はその他の無線通信IFとしても実現され得るが、これらに限定されない。 The communication IF 33 is configured to connect to the network 23. The communication IF 33 is configured to communicate with other devices connected to the network 23. The communication IF 33 is realized, for example, as a LAN or other wired communication IF. The communication IF 33 can also be realized, for example, as Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), or other wireless communication IF, but is not limited to these.

入力装置34は、例えば、キーボード及びマウスであり、ボタン、キー、スイッチ、タッチパッド、又はマイクを含んでもよい。出力装置35は、例えば、液晶モニタ又は有機EL(Electro Luminescence)モニタであってもよいし、入力装置34を兼ねたタッチパネルを有するタッチスクリーンであってもよい。出力装置35は、スピーカ又は音声出力のための端子であってもよい。 The input device 34 may be, for example, a keyboard and a mouse, and may also include buttons, keys, switches, a touchpad, or a microphone. The output device 35 may be, for example, a liquid crystal monitor or an organic EL (Electro Luminescence) monitor, or may be a touch screen having a touch panel that also serves as the input device 34. The output device 35 may be a speaker or a terminal for audio output.

ストレージ36は、メモリの一種であり、例えば、ROM(Read-Only Memory)、ハードディスク装置、フラッシュメモリ、又はその他の不揮発性記憶装置であってもよい。ストレージ36は、メモリカードのように、着脱可能な記憶装置であってもよい。ストレージ36は、プログラム及びデータを永続的に格納するように構成される。ストレージ36には、学習器40、画像データ41、各種の機能を実現するための1以上のアプリケーション43、及び出力データ44が格納されていてもよい。画像データ41は、ユーザ端末22から受信した1以上の画像10を含む。出力データ44は、学習器40及びアプリケーション43からの出力結果を含む。 The storage 36 is a type of memory and may be, for example, a ROM (Read-Only Memory), a hard disk drive, a flash memory, or other non-volatile storage device. The storage 36 may be a removable storage device such as a memory card. The storage 36 is configured to permanently store programs and data. The storage 36 may store a learning device 40, image data 41, one or more applications 43 for realizing various functions, and output data 44. The image data 41 includes one or more images 10 received from the user terminal 22. The output data 44 includes output results from the learning device 40 and the application 43.

学習器40は、入力用画像10を入力すると、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力するように構成されるマルチタスク学習器であってもよい。学習器40は、畳み込みニューラルネットワークを利用した学習モデル45を含んでもよい。学習器40が含む学習モデル45は、以下のように作成されてもよい。 The learning device 40 may be a multitask learning device configured to output a plurality of prediction results associated with a plurality of tasks, respectively, when the input image 10 is input. The learning device 40 may include a learning model 45 that uses a convolutional neural network. The learning model 45 included in the learning device 40 may be created as follows.

[学習モデルの生成方法]
図1に示す情報処理装置50は、例えば、プロセッサ51、メモリ52、及び通信IF(interface)53を備えるコンピュータである。情報処理装置50は、さらに、入力装置54、出力装置55、及びストレージ56を有してもよい。プロセッサ51、メモリ52、通信IF53、入力装置54、出力装置55、及びストレージ56は、通信バス57により互いに接続される。プロセッサ51、メモリ52、通信IF53、入力装置54、出力装置55、及びストレージ56は、それぞれ、プロセッサ31、メモリ32、及び通信IF33、入力装置34、出力装置35、及びストレージ36と同様の構成を備えてもよい。
[How to generate a learning model]
1 is a computer including, for example, a processor 51, a memory 52, and a communication IF (interface) 53. The information processing device 50 may further include an input device 54, an output device 55, and a storage 56. The processor 51, the memory 52, the communication IF 53, the input device 54, the output device 55, and the storage 56 are connected to each other by a communication bus 57. The processor 51, the memory 52, the communication IF 53, the input device 54, the output device 55, and the storage 56 may have the same configuration as the processor 31, the memory 32, the communication IF 33, the input device 34, the output device 35, and the storage 36, respectively.

プロセッサ51は、学習モデルを生成するために、機械学習のための1以上の学習プログラム58を生成又は取得して、ストレージ56に格納する。また、プロセッサ51は、訓練データ59を生成又は取得して、ストレージ56に格納する。その後、プロセッサ51は、学習プログラム58の実行により、図4に示す訓練データ59により学習モデルの訓練、検証、及びテストを行う。訓練データ59により汎化された(生成された)学習モデル45は、ストレージ56に格納される。学習器40が含む学習モデル45は、ネットワーク23を介して情報処理装置50から取得された訓練済みの学習モデル45である。 To generate a learning model, the processor 51 generates or acquires one or more learning programs 58 for machine learning and stores them in the storage 56. The processor 51 also generates or acquires training data 59 and stores them in the storage 56. The processor 51 then executes the learning program 58 to train, verify, and test the learning model using the training data 59 shown in FIG. 4. The learning model 45 generalized (generated) using the training data 59 is stored in the storage 56. The learning model 45 included in the learner 40 is a trained learning model 45 acquired from the information processing device 50 via the network 23.

訓練データ59は、地表画像群と広範囲画像群とを含む。地表画像群は、地表面を覆う植物(本例では芝生18)を写した複数の地表画像を含む。地表画像は、広範囲画像よりもズームインして植物を撮影したズームイン画像とも言える。広範囲画像群は、地表画像より広い領域を対象に植物(本例では芝生18)を写した複数の広範囲画像を含む。広範囲画像は、地表画像よりもズームアウトして植物を撮影したズームアウト画像とも言える。地表画像と広範囲画像とは、互いに異なる位置で撮影されていてもよい。 The training data 59 includes a group of ground images and a group of wide-range images. The group of ground images includes a plurality of ground images capturing plants (lawn 18 in this example) covering the ground surface. The ground images can also be considered as zoomed-in images of plants captured by zooming in more than the wide-range images. The group of wide-range images includes a plurality of wide-range images capturing plants (lawn 18 in this example) over an area wider than the ground image. The wide-range images can also be considered as zoomed-out images of plants captured by zooming out more than the ground image. The ground images and the wide-range images may be captured at different positions.

地表画像と広範囲画像とは、概ね、その撮影範囲に含まれる対象物によって区分される。例えば、地表画像は、植物で覆われた地表面が全撮影範囲を占める画像であってもよい。広範囲画像は、植物で覆われた地表面(芝生18)に加えて、地表面から生える樹木又は空のような自然物、又は、建物を含む人工物、のうち少なくとも何れかを写した風景画像であってもよい。 A ground surface image and a wide-range image are generally distinguished by the objects contained within their shooting range. For example, a ground surface image may be an image in which the ground surface covered with vegetation occupies the entire shooting range. A wide-range image may be a landscape image that captures at least one of natural objects such as trees growing from the ground surface or the sky, or man-made objects including buildings, in addition to the ground surface covered with vegetation (grass 18).

広範囲画像は、地表画像よりも高い位置から、例えばドローンのような飛行体によって撮影した画像であってもよい。このように、地表面が全撮影範囲を占める画像であっても、人の目線より高いハイポジションで撮影した画像は、広範囲画像に区分されてもよい。人が撮影装置21を直接手に持って撮影する場合、地表画像はハイアングル(図1に斜め下向きの矢印で示す)で撮影した画像であってもよく、広範囲画像は地表画像よりも低いアングル、例えば水平アングル(図1に左向きの矢印で示す)又はローアングル(図1に斜め上向きの矢印で示す)で撮影された画像であってもよい。 The wide-range image may be an image captured from a higher position than the ground image, for example by an aircraft such as a drone. In this way, even if the ground surface occupies the entire shooting range of an image, an image captured at a high position higher than a person's eye level may be classified as a wide-range image. When a person takes a picture by holding the camera device 21 directly in their hand, the ground image may be an image captured at a high angle (indicated by the diagonally downward arrow in Figure 1), and the wide-range image may be an image captured at a lower angle than the ground image, for example a horizontal angle (indicated by the left-facing arrow in Figure 1) or a low angle (indicated by the diagonally upward arrow in Figure 1).

地表画像群及び広範囲画像群の各々は、健康な状態の植物を写した複数の無症画像と、不健康な状態の植物を写した複数の有症画像と、を含む。訓練データ59として使用される画像の各々には、病害の種類又は無症のうち何れであるかを示す第1正解ラベルと、地表画像又は広範囲画像の何れであるかを示す第2正解ラベルと、が付されている。 Each of the group of ground images and the group of wide-area images includes a plurality of asymptomatic images of healthy plants and a plurality of symptomatic images of unhealthy plants. Each of the images used as training data 59 is labeled with a first correct answer label indicating whether the image is a disease type or asymptomatic, and a second correct answer label indicating whether the image is a ground image or a wide-area image.

有症画像群は、複数の病害の症状の画像を含む。病害は、例えば、炭疽病、ブラウンパッチ、ダラースポット、ドライスポット、ピシウム、又はスノーモールドのうち、1以上を含む。訓練データ59として用意された病害の種類が、診断装置30により診断可能な病害の種類になる。地表画像群及び広範囲画像群の各々は、各症状についての複数の画像を訓練データ59として含むとよい。 The symptomatic image group includes images of symptoms of multiple diseases. The diseases include, for example, one or more of anthracnose, brown patch, dollar spot, dry spot, pythium, and snow mold. The types of diseases prepared as training data 59 become the types of diseases that can be diagnosed by the diagnostic device 30. Each of the ground surface image group and the wide-area image group may include multiple images of each symptom as training data 59.

図4に示すように、訓練データ59は、学習用データ、検証用データ、及びテスト用データを含む。図4は訓練に使用した各病害画像の数の一例を示す。訓練データ59は、例えば、病害の名称をキーワードとしてウェブ上のデータをクローリングして収集してもよい。この場合、収集した画像に、キーワードとした病害の名称を第1正解ラベルとして付してもよい。また、収集した画像に写っているオブジェクト又は特徴点を抽出することによって地表画像又は広範囲画像の何れであるかを判別して、その結果を第2正解ラベルとして付してもよい。 As shown in FIG. 4, the training data 59 includes learning data, verification data, and test data. FIG. 4 shows an example of the number of each disease image used in training. The training data 59 may be collected, for example, by crawling data on the web using the name of the disease as a keyword. In this case, the name of the disease used as the keyword may be attached to the collected images as the first correct label. In addition, objects or feature points in the collected images may be extracted to determine whether they are surface images or wide-area images, and the result may be attached as the second correct label.

収集した画像に、例えば、回転、移動、拡大、縮小、反転、色変化、ノイズ付加、ぼかし、高周波成分強調、又は歪みのうち何れか1以上の画像処理を施すことにより、訓練データ59の数を増加させてもよい。画像処理を施した画像を訓練データ59に加えることにより、位置、向き、大きさ、明度、又は彩度の異なる画像についても学習することが可能になる。 The amount of training data 59 may be increased by subjecting the collected images to one or more image processing operations, such as rotation, movement, enlargement, reduction, inversion, color change, noise addition, blurring, high frequency component emphasis, or distortion. By adding the processed images to the training data 59, it becomes possible to learn about images with different positions, orientations, sizes, brightness, or saturation.

