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JP7609302B2 - Action interval evaluation program, device, and method - Google Patents
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Description

開示の技術は、行動区間評価プログラム、行動区間評価装置、及び行動区間評価方法に関する。The disclosed technology relates to an action interval evaluation program, an action interval evaluation device, and an action interval evaluation method.

ディープラーニング技術の発展により、通常のRGBカメラで撮影した映像から人の姿勢等を高精度に認識できるようになり、この認識情報を利用して、特定の作業などの人の行動の推定に関する様々な研究開発が行われている。 Advances in deep learning technology have made it possible to recognize human posture and other aspects with a high degree of accuracy from images captured by ordinary RGB cameras, and various research and development efforts are being conducted using this recognition information to estimate human behavior, such as specific tasks.

例えば、作業情報に基づいて、作業者の作業を推定し、推定した作業の確からしさを示す信頼度を求める作業分析システムが提案されている。このシステムは、時刻情報に基づいて、推定した作業毎に、作業の開始時刻及び終了時刻を求める。また、このシステムは、推定した作業の開始時刻及び終了時刻で、取得した作業動画を区切り、推定した作業の開始時刻から終了時刻までの区間動画と、推定した作業と、上記作業についての信頼度とを紐付ける。 For example, a work analysis system has been proposed that estimates a worker's work based on work information and calculates a reliability indicating the accuracy of the estimated work. This system calculates the start and end times of each estimated work based on time information. This system also divides the acquired work video by the start and end times of the estimated work, and links the section video from the start to end times of the estimated work to the estimated work and the reliability of the work.

また、例えば、撮像部の撮像範囲内にて単位作業毎に、単位作業の開始動作を検出するための第1の監視領域と単位作業の完了動作を検出するための第2の監視領域とが設定される作業分析装置が提案されている。この装置は、監視領域において単位作業に関する動作がなされていると判定される可能性が高くなるほど高くなるような信頼度が監視領域毎に設定される。 In addition, for example, a work analysis device has been proposed in which a first monitoring area for detecting the start of a unit task and a second monitoring area for detecting the completion of the unit task are set for each unit task within the imaging range of the imaging unit. In this device, a reliability is set for each monitoring area such that the reliability increases as the likelihood that an action related to the unit task is determined to be performed in the monitoring area increases.

特開2020-91801号公報JP 2020-91801 A 特開2020-166471号公報JP 2020-166471 A

人の映像から抽出した人の姿勢等の時系列の特徴量に基づいて、映像において、指定した行動が発生した時間区間を推定し、その時間区間を、指定した行動に含まれる要素行動の時間区間でさらに分節することを考える。この場合において、要素行動間の境界が実際の境界とずれていても、要素行動の分節の信頼度が高く評価されてしまう場合がある。 We consider estimating the time interval in the video in which a specified action occurred based on time-series features such as a person's posture extracted from the video, and further segmenting this time interval into time intervals of component actions contained in the specified action. In this case, even if the boundaries between the component actions deviate from the actual boundaries, the reliability of the segmentation of the component actions may be evaluated as high.

一つの側面として、開示の技術は、人の映像において、指定した行動の分節の信頼度を精度良く評価することを目的とする。 In one aspect, the disclosed technology aims to accurately evaluate the reliability of specified action segments in human video.