図5に示すように、学習モデル45は、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)のバックボーンを利用している。畳み込みニューラルネットワークの例は、Resnet34、ResNet50、ResNet101、又はEfficientNetB7であるが、本例ではResNet50を採用している。学習モデル45は、バックボーンである共通層46と、複数(本例では2つ)の出力層47(47A,47B)とを含む。 As shown in FIG. 5, the learning model 45 uses a backbone of a convolutional neural network (CNN). Examples of convolutional neural networks are Resnet34, ResNet50, ResNet101, or EfficientNetB7, but in this example, ResNet50 is used. The learning model 45 includes a common layer 46, which is the backbone, and multiple (two in this example) output layers 47 (47A, 47B).

共通層46は、入力用画像10が入力される入力層と、訓練データ59により訓練された複数の中間層とを含む。複数(本例では2つ)の出力層47A,47Bは、それぞれ異なる複数(本例では2つ)のタスクに関連付けられている。学習モデル45は、地表面を覆う植物を写した入力用画像10を入力層(共通層46)に入力し、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を複数の出力層47から出力するようにコンピュータを機能させるプログラムを含む。 The common layer 46 includes an input layer to which the input image 10 is input, and multiple intermediate layers trained with training data 59. The multiple (two in this example) output layers 47A, 47B are associated with multiple (two in this example) different tasks. The learning model 45 includes a program that causes the computer to input the input image 10, which depicts vegetation covering the ground surface, into the input layer (common layer 46), and output multiple prediction results from the multiple output layers 47, each associated with a multiple task.

複数のタスクは、入力用画像10に写された植物(芝生18)が、病害の種類又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、入力用画像10が地表画像10A又は広範囲画像10Bの何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む。多値分類タスクは、第1タスク又はメインタスクとも言う。2値分類タスクは、第2タスク又はサブタスクとも言う。多値分類タスクは、植物の病害に係る予測を行うものである。2値分類タスクは、入力用画像10のズームレベルを予測するものである。学習モデル45は、植物の病害に係る分類と、入力用画像10のズームレベルによる分類とを同時に行うための分類器(Classifier)又はニューラルネットワークシステムでもある。 The multiple tasks include a multi-value classification task for predicting whether the plant (grass 18) depicted in the input image 10 corresponds to a disease type or to asymptomatic, and a binary classification task for predicting whether the input image 10 corresponds to the ground surface image 10A or the wide-range image 10B. The multi-value classification task is also called the first task or main task. The binary classification task is also called the second task or subtask. The multi-value classification task is for making predictions related to plant diseases. The binary classification task is for predicting the zoom level of the input image 10. The learning model 45 is also a classifier or neural network system for simultaneously performing classification related to plant diseases and classification based on the zoom level of the input image 10.

図5に示すように、第1出力層47Aは第1タスクの予測結果48Aを出力するように構成され、第2出力層47Bは第2タスクの予測結果48Bを出力するように構成される。このように、学習モデル45は、1つの入力用画像10に対して複数(2つ)の予測結果48(48A,48B)を出力するように構成される。 As shown in FIG. 5, the first output layer 47A is configured to output a prediction result 48A of the first task, and the second output layer 47B is configured to output a prediction result 48B of the second task. In this way, the learning model 45 is configured to output multiple (two) prediction results 48 (48A, 48B) for one input image 10.

多値分類タスクは、予測結果として、複数の病害又は無症に対応する確率を出力するように構成されてもよい。出力される確率は、パーセント表示に限らず、確率の合計が1になるように表示されてもよい。例えば、多値分類タスクは、6種の病害及び無症の7つの分類(クラスともいう)に対応する確率を各々出力してもよいし、最も確率の高い上位1つのクラスとその確率を、例えば「無症:96.4%」のように出力してもよい。あるいは、多値分類タスクは、7つのクラスのうち該当確率の高い上位2又は3クラスと、それぞれに対応する確率に相当する数値を、例えば、「無症:0.964、ドライスポット:0.015、ブラウンパッチ:0.008」のように、出力してもよい。2値分類タスクは、入力用画像10が地表画像10A又は広範囲画像10Bのうち何れに該当するかと、その該当確率とを出力してもよい。 The multi-value classification task may be configured to output probabilities corresponding to multiple diseases or asymptomatic as prediction results. The output probabilities are not limited to percentages, and may be displayed so that the sum of the probabilities is 1. For example, the multi-value classification task may output the probabilities corresponding to each of the seven classifications (also called classes) of six types of diseases and asymptomatic, or may output the highest class with the highest probability and its probability, for example, "asymptomatic: 96.4%". Alternatively, the multi-value classification task may output the top two or three classes with the highest probability among the seven classes and numerical values corresponding to the respective probabilities, for example, "asymptomatic: 0.964, dry spot: 0.015, brown patch: 0.008". The binary classification task may output whether the input image 10 corresponds to the earth surface image 10A or the wide-range image 10B, and the probability of the corresponding condition.

学習モデル45では、メインタスクの損失であるクロスエントロピー損失(以下、CELoss)と、サブタスクの損失であるバイナリクロスエントロピー損失(以下、BCELoss)が設定されている。2つのタスクに関する学習モデル45の損失関数は、(1-λ)CELoss+λBCELossのように統合した。 In the learning model 45, the cross entropy loss (hereafter, CELoss) is set as the loss for the main task, and the binary cross entropy loss (hereafter, BCELoss) is set as the loss for the subtask. The loss function of the learning model 45 for the two tasks is integrated as (1-λ)CELoss+λBCELoss.

図6に、λに応じたメインタスクとサブタスクの各々の分類精度の検証結果を示す。図6に示すように、λ=0.05のときにメインタスクの精度が最も高くなっているが、このとき、サブタスクの予測精度は低くなっている。学習モデル45では、植物の健康状態を診断することが主目的である。そのため、メインタスクの予測精度が高くなるように、λ=0.05と設定した。すなわち、メインタスクの予測性能がサブタスクの予測性能よりも高くなるように、学習モデル45の損失関数が設定されている。 Figure 6 shows the results of verifying the classification accuracy of the main task and subtasks according to λ. As shown in Figure 6, the accuracy of the main task is highest when λ = 0.05, but the prediction accuracy of the subtasks is low at this time. The main purpose of the learning model 45 is to diagnose the health of the plant. Therefore, λ = 0.05 was set so that the prediction accuracy of the main task would be high. In other words, the loss function of the learning model 45 is set so that the prediction performance of the main task is higher than the prediction performance of the subtasks.

図7に、サブタスク有りの本例の学習モデル45と、サブタスクの無いシングルタスクの学習モデルとの正解率(Accuracy)の比較結果を示す。第1位正解率(Top-1 accuracy)は、最も確率の高い多値分類タスクの予測結果が第1正解ラベルと一致している確率(正解率)である。また、多値分類タスクの予測結果において、有症であるか無症であるかの正解率を「有症対無症の正解率」(病害の有無に係る予測)として示している。 Figure 7 shows the results of comparing the accuracy of the learning model 45 of this example with subtasks and a single-task learning model without subtasks. The top-1 accuracy is the probability (accuracy rate) that the most probable prediction result of the multi-value classification task matches the first correct label. In addition, the accuracy rate of whether the prediction result of the multi-value classification task is symptomatic or asymptomatic is shown as the "symptomatic vs. asymptomatic accuracy rate" (prediction of the presence or absence of disease).

図7に示すように、有症対無症の正解率はサブタスクの有無で違いはないが、第1位正解率は、サブタスク有りの学習モデル45の方が高くなっている。したがって、植物の健康状態を診断するための学習モデル45に、ズームレベルを予測するサブタスクを加えることにより、予測精度が高くなるといえる。このように、サブタスクはメインタスクの汎化性能を向上させる。 As shown in Figure 7, the accuracy rate for symptomatic vs. asymptomatic does not differ with or without subtasks, but the first place accuracy rate is higher for learning model 45 with subtasks. Therefore, it can be said that adding a subtask for predicting zoom level to learning model 45 for diagnosing the health of plants increases the prediction accuracy. In this way, subtasks improve the generalization performance of the main task.

[診断装置の追加的な機能]
診断装置30は、基本的な機能として学習モデル45による植物の病害に係る予測を行うが、追加的に、学習モデル45の予測結果に基づく診断結果の出力機能をアプリケーション43として備える。
[Additional Functions of the Diagnostic Device]
The diagnostic device 30 has a basic function of predicting plant diseases using a learning model 45, but additionally has an application 43 that has a function of outputting diagnostic results based on the prediction results of the learning model 45.

図8に示すように、アプリケーション43は、任意追加的なプログラムである、診断出力部71、ヒートマップ生成部72、撮影位置取得部73、位置情報作成部74、撮影範囲推定部75、3次元データ生成部76、及び平面画像生成部77のうち、1以上を備えてもよい。プロセッサ31がプログラム71~77を実行することにより、診断装置30は、それぞれ、以下に説明する機能部として動作する。言い換えると、診断装置30は、診断出力部71、ヒートマップ生成部72、撮影位置取得部73、位置情報作成部74、撮影範囲推定部75、3次元データ生成部76、及び平面画像生成部77を備えるといえる。 As shown in FIG. 8, the application 43 may include one or more of the following optional additional programs: a diagnosis output unit 71, a heat map generation unit 72, a shooting position acquisition unit 73, a position information creation unit 74, a shooting range estimation unit 75, a three-dimensional data generation unit 76, and a planar image generation unit 77. When the processor 31 executes the programs 71 to 77, the diagnostic device 30 operates as the functional units described below. In other words, the diagnostic device 30 includes a diagnosis output unit 71, a heat map generation unit 72, a shooting position acquisition unit 73, a position information creation unit 74, a shooting range estimation unit 75, a three-dimensional data generation unit 76, and a planar image generation unit 77.

診断出力部71は、プロセッサ31に実行されることにより、学習器40の予測結果に基づいて、植物の手入れの要否に関する診断結果を出力するように構成される。診断出力部71は、多値分類タスクの予測結果が無症であれば、手入れは不要との診断結果を出力する。 The diagnosis output unit 71 is configured to be executed by the processor 31 to output a diagnosis result regarding whether or not the plant needs care, based on the prediction result of the learning device 40. If the prediction result of the multi-value classification task is asymptomatic, the diagnosis output unit 71 outputs a diagnosis result that no care is required.

診断出力部71は、多値分類タスクの予測結果が複数の病害の何れかである場合、手入れが必要であるとの診断結果を出力してもよい。この場合、出力される診断結果には、例えば病害に応じた薬剤の散布など、手入れの内容が含まれてもよい。一例では、診断出力部71は、多値分類タスクが出力した病害の何れかである確率が有症閾値(例えば、70%)を超える場合に、植物の手入れが必要であるとの診断結果を出力するように構成される。あるいは、診断出力部71は、病害の確率が第1有症閾値(例えば、90%)を超えれば植物の手入れが必要であるとの診断結果を出力し、病害の確率が第1有症閾値(例えば、90%)未満かつ第2有症閾値(例えば、70%)であれば要観察との診断結果を出力してもよい。 The diagnosis output unit 71 may output a diagnosis result indicating that care is required if the predicted result of the multi-value classification task is any of a plurality of diseases. In this case, the output diagnosis result may include the details of care, such as spraying a chemical according to the disease. In one example, the diagnosis output unit 71 is configured to output a diagnosis result indicating that care is required for the plant if the probability of any of the diseases output by the multi-value classification task exceeds a symptom threshold (e.g., 70%). Alternatively, the diagnosis output unit 71 may output a diagnosis result indicating that care is required for the plant if the probability of the disease exceeds a first symptom threshold (e.g., 90%), and output a diagnosis result indicating that observation is required if the probability of the disease is less than the first symptom threshold (e.g., 90%) and a second symptom threshold (e.g., 70%).

診断出力部71は、多値分類タスクの予測結果に2値分類タスクの予測結果を加味した上で、植物の手入れの要否に関する診断結果を出力してもよい。例えば、診断出力部71は、2値分類タスクの予測結果が広範囲画像10Bに対応し、かつ、多値分類タスクの予測結果が複数の病害の何れかである場合に、植物の手入れの要否に関する診断結果を出力するように構成されてもよい。この場合、診断出力部71は、広範囲画像10Bに基づいて、植物の手入れが必要であるとの診断結果を出力してもよい。この場合、各撮影箇所において、地表画像10Aと広範囲画像10Bとをセットで撮影しておくとよい。より詳細には、広範囲画像10Bにおける病害の広がりに係る分布数値が閾値を超えている場合には、診断出力部71が植物の手入れが必要であるとの診断結果を出力してもよい。 The diagnosis output unit 71 may output a diagnosis result regarding the need for plant care after taking into account the prediction result of the binary classification task to the prediction result of the multi-value classification task. For example, the diagnosis output unit 71 may be configured to output a diagnosis result regarding the need for plant care when the prediction result of the binary classification task corresponds to the wide-range image 10B and the prediction result of the multi-value classification task is any of a plurality of diseases. In this case, the diagnosis output unit 71 may output a diagnosis result that the plant needs care based on the wide-range image 10B. In this case, it is preferable to capture a set of the ground surface image 10A and the wide-range image 10B at each shooting location. More specifically, when the distribution value related to the spread of the disease in the wide-range image 10B exceeds a threshold value, the diagnosis output unit 71 may output a diagnosis result that the plant needs care.

診断出力部71は、多値分類タスクの予測結果を得た後、更に追加の診断を経た上で、手入れが必要であるとの診断結果を出力してもよい。追加の診断は、例えば、病害の種類、範囲、程度、又は時期のうち1以上に基づいて行われてもよい。追加の診断は、学習器40の追加的な機能として実現されてもよいし、アプリケーション43に含まれるプログラムの実行により実現されてもよい。診断出力部71が出力した予測結果は、必要に応じて追加の診断及び関連するデータと関連付けられて、ストレージ36に格納される。 After obtaining the prediction result of the multi-value classification task, the diagnosis output unit 71 may perform additional diagnosis and then output a diagnosis result indicating that maintenance is required. The additional diagnosis may be performed based on one or more of the type, scope, degree, or timing of the disease, for example. The additional diagnosis may be realized as an additional function of the learning device 40, or may be realized by executing a program included in the application 43. The prediction result output by the diagnosis output unit 71 is associated with the additional diagnosis and related data as necessary and stored in the storage 36.

ヒートマップ生成部72は、プロセッサ31に実行されることにより、図9に示すように、入力用画像10上に多値分類タスクの予測根拠を重ねたヒートマップ65を生成するように構成される。ヒートマップ生成部72は、例えばGrad-CAMを使用することができる。この場合、ヒートマップ65は、多値分類タスクの最終出力の特徴量マップとして、予測の根拠になっている箇所がより濃い色で示される。生成されたヒートマップ65は、入力用画像10及び予測結果と関連付けられて、ストレージ36に格納される。 The heat map generating unit 72 is configured to be executed by the processor 31 to generate a heat map 65 in which the prediction basis of the multi-value classification task is superimposed on the input image 10 as shown in FIG. 9. The heat map generating unit 72 can use, for example, Grad-CAM. In this case, the heat map 65 is a feature map of the final output of the multi-value classification task, with the areas that form the basis of the prediction shown in darker colors. The generated heat map 65 is associated with the input image 10 and the prediction result and stored in the storage 36.

ヒートマップ65を参照することにより、画像10のどの部分が判断の根拠となっているかを可視化できる。これにより、ユーザは、画像10中の病害に冒された芝の枯死部分が判断の根拠となっていれば、正しい根拠で判断されたことが確認できるし、例えば芝以外の人工物が判断の根拠となっていれば、予測が正確でないと推定することができる。 By referring to the heat map 65, it is possible to visualize which part of the image 10 is the basis for the judgment. This allows the user to confirm that the judgment has been made on the correct basis if the judgment is based on dead parts of the diseased grass in the image 10, and can infer that the prediction is inaccurate if, for example, an artificial object other than grass is the basis for the judgment.

撮影位置取得部73は、プロセッサ31に実行されることにより、入力用画像10の撮影位置60に係る位置情報を取得するように構成される。位置情報は、例えば、撮影装置21により画像10に付されてもよい。撮影位置取得部73により取得された位置情報は、ストレージ36に格納される。撮影位置60は、診断出力部71が出力する診断結果と共に出力又は表示されてもよい。 The shooting position acquisition unit 73 is configured to be executed by the processor 31 to acquire position information related to the shooting position 60 of the input image 10. The position information may be attached to the image 10 by the shooting device 21, for example. The position information acquired by the shooting position acquisition unit 73 is stored in the storage 36. The shooting position 60 may be output or displayed together with the diagnosis result output by the diagnosis output unit 71.

アプリケーション43が位置情報作成部74を含む場合、ストレージ36には、入力用画像10が撮影された場所、例えばゴルフ場11を含む地図データ61が格納されている。地図データ61は、緯度及び軽度を含む地図を含んでもよいし、ゴルフ場11であればコースレイアウトのような、施設独自の配置図を含んでもよい。位置情報作成部74は、プロセッサ31に実行されることにより、地図データ61上に撮影位置60をプロットした位置情報を作成するように構成される。 When the application 43 includes a location information creation unit 74, the storage 36 stores map data 61 including the location where the input image 10 was taken, for example, a golf course 11. The map data 61 may include a map including latitude and longitude, or in the case of a golf course 11, may include a layout diagram unique to the facility, such as a course layout. The location information creation unit 74 is configured to be executed by the processor 31 to create location information that plots the shooting location 60 on the map data 61.

3次元データ生成部76の使用にあたっては、撮影者20は、撮影範囲を含むように、互いに異なる視点で撮影された複数の風景画像を取得しておく。複数の風景画像は、動画で代替されてもよい。複数の風景画像を含む風景画像群は、撮影装置21からネットワーク23を通じて診断装置30に送信され、ストレージ36に格納される。3次元データ生成部76は、この風景画像群又は動画から対象地域(例えば、ゴルフ場11)の3次元データ62を生成するように構成される。 When using the three-dimensional data generation unit 76, the photographer 20 acquires multiple landscape images taken from different viewpoints so as to include the shooting range. The multiple landscape images may be replaced with a video. A landscape image group including the multiple landscape images is transmitted from the shooting device 21 to the diagnosis device 30 via the network 23 and stored in the storage 36. The three-dimensional data generation unit 76 is configured to generate three-dimensional data 62 of the target area (e.g., golf course 11) from the landscape image group or the video.

平面画像生成部77は、3次元データ62から平面画像63を生成するように構成される。具体的には、平面画像生成部77は、3次元データ62を上方から見た平面図である平面画像63を生成する。位置情報作成部74は、平面画像生成部77が作成した平面画像63上に撮影位置60をプロットした位置情報を作成してもよい。位置情報作成部74は、平面画像63を緯度及び経度を含む地図データ61と重ねたうえで、撮影位置60をプロットした位置情報を作成してもよい。このように生成された、入力用画像10の撮影位置60を含む平面画像63は、ストレージ36に格納される。 The planar image generating unit 77 is configured to generate a planar image 63 from the three-dimensional data 62. Specifically, the planar image generating unit 77 generates a planar image 63 that is a plan view of the three-dimensional data 62 viewed from above. The position information creating unit 74 may create position information in which the shooting position 60 is plotted on the planar image 63 created by the planar image generating unit 77. The position information creating unit 74 may overlay the planar image 63 with map data 61 including latitude and longitude, and then create position information in which the shooting position 60 is plotted. The planar image 63 including the shooting position 60 of the input image 10 thus generated is stored in the storage 36.

撮影範囲推定部75は、プロセッサ31に実行されることにより、入力用画像10の撮影範囲64を推定するように構成される。撮影範囲推定部75は、画像10の中から特徴的なオブジェクト又は特徴点を抽出し、これを3次元データ62と照合するように構成されてもよい。撮影範囲推定部75は、その後、画像10と3次元データ62とで対応するオブジェクト又は特徴点を判別することにより、撮影位置60及び撮影範囲64を推定するように構成されてもよい。 The shooting range estimation unit 75 is configured to be executed by the processor 31 to estimate the shooting range 64 of the input image 10. The shooting range estimation unit 75 may be configured to extract characteristic objects or feature points from the image 10 and compare them with the three-dimensional data 62. The shooting range estimation unit 75 may then be configured to estimate the shooting position 60 and the shooting range 64 by determining corresponding objects or feature points in the image 10 and the three-dimensional data 62.

画像10が地表画像10Aであると予測された場合には、撮影範囲推定部75は、オブジェクト又は特徴点を抽出することなく、撮影位置60(点データ)又は撮影位置60を含む規定の領域(例えば、30~50センチ四方の領域)を撮影範囲64として推定してもよい。撮影範囲推定部75は、撮影位置60及び撮影範囲64を平面画像63上に重ねるように構成されてもよい。 When the image 10 is predicted to be a ground surface image 10A, the shooting range estimation unit 75 may estimate the shooting position 60 (point data) or a specified area including the shooting position 60 (e.g., an area of 30 to 50 cm square) as the shooting range 64 without extracting objects or feature points. The shooting range estimation unit 75 may be configured to overlay the shooting position 60 and the shooting range 64 on the planar image 63.