一つの態様として、開示の技術は、人の行動を撮影した映像から抽出された時系列の特徴量と、前記行動に含まれる複数の要素行動の各々の確率モデルを含む推定モデルとに基づく、前記要素行動の時間区間である要素行動区間の分節の推定結果を取得する。また、開示の技術は、隣接する要素行動区間の境界を変更した場合における、前記境界の前及び後の前記要素行動区間の各々に対応する前記時系列の特徴量の、前記要素行動に対応する前記確率モデルに対する適合度を算出する。そして、開示の技術は、前記境界の変更の度合いに応じた前記適合度の変化に基づいて、前記要素行動区間の分節の推定結果を評価する。 In one aspect, the disclosed technology obtains an estimation result of segmentation of an elemental action section, which is a time section of the elemental action, based on time series feature amounts extracted from a video of a human action and an estimation model including a probability model for each of a plurality of elemental actions included in the action. The disclosed technology also calculates the conformance of the time series feature amounts corresponding to each of the elemental action sections before and after the boundary when the boundary between adjacent elemental action sections is changed, to the probability model corresponding to the elemental action. The disclosed technology then evaluates the estimation result of the segmentation of the elemental action section based on the change in the conformance according to the degree of change in the boundary.

一つの側面として、人の映像において、指定した行動の分節の信頼度を精度良く評価することができる、という効果を有する。 One aspect is that it has the effect of being able to accurately evaluate the reliability of specified action segments in human video.

本実施形態の比較例を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a comparative example of the present embodiment. 本実施形態の他の比較例を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining another comparative example of the present embodiment. 本実施形態の他の比較例を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining another comparative example of the present embodiment. 比較例の問題点を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a problem in the comparative example. 行動区間評価装置の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of an action interval evaluation device. 推定モデルの一例である隠れセミマルコフモデルの概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a hidden semi-Markov model, which is an example of an estimation model. 第1隠れマルコフモデルの状態を例示する概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a state of a first hidden Markov model. 境界をずらした場合の境界前後の要素行動区間の特徴量の確率モデルに対する適合度の変化を説明するための図である。13 is a diagram for explaining a change in the degree of conformance of the feature amounts of element action sections before and after a boundary to a probabilistic model when the boundary is shifted. FIG. 境界jの時刻tと適合度E(t)との関係の一例を示すグラフである。11 is a graph showing an example of the relationship between time t and the degree of conformance E j (t) of the boundary j. 境界jの時刻tと適合度E(t)との関係の一例を示すグラフである。11 is a graph showing an example of the relationship between time t and the degree of conformance E j (t) of the boundary j. 時間幅の最大値を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining the maximum value of the time width. 行動区間評価装置として機能するコンピュータの概略構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a computer functioning as an action interval evaluation device. 機械学習処理の一例を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating an example of a machine learning process. 分節処理の一例を示すフローチャートである。13 is a flowchart illustrating an example of a segmentation process.

以下、図面を参照して、開示の技術に係る実施形態の一例を説明する。 Below, an example of an embodiment of the disclosed technology is described with reference to the drawings.

本実施形態に係る行動区間評価装置は、人の映像から抽出された人の動作に関する時系列の特徴量に基づいて、映像から検出された、対象の行動が発生した時間区間(以下、「行動区間」という)を要素行動毎に分節する。すなわち、行動区間評価装置は、行動区間内の要素行動の時間区間(以下、「要素行動区間」という)の分節を推定する。本実施形態では、例えば、人が製品を製造する行動を対象の行動とし、製造の各工程を実施する際の人の動作の組み合わせを要素行動とする。すなわち、決まった順序で複数の工程を含む工場での作業のような、発生する順序に制約がある複数の要素行動を含む行動を対象の行動とする。さらに、行動区間評価装置は、推定した要素行動区間の分節の信頼度を評価する。The action interval evaluation device according to this embodiment segments the time interval during which the target action detected from the video occurred (hereinafter referred to as "action interval") into component actions based on time series features of human actions extracted from the video of the person. That is, the action interval evaluation device estimates the segmentation of the time intervals of the component actions within the action interval (hereinafter referred to as "component action intervals"). In this embodiment, for example, the action of a person manufacturing a product is taken as the target action, and the combination of the person's actions when performing each manufacturing process is taken as the component actions. That is, the target action is an action that includes multiple component actions with restrictions on the order in which they occur, such as work in a factory that includes multiple processes in a fixed order. Furthermore, the action interval evaluation device evaluates the reliability of the segmentation of the estimated component action intervals.

ここで、本実施形態の比較例として、手作業による映像の区間分節により、映像から要素行動区間を特定する方法が考えられる。この比較例は、例えば、図1の左図に示すように、一連の作業の様子をカメラで撮影した映像を取得し、図1の右図に示すように、取得された映像を目視することで、手作業で各要素行動区間に分節する方法である。図1の例では、「部品Aはめ込み」、「部品Aねじ止め」、及び「カバー取付」がそれぞれ要素行動の一例である。このように、取得した映像毎に手作業で要素行動区間に分節する場合は、時間及び労力がかかる。 As a comparative example of this embodiment, a method of manually segmenting video into sections to identify element action sections from video is considered. This comparative example is a method of acquiring video of a series of tasks captured by a camera as shown in the left diagram of FIG. 1, and manually segmenting the acquired video into element action sections by visually inspecting the acquired video as shown in the right diagram of FIG. 1. In the example of FIG. 1, "fitting part A", "screwing part A", and "attaching the cover" are each examples of element actions. In this way, manually segmenting each acquired video into element action sections takes time and effort.

また、本実施形態の他の比較例として、図2の上図に示すように、1回分の映像に対して、手作業で要素行動区間を分節し、この分節結果を教師情報として、図2の下図に示すように、他の映像については、自動的に要素行動区間を分節することも考えられる。この場合、全ての映像に対して、手作業で要素行動区間を分節する場合に比べ、時間及び労力を省くことができる。As another comparative example of this embodiment, as shown in the upper diagram of Figure 2, it is possible to manually segment element action intervals for one video, and then use this segmentation result as teaching information to automatically segment element action intervals for other videos, as shown in the lower diagram of Figure 2. In this case, it is possible to save time and effort compared to manually segmenting element action intervals for all videos.

図2の例のように、教師情報を用いて自動で要素行動区間を分節する場合、教師情報が示す人の動作と、対象の映像に現れる人の動作とが適合しない場合でも、教師情報と同様の全ての要素行動区間の境界が出力される。教師情報と適合しない時間帯の要素行動区間の境界は間違っている可能性が高くなるが、どの要素行動が教師情報と適合していない要素行動かは、要素行動区間の分節の推定結果だけでは分からない。そのため、分節結果の信頼度を評価して、推定された要素行動区間の分節結果とは別に出力することが望ましい。この信頼度については、要素行動区間の分節の推定結果の正しさとは必ずしも一致しない場合があるという性質がある。例えば、教師情報と適合しない時間帯についても前後関係から正しく分節できる場合もある。この場合、分節の推定結果の確からしさは高いが、教師情報と適合していて境界がはっきりしている場合とは異なり、その信頼性は低い。 As in the example of Figure 2, when automatically segmenting element action intervals using teacher information, even if the human actions indicated by the teacher information do not match the human actions appearing in the target video, the boundaries of all element action intervals are output in the same way as the teacher information. The boundaries of element action intervals in time periods that do not match the teacher information are likely to be incorrect, but which element actions are not in accordance with the teacher information cannot be determined from the element action interval segmentation estimation result alone. Therefore, it is desirable to evaluate the reliability of the segmentation result and output it separately from the estimated element action interval segmentation result. This reliability has the property that it may not necessarily match the accuracy of the element action interval segmentation estimation result. For example, even time periods that do not match the teacher information may be correctly segmented from the context. In this case, the certainty of the segmentation estimation result is high, but unlike when it matches the teacher information and the boundaries are clear, its reliability is low.