診断出力部71は、ヒートマップ65、3次元データ62、平面画像63、撮影位置60、又は撮影範囲64のうち1以上を、予測結果と一緒に診断結果として出力してもよい。例えば、診断出力部71は、メインタスクの予測結果が複数の病害の何れかに対応する場合に、予測された病害であることを示す情報を平面画像63の撮影範囲64に付加して出力してもよい。アプリケーション43は、診断出力部71が出力する診断結果を、1つの画面に合成して、あるいは切り替え可能な複数の画面に分割して、表示するためのプログラムを含んでもよい。 The diagnostic output unit 71 may output one or more of the heat map 65, the three-dimensional data 62, the planar image 63, the photographing position 60, or the photographing range 64 together with the prediction result as the diagnostic result. For example, when the prediction result of the main task corresponds to any one of a plurality of diseases, the diagnostic output unit 71 may add information indicating that it is the predicted disease to the photographing range 64 of the planar image 63 and output it. The application 43 may include a program for displaying the diagnostic result output by the diagnostic output unit 71 by combining it into one screen or by dividing it into a plurality of switchable screens.

[植物の健康状態の診断方法]
図10を参照して、植物の健康状態を診断する方法を説明する。ステップS10~S14,S17は診断結果の表示に係る工程であり、ステップS8,S15~S16が学習器40による病害の予測に係る工程である。ステップS10~S14はステップS16の後に行ってもよい。
[Method for diagnosing the health of a plant]
A method for diagnosing the health condition of a plant will be described with reference to Fig. 10. Steps S10 to S14 and S17 are steps relating to displaying the diagnosis results, and steps S8 and S15 to S16 are steps relating to predicting disease damage by the learning device 40. Steps S10 to S14 may be performed after step S16.

まず、ステップS8で、プロセッサ31は、地表面を覆う植物を写した入力用画像10を取得する。続くステップS10~S12は、予測結果を表示するための背景地図の作成に係る工程である。まず、ステップS10で、プロセッサ31は風景画像群を取得する。ステップS11で、3次元データ生成部76が風景画像群に基づいて3次元データ62を生成する。そして、ステップS12で、平面画像生成部77が3次元データ62に基づいて平面画像63を生成する。これにより、背景画像となる平面画像63が得られる。 First, in step S8, the processor 31 acquires an input image 10 that shows vegetation covering the ground surface. The following steps S10 to S12 are processes related to the creation of a background map for displaying the prediction results. First, in step S10, the processor 31 acquires a group of landscape images. In step S11, the three-dimensional data generation unit 76 generates three-dimensional data 62 based on the group of landscape images. Then, in step S12, the planar image generation unit 77 generates a planar image 63 based on the three-dimensional data 62. This results in the planar image 63 that serves as the background image.

ステップS13~S14は、撮影位置60及び撮影範囲64の位置を背景画像とリンクさせるための準備工程である。ステップS13で、撮影位置取得部73が撮影位置60を取得する。続くステップS14で、撮影範囲推定部75が撮影範囲64を推定する。推定された撮影位置60及び撮影範囲64は、平面画像63上に重ねられてもよい。 Steps S13 and S14 are preparation steps for linking the shooting position 60 and the shooting range 64 with the background image. In step S13, the shooting position acquisition unit 73 acquires the shooting position 60. In the following step S14, the shooting range estimation unit 75 estimates the shooting range 64. The estimated shooting position 60 and shooting range 64 may be overlaid on the planar image 63.

ステップS15で、プロセッサ31が画像10を学習器40に入力する。このときに入力される画像10は、ステップS13~S14で撮影位置60の取得及び撮影範囲64の推定を行った画像10と同じである。続いて、ステップS16で、学習器40がメインタスクとサブタスクの予測結果を出力する。 In step S15, the processor 31 inputs the image 10 to the learning device 40. The image 10 input at this time is the same as the image 10 for which the shooting position 60 was acquired and the shooting range 64 was estimated in steps S13 and S14. Next, in step S16, the learning device 40 outputs the prediction results of the main task and subtask.

ステップS17で、ステップS16での予測結果の予測根拠を表示するために、ヒートマップ生成部72がヒートマップ65を生成する。生成されたヒートマップ65は、オリジナルの画像10と並ぶように合成されてもよい。 In step S17, the heat map generator 72 generates a heat map 65 to display the prediction basis of the prediction result in step S16. The generated heat map 65 may be synthesized so as to be aligned with the original image 10.

ステップS18で、診断出力部71が診断結果を出力する。診断結果は、ステップS16で出力されたメインタスクの予測結果と植物の手入れが必要か否かの診断とを含めばよく、サブタスクの予測結果は含まなくてもよい。メインタスクの予測結果は、平面画像63に重ねられた撮影位置60及び撮影範囲64と、元の画像10及びヒートマップ65と関連付けられて出力されてもよい。 In step S18, the diagnosis output unit 71 outputs the diagnosis result. The diagnosis result may include the prediction result of the main task output in step S16 and a diagnosis of whether or not the plant needs to be cared for, and may not include the prediction result of the subtask. The prediction result of the main task may be output in association with the shooting position 60 and shooting range 64 superimposed on the planar image 63, the original image 10, and the heat map 65.

最後に、ステップS19で、プロセッサ31がネットワーク23を通じて診断結果をユーザ端末22に送信する。診断装置30が診断出力部71を備えない場合、プロセッサ31は、ステップS18の診断結果に代えて、ステップS16の予測結果をユーザ端末22に送信するとよい。 Finally, in step S19, the processor 31 transmits the diagnosis result to the user terminal 22 via the network 23. If the diagnostic device 30 does not include a diagnostic output unit 71, the processor 31 may transmit the prediction result of step S16 to the user terminal 22 instead of the diagnosis result of step S18.

[本開示の作用]
農業用又は鑑賞用の植物の場合、葉の状態から病虫害の判断をすることが多い。しかし、芝のようなイネ科植物は葉が細い上、短く刈り込まれた芝生の葉の状態は視認しにくい。よって、芝生が病害に冒されると、病害がある程度広がって、地表を覆う緑色の領域に部分的な剥げ、枯れ、変色、又はまだらなどが生じることによって、その病害が発見されることが多い。
[Action of the Present Disclosure]
In the case of agricultural or ornamental plants, disease and pests are often judged from the condition of the leaves. However, grasses such as grass have thin leaves, and the condition of the leaves is difficult to see when the grass is cut short. Therefore, when a lawn is infected with disease, the disease is often discovered when the disease has spread to a certain extent and the green area covering the ground becomes partially peeled, withered, discolored, or mottled.

芝生の病害症状を画像に基づいて診断するには、ある程度広い領域を撮影する必要がある。しかし、病害の種類を判断するには、芝生の葉の様子がわかるように、ある程度芝生に近寄って画像を撮影する必要がある。 To diagnose the symptoms of disease in grass based on images, it is necessary to capture a fairly wide area. However, to determine the type of disease, it is necessary to get close to the grass and capture the images so that the condition of the grass blades can be seen.

その点、学習器40は、地表画像と広範囲画像の両方を含む訓練データ59で訓練しているので、入力する画像10が地表画像10Aであるか広範囲画像10Bに関わらず、写っている植物の健康状態を診断することが可能になる。撮影者20にとっても、撮影範囲64の制約無く画像10を取得することができるので、管理が容易になる。 In this regard, since the learning device 40 is trained with training data 59 that includes both ground images and wide-range images, it is possible to diagnose the health of the plants depicted in the image 10 regardless of whether the input image 10 is a ground image 10A or a wide-range image 10B. For the photographer 20, management is also easier because the image 10 can be acquired without being restricted by the shooting range 64.

そして、学習器40の学習モデル45は、病害診断に係る多値分類タスクに加えてサブタスクを含むので、サブタスクを含まない学習モデルよりも、多値分類タスクの予測精度が高い。これにより、画像10に基づいて芝生の健康状態を適切に診断することが可能になる。 The learning model 45 of the learning device 40 includes subtasks in addition to the multi-value classification task related to disease diagnosis, and therefore has higher prediction accuracy for the multi-value classification task than a learning model that does not include subtasks. This makes it possible to properly diagnose the health of the lawn based on the image 10.

[本開示の効果]
本開示によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)多値分類タスクに2値分類タスクを加えることにより、多値分類タスクの予測精度を高めることができる。
[Effects of the present disclosure]
According to the present disclosure, the following effects can be achieved.
(1) By adding a binary classification task to a multi-value classification task, the prediction accuracy of the multi-value classification task can be improved.

(2)診断出力部71により、学習器40の予測結果に基づいて、植物の手入れの要否に関する診断結果を出力することができる。
(3)多値分類タスクの予測結果を確率で出力することにより、予測結果の確からしさの指標をユーザに示すことができる。
(2) The diagnosis output unit 71 can output a diagnosis result regarding whether or not the plant needs care based on the prediction result of the learning device 40.
(3) By outputting the prediction results of a multi-class classification task as a probability, it is possible to show the user an indicator of the reliability of the prediction results.

(4)2値分類タスクの予測結果が広範囲画像10Bに対応し、かつ、多値分類タスクの予測結果が複数の病害の何れかである場合、その予測根拠となった広範囲画像10Bに基づいて、病害の範囲を判断することが可能になる。そのため、広範囲画像10Bから把握される病害の広がりに基づいて、植物の手入れが必要であるとの診断をすることができる。 (4) When the prediction result of the binary classification task corresponds to the wide-range image 10B and the prediction result of the multi-value classification task is one of a plurality of diseases, it becomes possible to determine the extent of the disease based on the wide-range image 10B that is the basis of the prediction. Therefore, it is possible to diagnose that the plant needs care based on the spread of the disease ascertained from the wide-range image 10B.

(5)ヒートマップ65を入力用画像10と比較することにより、ユーザは、画像10のどの部分を根拠として予測結果が出力されたのかを確認することができる。
(6)画像10の撮影位置60に係る位置情報を取得することにより、撮影位置と予測結果を対応付けることができる。
(5) By comparing the heat map 65 with the input image 10, the user can confirm which part of the image 10 was the basis for the output of the prediction result.
(6) By acquiring location information related to the shooting location 60 of the image 10, the shooting location can be associated with the prediction result.

(7)地図データ上に撮影位置60をプロットした位置情報を作成することにより、ユーザは、診断結果に基づく植物の管理が容易になる。
(8)3次元データ62に基づいて平面画像63を生成することにより、植物が生育する環境を図示することができる。
(7) By creating location information by plotting the photography location 60 on map data, the user can easily manage plants based on the diagnosis results.
(8) By generating a planar image 63 based on the three-dimensional data 62, the environment in which the plant grows can be illustrated.