また、本実施形態の他の比較例として、推定した要素行動区間の観測情報に対して、推定された要素行動の確率モデルによる尤度(観測確率)の、他の要素行動の確率モデルによる尤度に対する比で表される相対適合度を信頼度として用いることが考えられる。相対適合度が大きいほど、推定結果が正しい傾向にあると考えられる。例えば、要素行動jの要素行動区間j内の観測情報Xについて、各要素行動の確率モデルMにより出力される尤度P(X|M)を算出し、要素行動jの信頼度Cを下記(1)式により算出することが考えられる。なお、観測情報は、映像、又は映像から抽出される人の姿勢情報等の特徴量である。
=P(X|M)/ΣP(X|M) ・・・(1)
As another comparative example of this embodiment, it is possible to use, as the reliability, the relative compatibility expressed by the ratio of the likelihood (observation probability) according to the probabilistic model of the estimated element behavior to the likelihood according to the probabilistic models of other element behaviors for the observation information of the estimated element behavior section. It is considered that the greater the relative compatibility, the more likely the estimation result is to be correct. For example, it is possible to calculate the likelihood P(X|M i ) output by the probabilistic model M i of each element behavior for the observation information X in element behavior section j of element behavior j, and calculate the reliability C j of element behavior j by the following formula (1). Note that the observation information is a feature amount such as an image or a person's posture information extracted from the image.
C j = P (X | M j )/Σ i P (X | M i ) ... (1)

例えば、比較例は、図3に示すように、行動区間に含まれる時系列の特徴量(x、x、・・・、x10)を、各要素行動区間の継続時間をモデル化した推定モデルに基づいて分節することにより、要素行動区間を推定する。図3では、特徴量x~xの区間が要素行動Aに対応する要素行動区間、特徴量x~xの区間が要素行動Bに対応する要素行動区間、特徴量x~x10の区間が要素行動Cに対応する要素行動区間として推定された例を示している。そして、比較例は、要素行動区間毎に、その要素行動区間に振り分けられる特徴量について、全ての要素行動区間の各々の確率モデルによる尤度を算出し、上記(1)式により、相対適合度を算出する。 For example, as shown in Fig. 3, the comparative example estimates element action intervals by segmenting time-series feature amounts ( x1 , x2 , ..., x10 ) included in an action interval based on an estimation model that models the duration of each element action interval. Fig. 3 shows an example in which the interval of feature amounts x1 to x3 is estimated as the element action interval corresponding to element action A, the interval of feature amounts x4 to x8 is estimated as the element action interval corresponding to element action B, and the interval of feature amounts x9 to x10 is estimated as the element action interval corresponding to element action C. Then, the comparative example calculates the likelihood of all element action intervals based on the respective probability models for the feature amounts assigned to each element action interval, and calculates the relative compatibility using the above formula (1).

しかし、図3に示す比較例の場合では、要素行動区間の境界がずれているにもかかわらず、信頼度が高く算出されてしまう場合がある。具体的には、図4に示すように、観測情報において、要素行動1の確率モデルとの適合度が高い時間帯と、要素行動2の確率モデルとの適合度が高い時間帯とが間をあけて発生しているとする。この場合において、要素行動区間1と要素行動区間2との正解の境界と、推定結果における境界とにずれが生じていたとしても、各要素行動区間内に各要素行動の確率モデルとの適合度が高い時間帯が含まれるため、各要素行動区間の相対適合度は高くなる。したがって、図4の例のように、相対適合度を信頼度として用いた場合には、要素行動区間の分節の推定結果の信頼性は低いと評価したいにもかかわらず、信頼性は高いと評価されてしまう。However, in the comparative example shown in FIG. 3, even if the boundaries of the element action sections are shifted, the reliability may be calculated to be high. Specifically, as shown in FIG. 4, in the observation information, a time period with high compatibility with the probability model of element action 1 and a time period with high compatibility with the probability model of element action 2 occur at an interval. In this case, even if there is a shift between the correct boundary between element action section 1 and element action section 2 and the boundary in the estimation result, each element action section includes a time period with high compatibility with the probability model of each element action, so the relative compatibility of each element action section is high. Therefore, as in the example of FIG. 4, when the relative compatibility is used as the reliability, the reliability of the estimation result of the segmentation of the element action section is evaluated as high, even though it is desired to evaluate the reliability as low.