(9)広範囲画像10Bの撮影範囲64を平面画像63上に重ねることにより、診断に係る領域を図示することができる。これにより、ユーザは、植物の管理がしやすくなる。
[変更例]
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
(9) The area related to diagnosis can be illustrated by superimposing the shooting range 64 of the wide-range image 10B on the planar image 63. This makes it easier for the user to manage the plant.
[Example of change]
This embodiment can be modified as follows: This embodiment and the following modifications can be combined with each other to the extent that there is no technical contradiction.

[変更例1]同じ撮影位置60で撮影した1以上の地表画像10Aと1以上の広範囲画像10Bとをセットで学習器40に入力してもよい。この場合、地表画像10Aを入力した場合の多値分類タスクの予測結果に基づいて病害の種類及び有無を判断し、広範囲画像10Bに基づいて診断出力部71が植物の手入れの要否に関する診断結果を出力するようにしてもよい。 [Modification 1] One or more ground surface images 10A and one or more wide-range images 10B taken at the same photographing position 60 may be input as a set to the learning device 40. In this case, the type and presence or absence of disease may be determined based on the prediction result of the multi-value classification task when the ground surface image 10A is input, and the diagnosis output unit 71 may output a diagnosis result regarding the need for plant care based on the wide-range image 10B.

[変更例2]サブタスクは、2値分類タスクではなく、3以上のクラス分類を行うタスクに変更してもよい。例えば、3段階以上にズームレベルを設定してもよいし、地上からアングルを変えて撮影した地表画像と広範囲画像に、ドローンなどの飛行体により上空から撮影した空撮画像を加えた3クラスのクラス分類にしてもよい。 [Modification 2] The subtask may be changed from a binary classification task to a task that performs classification into three or more classes. For example, three or more zoom levels may be set, or a three-class classification may be performed by adding aerial images taken from the sky by an aircraft such as a drone to ground surface images and wide-area images taken from different angles from the ground.

[変更例3]学習器40は、シングルタスク学習器であってもよい。シングルタスク学習器は、画像とその他の情報を入力するマルチモーダルモデルであってもよい。例えば、入力用画像10と共に、その画像10が地表画像であるか広範囲画像であるかも入力して、シングルタスクである多値分類タスクを解くようにしてもよい。画像に加える情報のその他の例は、撮影時の条件、例えば、温度、天候、場所、季節などである。 [Modification 3] The learner 40 may be a single-task learner. The single-task learner may be a multi-modal model that inputs an image and other information. For example, along with the input image 10, whether the image 10 is a surface image or a wide-range image may also be input to solve a multi-value classification task, which is a single task. Other examples of information to be added to the image include the conditions at the time of shooting, such as temperature, weather, location, and season.

[変更例4]診断装置30は、マルチタスク学習器40に代えて、複数のシングルタスク学習器を備えてもよい。例えば、診断装置30は、地表画像群で訓練した、植物の病害に係る予測を行う第1学習器と、広範囲画像群で訓練した、植物の病害に係る予測を行う第2学習器と、を備えてもよい。さらに、診断装置30は、画像のズームレベルを予測する第3学習器を備えてもよい。この場合、第3学習器により入力用画像が地表画像又は広範囲画像の何れに対応するかを予測した後、地表画像であれば第1学習器に入力し、広範囲画像であれば第2学習器に入力して、植物の病害に係る予測結果を得てもよい。 [Modification 4] The diagnostic device 30 may include multiple single-task learners instead of the multi-task learner 40. For example, the diagnostic device 30 may include a first learner trained on a group of ground surface images that predicts plant disease, and a second learner trained on a group of wide-area images that predicts plant disease. Furthermore, the diagnostic device 30 may include a third learner that predicts the zoom level of the image. In this case, after the third learner predicts whether the input image corresponds to a ground surface image or a wide-area image, if the image is a ground surface image, it may be input to the first learner, and if the image is a wide-area image, it may be input to the second learner to obtain a prediction result related to plant disease.

[変更例5]学習器40は、3つ以上のタスクを含むマルチタスク学習器であってもよい。追加するタスクは、例えば、植物の種類の予測、植物の管理状態(例えば、芝刈りされているか否か)の予測、病害エリアの予測、病害エリアと無害エリアの比率予測、画像撮影時の季節の予測であってもよい。植物の種類を予測する場合には、1つの診断装置30で、複数の植物の診断を行うことができる。芝の他の植物の例は、グラウンドカバープランツであるダイコンドラ、イワダレソウ、クラビア、シロツメクサなどである。あるいは、異なる種類の芝、例えば野芝、高麗芝、西洋芝などを別個に診断するようにしてもよいし、夏芝と冬芝のように、生育タイプにより区分するようにしてもよい。 [Modification 5] The learning device 40 may be a multitask learning device including three or more tasks. The additional tasks may be, for example, prediction of the type of plant, prediction of the management status of the plant (e.g., whether or not the lawn has been mowed), prediction of diseased areas, prediction of the ratio of diseased areas to non-dangerous areas, and prediction of the season when the image was taken. When predicting the type of plant, a single diagnostic device 30 can diagnose multiple plants. Examples of plants other than grass include ground cover plants such as Daichondra, Iwadatasou, Clavia, and White clover. Alternatively, different types of grass, such as wild grass, Korean grass, and Western grass, may be diagnosed separately, or they may be classified according to growth type, such as summer grass and winter grass.

[変更例6]1つの風景画像の一部を抽出して、入力用又は訓練用の、1以上の地表画像と1以上の広範囲画像とを生成してもよい。
[変更例7]不健康な状態として、病害に加えて、虫害の症状、枯死状態、物理的な損傷状態(地表のえぐれなど)のうち1以上を含んでもよい。
[Modification 6] A portion of a landscape image may be extracted to generate one or more ground images and one or more wide-range images for input or training.
[Variation 7] In addition to disease, the unhealthy state may include one or more of the following: symptoms of insect damage, withering, and physical damage (such as hollows in the ground).

[変更例8]診断装置30が情報処理装置50を兼ねてもよい。すなわち、診断装置30であるコンピュータが学習モデル45の生成(訓練)を行ってもよい。
[変更例9]学習器40は、アプリケーション43の少なくとも一部と共に、植物の健康状態を診断するための診断用プログラムとして提供されてもよい。診断用プログラムは、1以上のコンピュータに、地表面を覆う植物を写した入力用画像10を取得することと、取得した入力用画像10を学習器40に入力することと、学習器が、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力することと、を実行させる。診断用プログラムは、診断用アプリケーションとして、ユーザ端末22のようなパソコン、タブレット、又はスマートフォンにダウンロードされて使用されてもよい。診断用プログラムは、ネットワーク23を介して診断装置30により提供されるクラウドアプリケーションとして使用されてもよい。
[Modification 8] The diagnostic device 30 may also function as the information processing device 50. In other words, the computer that is the diagnostic device 30 may generate (train) the learning model 45.
[Modification 9] The learning device 40 may be provided as a diagnostic program for diagnosing the health condition of a plant together with at least a part of the application 43. The diagnostic program causes one or more computers to acquire an input image 10 depicting a plant covering the ground surface, input the acquired input image 10 to the learning device 40, and output a plurality of prediction results associated with a plurality of tasks, respectively. The diagnostic program may be downloaded to a personal computer, tablet, or smartphone such as the user terminal 22 and used as a diagnostic application. The diagnostic program may be used as a cloud application provided by the diagnostic device 30 via the network 23.

[変形例10]訓練データ59は、地表画像群と広範囲画像群とに加えて、地表画像を撮影したユーザ又は撮影機器(例えば、撮影に用いるカメラ又はドローンのような無人機)に係る属性情報を含んでもよい。この属性情報は、以下の情報1)~4)のうち少なくとも1つを含んでもよい。 [Variation 10] In addition to the group of ground images and the group of wide-area images, the training data 59 may also include attribute information related to the user or imaging device that captured the ground images (e.g., the camera or unmanned aerial vehicle such as a drone used for capturing the images). This attribute information may include at least one of the following pieces of information 1) to 4).

1)地表画像を撮影した主体が人間であるか否かを示す撮影主体識別情報、
2)地表画像の撮影を行った人間の性別及び年齢層の少なくとも一方を含む撮影者情報、
3)地表画像を撮影した人間の診断歴及びゴルフ歴の少なくとも一方を含む経歴情報、
4)地表画像を撮影した撮影機器(例えば、無人機)の年式及び型番の少なくとも一方を含む機器情報。
1) Photographer identification information indicating whether the subject who photographed the ground image is a human or not;
2) Photographer information including at least one of the gender and age group of the person who photographed the ground surface image;
3) biographical information including at least one of a medical history and a golfing history of the person who captured the ground image;
4) Equipment information including at least one of the year and model number of the imaging device (e.g., a drone) that captured the ground image.

学習器40は、こうした属性情報を含む訓練データ59に基づいて学習モデル45を訓練してもよい。この場合、診断用装置30は、学習モデル45の入力層に入力用画像10に加えて属性情報を入力することで診断結果を得てもよい。 The learning device 40 may train the learning model 45 based on training data 59 that includes such attribute information. In this case, the diagnostic device 30 may obtain a diagnostic result by inputting the attribute information in addition to the input image 10 to the input layer of the learning model 45.

上記実施形態及び変更例に基づいて把握される態様を以下に列記する。
[1]植物の健康状態を診断するための診断装置であって、当該診断装置は、
入力用画像を入力すると、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力するように構成されるマルチタスク学習器を備え、
前記マルチタスク学習器は、
地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、
前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含む訓練データにより訓練されており、
前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、
健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、
不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、
前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、
前記複数のタスクは、
前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、
前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む、
診断装置。
Aspects grasped based on the above embodiment and modified examples are listed below.
[1] A diagnostic device for diagnosing a health condition of a plant, the diagnostic device comprising:
a multi-task learner configured to receive an input image and output a plurality of prediction results associated with a plurality of tasks,
The multi-task learner comprises:
a ground surface image group including a plurality of ground surface images each showing the vegetation covering the ground surface;
and a wide-range image group including a plurality of wide-range images capturing the plants in an area wider than the ground surface image,
Each of the ground surface image group and the wide range image group is
A plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state; and
a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state;
The ill health condition includes symptoms of multiple diseases;
The plurality of tasks include:
A multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the multiple diseases or asymptomatic diseases;
a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-area image;
Diagnostic equipment.

[2]前記マルチタスク学習器の予測結果に基づいて、前記植物の手入れの要否に関する診断結果を出力するように構成される、診断出力部を備える、
上記[1]に記載の診断装置。
[2] A diagnosis output unit configured to output a diagnosis result regarding whether or not the plant needs care based on a prediction result of the multi-task learning device.
The diagnostic device according to [1] above.