本実施形態では、要素行動区間の境界の部分的なずれに対応可能な方法を提案する。以下、本実施形態に係る行動区間評価装置の詳細について説明する。In this embodiment, we propose a method that can deal with partial deviations in the boundaries of element action sections. Below, we will explain the details of the action section evaluation device related to this embodiment.

行動区間評価装置10は、機能的には、図5に示すように、抽出部11と、機械学習部20と、分節部30とを含む。機械学習部20は、さらに、観測確率学習部21と、遷移確率学習部22と、構築部23とを含む。分節部30は、さらに、推定部31と、算出部32と、評価部33とを含む。また、行動区間評価装置10の所定の記憶領域には、推定モデル41が記憶される。 As shown in FIG. 5, the action interval evaluation device 10 functionally includes an extraction unit 11, a machine learning unit 20, and a segmentation unit 30. The machine learning unit 20 further includes an observation probability learning unit 21, a transition probability learning unit 22, and a construction unit 23. The segmentation unit 30 further includes an estimation unit 31, a calculation unit 32, and an evaluation unit 33. In addition, an estimation model 41 is stored in a specified memory area of the action interval evaluation device 10.

抽出部11は、機械学習時において、学習用映像を取得する。学習用映像は、人の行動を撮影した映像であって、対象の行動の時間区間を示す行動区間、及び対象の行動に含まれる要素行動の各々の時間区間を示す要素行動区間の区切りを示す教師情報が付与された映像である。抽出部11は、学習用映像の行動区間の映像から人の動作に関する特徴量を算出し、時系列の特徴量を抽出する。また、抽出部11は、分節時において、分節用映像を取得する。分節用映像は、人の行動を撮影した映像であって、対象の行動区間における要素行動区間の区切りが未知の映像である。なお、本実施形態では、分節用映像自体が行動区間の時間区間であるか、又は、分節用映像に行動区間の開始時刻及び終了時刻が付与されるなどして、分節用映像における行動区間は既知であるものとする。抽出部11は、分節用映像の行動区間からも同様に時系列の特徴量を抽出する。The extraction unit 11 acquires a learning video during machine learning. The learning video is a video of a person's behavior, to which teacher information indicating the division of the elemental behavior interval indicating the time interval of the target behavior and the time interval of each of the elemental behaviors included in the target behavior is added. The extraction unit 11 calculates features related to the person's movements from the video of the behavior interval of the learning video, and extracts time-series features. The extraction unit 11 also acquires a segmentation video during segmentation. The segmentation video is a video of a person's behavior, in which the division of the elemental behavior interval in the target behavior interval is unknown. In this embodiment, the segmentation video itself is a time interval of the behavior interval, or the start time and end time of the behavior interval are added to the segmentation video, so that the behavior interval in the segmentation video is known. The extraction unit 11 also extracts time-series features from the behavior interval of the segmentation video in the same manner.

抽出部11による映像からの時系列の特徴量の抽出方法の一例について具体的に説明する。抽出部11は、映像(学習用映像又は分節用映像)を構成する各フレームから人物検出技術を適用して人の領域(例えば、バウンディングボックス)を検出し、検出した同一人の領域をフレーム間で対応付けることにより追跡する。抽出部11は、1つのフレームから人の領域が複数検出されている場合には、領域の大きさやフレーム内での領域の位置等に基づいて、判定対象の人の領域を特定する。抽出部11は、各フレームから検出した人の領域内の画像を画像処理して、人の関節位置及びその連結関係等に基づいて姿勢情報を算出する。抽出部11は、各フレームについて算出した姿勢情報に、フレームに対応付けられた時間情報を対応付けて並べた時系列の姿勢情報を作成する。An example of a method for extracting time-series features from a video by the extraction unit 11 will be specifically described. The extraction unit 11 applies a person detection technique to detect a human region (e.g., a bounding box) from each frame constituting a video (learning video or segmentation video), and tracks the detected regions of the same person by associating them between frames. When multiple human regions are detected from one frame, the extraction unit 11 identifies the region of the person to be judged based on the size of the region, the position of the region within the frame, etc. The extraction unit 11 performs image processing on the image within the human region detected from each frame, and calculates posture information based on the joint positions of the person and their connection relationships, etc. The extraction unit 11 creates time-series posture information by associating the posture information calculated for each frame with the time information associated with the frame and arranging them.

また、抽出部11は、時系列の姿勢情報から身体の各部位についての時系列の運動情報を算出する。運動情報は、例えば、各部位の曲げの程度、曲げの速度等であってよい。各部位とは、例えば、肘、膝等であってよい。また、抽出部11は、スライディングタイムウィンドウにより一定の時間間隔毎にウィンドウ内の運動情報を時間方向で平均化した値を要素とする特徴ベクトルを算出する。 The extraction unit 11 also calculates time-series movement information for each part of the body from the time-series posture information. The movement information may be, for example, the degree of bending of each part, the bending speed, etc. Each part may be, for example, an elbow, a knee, etc. The extraction unit 11 also calculates a feature vector whose elements are values obtained by averaging the movement information within the window in the time direction at regular time intervals using a sliding time window.

抽出部11は、機械学習時においては、抽出した時系列の特徴量と、学習用映像が持つ行動区間及び要素行動区間の区切りを示す教師情報とを教師ありデータとして機械学習部20へ受け渡し、分節時においては、抽出した時系列の特徴量を分節部30へ受け渡す。During machine learning, the extraction unit 11 passes the extracted time series features and teacher information indicating the divisions of the action intervals and element action intervals in the learning video to the machine learning unit 20 as supervised data, and during segmentation, passes the extracted time series features to the segmentation unit 30.

機械学習部20は、抽出部11から受け渡された教師ありデータを用いて機械学習を実行することにより、推定モデル41を生成する。The machine learning unit 20 generates an estimation model 41 by performing machine learning using the supervised data passed from the extraction unit 11.

本実施形態では、対象の行動区間における要素行動区間の分節を推定する推定モデル41の一例として、図6に示すような隠れセミマルコフモデル(以下、「HSMM(Hidden semi-Markov model)」という)を構築する。HSMMは、隠れマルコフモデル(以下、「HMM(Hidden Markov model)」という)のパラメータに加え、状態毎の継続時間の確率分布をパラメータとして持つ。In this embodiment, a hidden semi-Markov model (hereinafter referred to as "HSMM (Hidden semi-Markov model)") as shown in FIG. 6 is constructed as an example of an estimation model 41 that estimates the segmentation of element action intervals in a target action interval. In addition to the parameters of a hidden Markov model (hereinafter referred to as "HMM (Hidden Markov model)"), the HSMM has a probability distribution of the duration of each state as a parameter.

本実施形態のHSMMは、人の動作の各々を状態とする複数の第1HMMと、要素行動を状態とする第2HMMとを含む。図6において、m1、m2、m3は各動作に対応した状態であり、a1、a2、a3は各要素行動に対応した状態である。要素行動は、複数の動作の組み合わせであり、動作は、複数の姿勢の組み合わせである。パラメータを設定することで構築されたHSMMに、映像から抽出された人の動作に関する時系列の特徴量が与えられると、HSMMは最適な要素行動区間の分節を推定する。図6において、d1、d2、d3は要素行動区間の一例である。The HSMM of this embodiment includes a plurality of first HMMs that represent each of the human actions as a state, and a second HMM that represents elemental actions as states. In FIG. 6, m1, m2, and m3 are states corresponding to each action, and a1, a2, and a3 are states corresponding to each elemental action. An elemental action is a combination of a plurality of actions, and an action is a combination of a plurality of postures. When a time series of features related to a human action extracted from a video is given to the HSMM constructed by setting parameters, the HSMM estimates the optimal segmentation of elemental action sections. In FIG. 6, d1, d2, and d3 are examples of elemental action sections.