[3]前記多値分類タスクは、予測結果として、前記複数の病害又は無症に対応する確率を出力するように構成され、
前記診断出力部は、前記多値分類タスクが出力した前記病害の何れかである確率が有症閾値を超える場合に、前記植物の手入れが必要であるとの診断結果を出力するように構成される、
上記[2]に記載の診断装置。
[3] The multi-value classification task is configured to output probabilities corresponding to the plurality of diseases or asymptomatic diseases as a prediction result;
The diagnosis output unit is configured to output a diagnosis result indicating that care of the plant is required when the probability of any of the diseases output by the multi-value classification task exceeds a symptom threshold.
The diagnostic device according to [2] above.

[4]前記診断出力部は、前記2値分類タスクの予測結果が前記広範囲画像に対応し、かつ、前記多値分類タスクの予測結果が前記複数の病害の何れかである場合に、前記広範囲画像に基づいて、前記植物の手入れが必要であるとの診断結果を出力するように構成される、
上記[2]又は[3]に記載の診断装置。
[4] The diagnosis output unit is configured to output, when a prediction result of the binary classification task corresponds to the wide-range image and a prediction result of the multi-value classification task is any one of the plurality of diseases, a diagnosis result that the plant needs care based on the wide-range image.
The diagnostic device according to any one of claims 2 to 3.

[5]前記入力用画像上に前記多値分類タスクの予測根拠を重ねたヒートマップを生成するように構成される、ヒートマップ生成部を備える、
上記[1]~[4]のうち何れかに記載の診断装置。
[5] A heat map generating unit configured to generate a heat map in which a prediction basis of the multi-value classification task is superimposed on the input image.
The diagnostic device according to any one of the above [1] to [4].

[6]前記入力用画像の撮影位置に係る位置情報を取得するように構成される、撮影位置取得部と、
位置情報作成部と、
1以上のメモリと、を備え、
前記メモリには、前記入力用画像の前記撮影位置を含む地図データが格納されており、
前記位置情報作成部が、前記地図データ上に前記撮影位置をプロットした位置情報を作成するように構成される、
上記[1]~[5]のうち何れかに記載の診断装置。
[6] A photographing position acquisition unit configured to acquire position information relating to a photographing position of the input image;
A location information generating unit;
one or more memories;
The memory stores map data including the photographing position of the input image,
the location information creation unit is configured to create location information by plotting the shooting location on the map data.
The diagnostic device according to any one of the above [1] to [5].

[7]互いに異なる視点で撮影された複数の風景画像を含む風景画像群から3次元データを生成するように構成される、3次元データ生成部と、
前記3次元データから平面画像を生成するように構成される、平面画像生成部と、
上記[1]~[6]のうちに何れかに記載の診断装置。
[7] A three-dimensional data generating unit configured to generate three-dimensional data from a landscape image group including a plurality of landscape images captured from different viewpoints;
a planar image generator configured to generate a planar image from the three-dimensional data;
The diagnostic device according to any one of the above items [1] to [6].

[8]前記入力用画像の撮影範囲を推定するように構成される、撮影範囲推定部を備える、
上記[1]~[7]のうち何れかに記載の診断装置。
[8] A shooting range estimation unit configured to estimate a shooting range of the input image.
The diagnostic device according to any one of the above [1] to [7].

[9]前記マルチタスク学習器は、畳み込みニューラルネットワークを利用した学習モデルを含み、
前記多値分類タスクの予測性能が前記2値分類タスクの予測性能よりも高くなるように、前記学習モデルの損失関数が設定されている、
上記[1]~[8]のうち何れかに記載の診断装置。
[9] The multi-task learner includes a learning model using a convolutional neural network;
a loss function of the learning model is set so that the predictive performance of the multi-value classification task is higher than the predictive performance of the binary classification task.
The diagnostic device according to any one of the above [1] to [8].

[10]前記植物は、前記地表面を覆うように群生するグラウンドカバープランツである、
上記[1]~[9]のうち何れかに記載の診断装置。
[10] The plant is a ground cover plant that grows in clusters to cover the ground surface.
The diagnostic device according to any one of the above [1] to [9].

[11]前記植物は芝生であり、
前記複数の病害は、炭疽病、ブラウンパッチ、ダラースポット、ドライスポット、ピシウム、又はスノーモールドのうち、1以上を含む、
上記[1]~[10]のうち何れかに記載の診断装置。
[11] The plant is grass,
The plurality of diseases include one or more of anthracnose, brown patch, dollar spot, dry spot, pythium, or snow mold;
The diagnostic device according to any one of the above [1] to [10].

[12]前記地表画像が前記植物で覆われた前記地表面が全撮影範囲を占める画像であり、
前記広範囲画像は、前記植物で覆われた前記地表面に加えて、前記地表面から生える樹木、又は、建物を含む人工物のうち少なくとも何れかを写した風景画像である、
上記[1]~[11]のうち何れかに記載の診断装置。
[12] The ground surface image is an image in which the ground surface covered with the vegetation occupies an entire shooting range,
The wide-range image is a landscape image that includes at least one of trees growing on the ground surface and artificial objects including buildings in addition to the ground surface covered with vegetation.
The diagnostic device according to any one of the above [1] to [11].

[13]植物の健康状態の診断方法であって、当該方法は、
地表面を覆う前記植物を写した入力用画像を取得することと、
前記入力用画像をマルチタスク学習器に入力することと、
前記マルチタスク学習器が、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力することと、
を含み、
前記マルチタスク学習器は、
前記地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、
前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含む訓練データにより訓練されており、
前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、
健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、
不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、
前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、
前記複数のタスクは、
前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、
前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む、
診断方法。
[13] A method for diagnosing the health of a plant, the method comprising:
acquiring an input image showing the vegetation covering the ground surface;
inputting the input image into a multitask learner;
the multi-task learner outputs a plurality of prediction results respectively associated with a plurality of tasks;
Including,
The multi-task learner comprises:
a ground surface image group including a plurality of ground surface images each showing the vegetation covering the ground surface;
and a wide-range image group including a plurality of wide-range images capturing the plants in an area wider than the ground surface image,
Each of the ground surface image group and the wide range image group is
A plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state; and
a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state;
The ill health condition includes symptoms of multiple diseases;
The plurality of tasks include:
A multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the multiple diseases or asymptomatic diseases;
a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-area image;
Diagnostic methods.

[14]植物の健康状態を診断するための学習モデルの生成方法であって、前記学習モデルは、入力用画像を入力すると、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力するように構成され、
前記生成方法は、
訓練データとなる画像群を取得することと、
前記訓練データを用いて前記学習モデルを訓練することと、を含み、
前記訓練データが、
地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、
前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含み、
前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、
健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、
不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、
前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、
前記複数のタスクは、
前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、
前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む、
学習モデルの生成方法。
[14] A method for generating a learning model for diagnosing a health condition of a plant, the learning model being configured to output a plurality of prediction results associated with a plurality of tasks when an input image is input;
The method for producing the same comprises the steps of:
Obtaining a group of images that serve as training data;
training the learning model using the training data;
The training data is
a ground surface image group including a plurality of ground surface images each showing the vegetation covering the ground surface;
a wide-range image group including a plurality of wide-range images capturing the plants in an area wider than the ground surface image;
Each of the ground surface image group and the wide range image group is
A plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state; and
a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state;
The unhealthy condition includes symptoms of multiple diseases;
The plurality of tasks include:
A multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the multiple diseases or asymptomatic diseases;
a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-area image;
How to generate a learning model.

[15]1以上のコンピュータに、
地表面を覆う植物を写した入力用画像を取得することと、
取得した前記入力用画像をマルチタスク学習器に入力することと、
前記マルチタスク学習器が、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力することと、
を実行させる、植物診断用のプログラムであって、
前記マルチタスク学習器は、
前記地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、
前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含む訓練データにより訓練されており、
前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、
健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、
不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、
前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、
前記複数のタスクは、
前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、
前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む、
プログラム。
[15] one or more computers,
acquiring an input image showing vegetation covering a ground surface;
inputting the acquired input image into a multitask learning device;
the multi-task learner outputs a plurality of prediction results respectively associated with a plurality of tasks;
A program for plant diagnosis,
The multi-task learner comprises:
a ground surface image group including a plurality of ground surface images each showing the vegetation covering the ground surface;
and a wide-range image group including a plurality of wide-range images capturing the plants in an area wider than the ground surface image,
Each of the ground surface image group and the wide range image group is
A plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state; and
a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state;
The unhealthy condition includes symptoms of multiple diseases;
The plurality of tasks include:
A multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the multiple diseases or asymptomatic diseases;
a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-area image;
program.

[16]植物の健康状態を診断するための診断装置であって、当該診断装置は、
1以上のプロセッサと1以上のメモリとを備え、
前記メモリには、入力用画像を入力すると、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力するように構成されるマルチタスク学習器が格納されており、
前記マルチタスク学習器は、
地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、
前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含む訓練データにより訓練されており、
前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、
健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、
不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、
前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、
前記複数のタスクは、
前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、
前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む、
診断装置。
[16] A diagnostic device for diagnosing a health condition of a plant, the diagnostic device comprising:
One or more processors and one or more memories;
The memory stores a multi-task learner configured to receive an input image and output a plurality of prediction results associated with a plurality of tasks,
The multi-task learner comprises:
a ground surface image group including a plurality of ground surface images each showing the vegetation covering the ground surface;
and a wide-range image group including a plurality of wide-range images capturing the plants in an area wider than the ground surface image,
Each of the ground surface image group and the wide range image group is
A plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state; and
a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state;
The unhealthy condition includes symptoms of multiple diseases;
The plurality of tasks include:
A multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the multiple diseases or asymptomatic diseases;
a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-area image;
Diagnostic equipment.

[17]前記プロセッサは、複数の処理のうち1以上を実行するように構成され、
前記複数の処理は、
前記入力用画像を前記マルチタスク学習器に入力して前記複数の予測結果を出力する処理と、
前記マルチタスク学習器の前記予測結果に基づいて、前記植物の手入れの要否に関する診断結果を出力する処理と、
前記入力用画像上に前記多値分類タスクの予測根拠を重ねたヒートマップを生成する処理と、
前記入力用画像の撮影位置に係る位置情報を取得する処理と、
を含む、上記[16]に記載の診断装置。
[17] The processor is configured to perform one or more of a plurality of operations;
The plurality of processes include:
A process of inputting the input image to the multi-task learner and outputting the plurality of prediction results;
outputting a diagnosis result regarding whether or not the plant needs care based on the prediction result of the multi-task learner;
A process of generating a heat map in which prediction grounds for the multi-class classification task are superimposed on the input image;
A process of acquiring position information relating to a photographing position of the input image;
The diagnostic device according to [16] above,

[18]入力用画像が入力される入力層と、
訓練データにより訓練された中間層と、
複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の出力層と、を備え、
地表面を覆う植物を写した入力用画像を前記入力層に入力し、前記複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を前記複数の出力層から出力するようにコンピュータを機能させるための学習モデルであって、
前記訓練データは、
地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、
前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含み、
前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、
健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、
不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、
前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、
前記複数のタスクは、
前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、
前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含む、
学習モデル。
[18] An input layer to which an input image is input;
A hidden layer trained with the training data;
a plurality of output layers respectively associated with a plurality of tasks;
A learning model for causing a computer to function in such a way that an input image showing plants covering a ground surface is input to the input layer, and a plurality of prediction results respectively associated with the plurality of tasks are output from the plurality of output layers,
The training data is
a ground surface image group including a plurality of ground surface images each showing the vegetation covering the ground surface;
a wide-range image group including a plurality of wide-range images capturing the plants in an area wider than the ground surface image;
Each of the ground surface image group and the wide range image group is
A plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state; and
a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state;
The unhealthy condition includes symptoms of multiple diseases;
The plurality of tasks include:
A multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the multiple diseases or asymptomatic diseases;
a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-area image;
Learning model.