HMMのパラメータには、観測確率及び遷移確率が存在する。図6において、O1、O2、・・・、O8は観測確率の一例であり、遷移確率は状態間をつなぐ矢印に対応付けられている。観測確率とは、各状態において、ある観測情報が観測される確率であり、遷移確率とは、ある状態から別の状態に遷移する確率である。遷移の順番が定まっている場合は、遷移確率は不要である。なお、動作の数及び要素行動の数、すなわち、第1HMM及び第2HMMの数は例示であり、図6に例示される数に限定されない。以下、機械学習部20に含まれる観測確率学習部21、遷移確率学習部22、及び構築部23の各々について詳述する。 The parameters of the HMM include observation probability and transition probability. In FIG. 6, O1, O2, ..., O8 are examples of observation probability, and the transition probability is associated with the arrows connecting the states. The observation probability is the probability that certain observation information is observed in each state, and the transition probability is the probability of transitioning from one state to another. If the order of transitions is fixed, the transition probability is not necessary. Note that the number of actions and the number of element actions, i.e., the number of first HMMs and second HMMs, are examples and are not limited to the numbers exemplified in FIG. 6. Below, the observation probability learning unit 21, the transition probability learning unit 22, and the construction unit 23 included in the machine learning unit 20 will be described in detail.

観測確率学習部21は、以下に説明するように、教師ありデータから教師情報を除いた時系列の特徴量(以下、「教師なしデータ」ともいう)で推定モデル41の一例であるHSMMを構成する各動作の観測確率を学習する。As described below, the observation probability learning unit 21 learns the observation probability of each action that constitutes the HSMM, which is an example of the estimation model 41, using time series features (hereinafter also referred to as "unsupervised data") obtained by removing the supervised information from the supervised data.

本実施形態では、ある作業目標を達成するための限定された行動を対象の行動とする。このような行動は、例えば、工場のラインで行われる定型作業での行動であり、以下の性質を有する。
性質1:行動を構成する各要素行動の違いは、限定された複数の動作の組み合わせの違いである。
性質2:同じ行動を行う際に観測される複数の姿勢は類似している。
In this embodiment, the target behavior is a limited behavior for achieving a certain task goal. For example, such a behavior is a behavior in a routine task performed on a factory line, and has the following characteristics.
Property 1: The difference between each of the component actions that make up a behavior is the difference in the combination of a limited number of actions.
Property 2: Multiple postures observed when performing the same action are similar.

本実施形態では、性質1に基づいて、全ての要素行動が1つの動作群に含まれる動作で構成される。例えば、図7に示すように、動作群には、3つの動作m11、m12、m13が含まれる。例えば、動作m11は「腕を上げる」、動作m12は「腕を降ろす」、動作m13は「腕を前に伸ばす」であってよい。動作群に含まれる動作の数は図7の例に限定されない。また、各要素行動に含まれる動作の数も図7の例に限定されない。In this embodiment, based on property 1, all component actions are composed of actions included in one action group. For example, as shown in FIG. 7, the action group includes three actions m11, m12, and m13. For example, action m11 may be "raising the arm", action m12 may be "lowering the arm", and action m13 may be "stretching the arm forward". The number of actions included in the action group is not limited to the example in FIG. 7. Furthermore, the number of actions included in each component action is not limited to the example in FIG. 7.