10…画像(入力用画像)、10A(10A1~10A7)…地表画像、10B…広範囲画像、11…ゴルフ場、12…グリーン、13…カップホール、14…バンカー、15…池、16…樹木、17…管理施設、18…芝生、20…撮影者、21…撮影装置、22…ユーザ端末、23…ネットワーク、30…診断装置、31…プロセッサ、32…メモリ、33…通信IF、34…入力装置、35…出力装置、36…ストレージ、37…通信バス、40…学習器、41…画像データ、43…アプリケーション、44…出力データ、45…学習モデル、46…共通層、47(47A,47B)…出力層、48(48A,48B)…予測結果、50…情報処理装置、51…プロセッサ、52…メモリ、53…通信IF、54…入力装置、55…出力装置、56…ストレージ、57…通信バス、58…学習プログラム、59…訓練データ、60…撮影位置、61…地図データ、62…3次元データ、63…平面画像、64…撮影範囲、65…ヒートマップ、71…診断出力部、72…ヒートマップ生成部、73…撮影位置取得部、74…位置情報作成部、75…撮影範囲推定部、76…3次元データ生成部、77…平面画像生成部。 10...Image (input image), 10A (10A1 to 10A7)...Surface image, 10B...Wide-range image, 11...Golf course, 12...Green, 13...Cup hole, 14...Bunker, 15...Pond, 16...Trees, 17...Management facility, 18...Lawn, 20...Photographer, 21...Photographing device, 22...User terminal, 23...Network, 30...Diagnosis device, 31...Processor, 32...Memory, 33...Communication IF, 34...Input device, 35...Output device, 36...Storage, 37...Communication bus, 40...Learning device, 41...Image data, 43...Application, 44...Output data, 45...Learning model, 46...Common layer , 47 (47A, 47B)...output layer, 48 (48A, 48B)...prediction result, 50...information processing device, 51...processor, 52...memory, 53...communication IF, 54...input device, 55...output device, 56...storage, 57...communication bus, 58...learning program, 59...training data, 60...shooting position, 61...map data, 62...three-dimensional data, 63...planar image, 64...shooting range, 65...heat map, 71...diagnosis output unit, 72...heat map generation unit, 73...shooting position acquisition unit, 74...position information creation unit, 75...shooting range estimation unit, 76...three-dimensional data generation unit, 77...planar image generation unit.

Claims (14)

植物の健康状態を診断するための診断装置であって、当該診断装置は、
入力用画像を入力すると、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力するように構成されるマルチタスク学習器と、
前記入力用画像の撮影範囲を推定するように構成される撮影範囲推定部と、
を備え、
前記マルチタスク学習器は、
地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、
前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含む訓練データにより訓練されており、
前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、
健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、
不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、
前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、
前記複数のタスクは、
前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、
前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含
前記撮影範囲推定部は、
前記2値分類タスクの予測結果が前記広範囲画像である場合に、前記入力用画像の中から特徴的なオブジェクト又は特徴点を抽出し、抽出した前記特徴的なオブジェクト又は特徴点を、前記領域において互いに異なる視点で撮影された複数の風景画像から生成された3次元データと照合し、前記入力用画像と前記3次元データとで対応するオブジェクト又は特徴点を判別することにより、前記撮影範囲を推定するように構成され、
前記2値分類タスクの予測結果が前記地表画像である場合に、前記入力用画像の中から前記特徴的なオブジェクト又は特徴点を抽出することなく、前記入力用画像の撮影位置を含む規定の領域を前記撮影範囲として推定するように構成される、
診断装置。
A diagnostic device for diagnosing a health condition of a plant, the diagnostic device comprising:
a multi-task learner configured to receive an input image and output a plurality of prediction results associated with a plurality of tasks ;
a capturing range estimating unit configured to estimate a capturing range of the input image;
Equipped with
The multi-task learner comprises:
a ground surface image group including a plurality of ground surface images each showing the vegetation covering the ground surface;
and a wide-range image group including a plurality of wide-range images capturing the plants in an area wider than the ground surface image,
Each of the ground surface image group and the wide range image group is
A plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state; and
a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state;
The unhealthy condition includes symptoms of multiple diseases;
The plurality of tasks include:
A multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the multiple diseases or asymptomatic diseases;
a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-area image;
The shooting range estimation unit is
when a prediction result of the binary classification task is the wide-range image, a characteristic object or feature point is extracted from the input image, the extracted characteristic object or feature point is compared with three-dimensional data generated from a plurality of landscape images taken from different viewpoints in the region, and corresponding objects or feature points between the input image and the three-dimensional data are identified, thereby estimating the shooting range;
When a prediction result of the binary classification task is the ground image, a specified area including a shooting position of the input image is estimated as the shooting range without extracting the characteristic object or feature point from the input image.
Diagnostic equipment.
前記マルチタスク学習器の予測結果に基づいて、前記植物の手入れの要否に関する診断結果を出力するように構成される、診断出力部を備える、
請求項1に記載の診断装置。
a diagnosis output unit configured to output a diagnosis result regarding whether or not the plant needs care based on a prediction result of the multi-task learning device;
The diagnostic device of claim 1 .
前記多値分類タスクは、予測結果として、前記複数の病害又は無症に対応する確率を出力するように構成され、
前記診断出力部は、前記多値分類タスクが出力した前記病害の何れかである確率が有症閾値を超える場合に、前記植物の手入れが必要であるとの診断結果を出力するように構成される、
請求項2に記載の診断装置。
The multi-value classification task is configured to output, as a prediction result, probabilities corresponding to the plurality of diseases or asymptomatic diseases;
The diagnosis output unit is configured to output a diagnosis result indicating that care of the plant is required when the probability of any of the diseases output by the multi-value classification task exceeds a symptom threshold.
The diagnostic device of claim 2.
前記診断出力部は、前記2値分類タスクの予測結果が前記広範囲画像に対応し、かつ、前記多値分類タスクの予測結果が前記複数の病害の何れかである場合に、前記広範囲画像に基づいて、前記植物の手入れが必要であるとの診断結果を出力するように構成される、
請求項2に記載の診断装置。
the diagnosis output unit is configured to output, when a prediction result of the binary classification task corresponds to the wide-range image and a prediction result of the multi-value classification task is any one of the plurality of diseases, a diagnosis result that the plant needs care based on the wide-range image.
The diagnostic device of claim 2.
前記入力用画像上に前記多値分類タスクの予測根拠を重ねたヒートマップを生成するように構成される、ヒートマップ生成部を備える、
請求項1~4のうち何れか一項に記載の診断装置。
A heat map generator configured to generate a heat map in which a prediction basis of the multi-class classification task is superimposed on the input image.
The diagnostic device according to any one of claims 1 to 4.
前記入力用画像の前記撮影位置に係る位置情報を取得するように構成される、撮影位置取得部と、
位置情報作成部と、
1以上のメモリと、を備え、
前記メモリには、前記入力用画像の前記撮影位置を含む地図データが格納されており、
前記位置情報作成部が、前記地図データ上に前記撮影位置をプロットした位置情報を作成するように構成される、
請求項1~4のうち何れか一項に記載の診断装置。
a photographing position acquisition unit configured to acquire position information relating to the photographing position of the input image;
A location information generating unit;
one or more memories;
The memory stores map data including the photographing position of the input image,
the location information creation unit is configured to create location information by plotting the shooting location on the map data.
The diagnostic device according to any one of claims 1 to 4.
前記複数の風景画像を含む風景画像群から前記3次元データを生成するように構成される、3次元データ生成部と、
前記3次元データから平面画像を生成するように構成される、平面画像生成部と、
を備える、請求項1~4のうち何れか一項に記載の診断装置。
a three-dimensional data generating unit configured to generate the three -dimensional data from a landscape image group including the plurality of landscape images;
a planar image generator configured to generate a planar image from the three-dimensional data;
The diagnostic device according to any one of claims 1 to 4, comprising:
前記入力用画像がゴルフ場に敷設された芝生を撮影した画像であり、
前記地表画像が前記芝生で覆われた前記地表面の画像であり、
前記広範囲画像は、前記芝生で覆われた前記地表面に加えて、前記芝生の中又は前記芝生の周囲にある自然物又は人工物のうち少なくとも1つを写した風景画像であり、
前記自然物は、グリーンの境界線、バンカー、池、又は前記グリーンの周囲に生える樹木であり、
前記人工物は、カップホール又はピンである、
請求項1~4のうち何れか一項に記載の診断装置。
the input image is an image of a lawn laid on a golf course,
the ground surface image is an image of the ground surface covered with grass,
the wide-range image is a landscape image that captures at least one of a natural object or an artificial object in or around the lawn in addition to the ground surface covered with the lawn,
the natural object is a boundary line of a green, a bunker, a pond, or trees growing around the green;
The artifact is a cup hole or a pin.
A diagnostic device according to any one of claims 1 to 4.
前記マルチタスク学習器は、畳み込みニューラルネットワークを利用した学習モデルを含み、
前記多値分類タスクの予測性能が前記2値分類タスクの予測性能よりも高くなるように、前記学習モデルの損失関数が設定されている、
請求項1~4のうち何れか一項に記載の診断装置。
The multi-task learner includes a learning model using a convolutional neural network;
a loss function of the learning model is set so that the predictive performance of the multi-value classification task is higher than the predictive performance of the binary classification task.
The diagnostic device according to any one of claims 1 to 4.
前記植物は、前記地表面を覆うように群生するグラウンドカバープランツである、
請求項1~4のうち何れか一項に記載の診断装置。
The plant is a ground cover plant that grows in clusters to cover the ground surface.
The diagnostic device according to any one of claims 1 to 4.
前記植物は芝生であり、
前記複数の病害は、炭疽病、ブラウンパッチ、ダラースポット、ドライスポット、ピシウム、又はスノーモールドのうち、1以上を含む、
請求項1~4のうち何れか一項に記載の診断装置。
the plant is grass;
The plurality of diseases include one or more of anthracnose, brown patch, dollar spot, dry spot, pythium, or snow mold;
The diagnostic device according to any one of claims 1 to 4.
前記地表画像が前記植物で覆われた前記地表面が全撮影範囲を占める画像であり、
前記広範囲画像は、前記植物で覆われた前記地表面に加えて、前記地表面から生える樹木、又は、建物を含む人工物のうち少なくとも何れかを写した風景画像である、
請求項1~4のうち何れか一項に記載の診断装置。
the ground surface image is an image in which the ground surface covered with the vegetation occupies an entire shooting range,
The wide-range image is a landscape image that includes at least one of trees growing on the ground surface and artificial objects including buildings in addition to the ground surface covered with vegetation.
A diagnostic device according to any one of claims 1 to 4.
植物の健康状態の診断方法であって、当該方法は、
地表面を覆う前記植物を写した入力用画像を取得することと、
前記入力用画像をマルチタスク学習器に入力することと、
前記マルチタスク学習器が、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力することと、
前記入力用画像の撮影範囲を推定することと、
を含み、
前記マルチタスク学習器は、
前記地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、
前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含む訓練データにより訓練されており、
前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、
健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、
不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、
前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、
前記複数のタスクは、
前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、
前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含
前記撮影範囲を推定することは、
前記2値分類タスクの予測結果が前記広範囲画像である場合に、前記入力用画像の中から特徴的なオブジェクト又は特徴点を抽出し、抽出した前記特徴的なオブジェクト又は特徴点を、前記領域において互いに異なる視点で撮影された複数の風景画像から生成された3次元データと照合し、前記入力用画像と前記3次元データとで対応するオブジェクト又は特徴点を判別することにより、前記撮影範囲を推定することと、
前記2値分類タスクの予測結果が前記地表画像である場合に、前記入力用画像の中から前記特徴的なオブジェクト又は特徴点を抽出することなく、前記入力用画像の撮影位置を含む規定の領域を前記撮影範囲として推定することと、を含む、
診断方法。
A method for diagnosing a plant's health, the method comprising:
acquiring an input image showing the vegetation covering the ground surface;
inputting the input image into a multitask learner;
the multi-task learner outputs a plurality of prediction results respectively associated with a plurality of tasks;
Estimating a capture range of the input image;
Including,
The multi-task learner comprises:
a ground surface image group including a plurality of ground surface images each showing the vegetation covering the ground surface;
and a wide-range image group including a plurality of wide-range images capturing the plants in an area wider than the ground surface image,
Each of the ground surface image group and the wide range image group is
A plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state; and
a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state;
The unhealthy condition includes symptoms of multiple diseases;
The plurality of tasks include:
A multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the multiple diseases or asymptomatic diseases;
a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-area image;
The estimating of the imaging range includes:
When the predicted result of the binary classification task is the wide-range image, extracting characteristic objects or feature points from the input image, comparing the extracted characteristic objects or feature points with three-dimensional data generated from a plurality of landscape images taken in the region from different viewpoints, and determining corresponding objects or feature points between the input image and the three-dimensional data, thereby estimating the shooting range;
When a prediction result of the binary classification task is the ground image, estimating a specified area including a shooting position of the input image as the shooting range without extracting the characteristic object or feature point from the input image.
Diagnostic methods.
1以上のコンピュータに、
地表面を覆う植物を写した入力用画像を取得することと、
取得した前記入力用画像をマルチタスク学習器に入力することと、
前記マルチタスク学習器が、複数のタスクにそれぞれ関連付けられた複数の予測結果を出力することと、
前記入力用画像の撮影範囲を推定することと、
を実行させる植物診断用のプログラムであって、
前記マルチタスク学習器は、
前記地表面を覆う前記植物を写した複数の地表画像を含む地表画像群と、
前記地表画像より広い領域を対象に前記植物を写した複数の広範囲画像を含む広範囲画像群と、を含む訓練データにより訓練されており、
前記地表画像群及び前記広範囲画像群の各々は、
健康な状態の前記植物を写した複数の無症画像と、
不健康な状態の前記植物を写した複数の有症画像と、を含み、
前記不健康な状態は、複数の病害の症状を含み、
前記複数のタスクは、
前記入力用画像に写された前記植物が前記複数の病害又は無症のうち何れに対応するかを予測する多値分類タスクと、
前記入力用画像が前記地表画像又は前記広範囲画像の何れに対応するかを予測する2値分類タスクと、を含み、
前記撮影範囲を推定することは、
前記2値分類タスクの予測結果が前記広範囲画像である場合に、前記入力用画像の中から特徴的なオブジェクト又は特徴点を抽出し、抽出した前記特徴的なオブジェクト又は特徴点を、前記領域において互いに異なる視点で撮影された複数の風景画像から生成された3次元データと照合し、前記入力用画像と前記3次元データとで対応するオブジェクト又は特徴点を判別することにより、前記撮影範囲を推定することと、
前記2値分類タスクの予測結果が前記地表画像である場合に、前記入力用画像の中から前記特徴的なオブジェクト又は特徴点を抽出することなく、前記入力用画像の撮影位置を含む規定の領域を前記撮影範囲として推定することと、を含む、
プログラム。
On one or more computers,
acquiring an input image showing vegetation covering a ground surface;
inputting the acquired input image into a multitask learning device;
the multi-task learner outputs a plurality of prediction results respectively associated with a plurality of tasks;
Estimating a capture range of the input image;
A program for plant diagnosis that executes the following:
The multi-task learner comprises:
a ground surface image group including a plurality of ground surface images each showing the vegetation covering the ground surface;
and a wide-range image group including a plurality of wide-range images capturing the plants in an area wider than the ground surface image,
Each of the ground surface image group and the wide range image group is
A plurality of asymptomatic images of the plant in a healthy state; and
a plurality of symptomatic images of the plant in an unhealthy state;
The unhealthy condition includes symptoms of multiple diseases;
The plurality of tasks include:
A multi-value classification task of predicting whether the plant depicted in the input image corresponds to one of the multiple diseases or asymptomatic diseases;
a binary classification task of predicting whether the input image corresponds to the ground image or the wide-area image ;
The estimating of the imaging range includes:
When the predicted result of the binary classification task is the wide-range image, extracting characteristic objects or feature points from the input image, comparing the extracted characteristic objects or feature points with three-dimensional data generated from a plurality of landscape images taken in the region from different viewpoints, and determining corresponding objects or feature points between the input image and the three-dimensional data, thereby estimating the shooting range;
When a prediction result of the binary classification task is the ground image, estimating a specified area including a shooting position of the input image as the shooting range without extracting the characteristic object or feature point from the input image.
program.
JP2023131080A 2023-03-14 2023-08-10 Diagnostic device, diagnostic method, and program Active JP7591628B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202363451976P 2023-03-14 2023-03-14
US63/451,976 2023-03-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2024132796A JP2024132796A (en) 2024-10-01
JP7591628B2 true JP7591628B2 (en) 2024-11-28

Family

ID=92909307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023131080A Active JP7591628B2 (en) 2023-03-14 2023-08-10 Diagnostic device, diagnostic method, and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7591628B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102831398B1 (en) * 2025-02-12 2025-07-08 주식회사 메이사 Time series video based turgrass lesion detecting system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016168046A (en) 2015-03-09 2016-09-23 学校法人法政大学 Plant disease diagnosis system, plant disease diagnosis method, and program

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0635897A (en) * 1992-07-17 1994-02-10 Sumitomo Chem Co Ltd Lawn disease and insect damage predicting and diagnosing device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016168046A (en) 2015-03-09 2016-09-23 学校法人法政大学 Plant disease diagnosis system, plant disease diagnosis method, and program

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
大倉史生 外3名,深層学習の利活用による植物表現型解析技術の展望 ,植物科学最前線,日本,2019年,第1-9頁,https://bsj.or.jp/jpn/general/bsj-review/BSJ-Review10B_99-107.pdf
宇賀博之,キュウリ病害の画像診断システムの開発,平成29年度 埼玉県農業技術研究センター試験研究成果発表会,日本,2018年02月02日,第17-18頁,https://www.pref.saitama.lg.jp/documents/122453/9kyuuri-byougaisindan.pdf
岩崎亘典,深層学習を用いた病害虫識別技術の開発,植物防疫,第73巻第6号,日本,一般社団法人 日本植物防疫協会,2019年06月01日,第42―48頁,https://www.jppa.or.jp/archive/pdf/73_06.pdf
植物の不調は虫 or 病気?園芸の疑問を画像でスマート解決! AI で原因と対処までナビゲート、住友化学園芸「ガーデンドクター AI」,プレスリリース,日本,住友化学園芸株式会社,2021年04月,第1―3頁,https://www.sc-engei.co.jp/content/files/release/20210422.pdf
諏訪勝元,広角画像を用いた植物病害自動診断システムとその固有の問題,学内論文,日本,法政大学,2019年03月31日,第1-7頁,https://hosei.ecats-library.jp/da/repository/00022071/

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024132796A (en) 2024-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN120411785B (en) Image Processing-Based Method and System for Assessing the Growth Vigor of Densely Planted Farmland
JP2021517308A (en) Work target area boundary acquisition method and equipment, and work route planning method
CN106663284B (en) Information processing apparatus, information processing method, and program
CN109871775A (en) A kind of the ice rink monitoring method and device of Behavior-based control detection
CN102265287A (en) Method and apparatus for monitoring tree growth
CN106605254B (en) Information processing apparatus, information processing method, and program
EP4256465B1 (en) System and method for determining damage on plants after herbicide application
CN109999496A (en) Control method, device and the electronic device of virtual objects
CN110152290A (en) Game running method and device, storage medium and electronic device
JP7653681B2 (en) Information processing device, information processing method, and program
JP7591628B2 (en) Diagnostic device, diagnostic method, and program
Petrellis Mobile application for plant disease classification based on symptom signatures
CN119365900A (en) Generate training data synthetically
Lyu et al. Development of phenotyping system using low altitude UAV imagery and deep learning
CN111815612A (en) An IoT-based prediction system for jujube diseases and insect pests
Avila-George et al. Using artificial neural networks for detecting damage on tobacco leaves caused by blue mold
Peng et al. An AI-based badminton smash detection using residual-shuffle network optimized based on upgraded pufferfish optimizer
US12001512B2 (en) Generating labeled synthetic training data
US12136265B2 (en) Scouting functionality emergence
CN113514402B (en) A system and method for predicting chlorophyll content of winter wheat
Yoseph Ethiopian coffee leaf disease detection using deep learning
JP7674197B2 (en) Turf management server, turf management method, and turf management program
CN116958947A (en) Methods, devices, storage media and electronic equipment for identifying pests and diseases
JP6768767B2 (en) Crop growth judgment system server device, crop growth judgment device, crop growth learning device, crop growth judgment method and program
Capliez et al. Unsupervised domain adaptation methods for land cover mapping with optical satellite image time series

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230810

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240910

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241101

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7591628

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150