例えば、観測確率学習部21は、混合ガウス分布モデル(以下、「GMM(Gaussian Mixture Model)」という)を用いて各動作の観測確率を算出する。具体的には、観測確率学習部21は、抽出部11から受け渡された特徴量をクラスタリングすることにより、動作の数分のガウス分布が混合されたGMMのパラメータを推定する。そして、観測確率学習部21は、パラメータが推定されたGMMを構成する各ガウス分布を各動作の観測確率を表す確率分布として割り当てる。For example, the observation probability learning unit 21 calculates the observation probability of each action using a Gaussian mixture model (hereinafter referred to as "GMM (Gaussian Mixture Model)"). Specifically, the observation probability learning unit 21 estimates the parameters of a GMM that is a mixture of Gaussian distributions for the number of actions, by clustering the features passed from the extraction unit 11. Then, the observation probability learning unit 21 assigns each Gaussian distribution that constitutes the GMM with estimated parameters as a probability distribution representing the observation probability of each action.

遷移確率学習部22は、以下に説明するように、教師ありデータに基づいて、第1HMMで表される動作間の遷移確率を算出する。具体的には、遷移確率学習部22は、教師ありデータが持つ教師情報に基づいて時系列の特徴量を要素行動区間毎に振り分ける。そして、遷移確率学習部22は、各要素行動区間に振り分けられた時系列の特徴量を観測情報とし、観測確率学習部21で算出された各動作の観測確率を固定し、例えば、最尤推定やEMアルゴリズム(Expectation-Maximization algorithm)等を使用して、動作間の遷移確率を算出する。The transition probability learning unit 22 calculates the transition probability between actions represented by the first HMM based on the supervised data, as described below. Specifically, the transition probability learning unit 22 allocates the time series feature amounts to each element action interval based on the supervised information contained in the supervised data. The transition probability learning unit 22 then uses the time series feature amounts allocated to each element action interval as observation information, fixes the observation probability of each action calculated by the observation probability learning unit 21, and calculates the transition probability between actions using, for example, maximum likelihood estimation or an Expectation-Maximization algorithm (EM algorithm).

なお、教師ありデータの作成には時間及び労力がかかるため、遷移確率学習部22は、種となる教師ありデータにノイズを付加する等して教師ありデータを水増ししてもよい。 In addition, since creating supervised data takes time and effort, the transition probability learning unit 22 may pad the supervised data by adding noise to the seed supervised data, for example.

構築部23は、教師情報で与えられた各要素行動区間の継続時間に基づいて、要素行動毎に継続時間の確率分布を設定する。例えば、構築部23は、教師情報で与えられた各要素行動区間の継続時間に対して所定の範囲の一様分布を、要素行動の継続時間の確率分布として設定する。The construction unit 23 sets a probability distribution of duration for each element action based on the duration of each element action section given in the teacher information. For example, the construction unit 23 sets a uniform distribution within a predetermined range for the duration of each element action section given in the teacher information as the probability distribution of the duration of the element action.

構築部23は、観測確率学習部21で算出された各動作の観測確率、遷移確率学習部22で算出された動作間の遷移確率、及び設定した各要素行動の継続時間を使用して、例えば図6に示すようなHSMMを推定モデル41として構築する。推定モデル41は、設定した継続時間後に教師情報で与えられた各要素行動の順番に、各要素行動に対応する第2HMMが遷移するHSMMである。図6において、O1、O2、・・・、O8は、観測確率学習部21で算出される観測確率を表す。また、要素行動a1、a2、a3の各々に含まれる動作m1、m2、及びm3間の矢印に対応付けられる遷移確率は、遷移確率学習部22で算出される遷移確率に対応する。また、d1、d2、d3は、各要素行動の継続時間を表す。構築部23は、構築した推定モデル41を所定の記憶領域に記憶する。The construction unit 23 constructs an HSMM as shown in FIG. 6 as an estimation model 41 using the observation probability of each action calculated by the observation probability learning unit 21, the transition probability between actions calculated by the transition probability learning unit 22, and the duration of each set element action. The estimation model 41 is an HSMM in which the second HMM corresponding to each element action transitions in the order of each element action given by the teacher information after the set duration. In FIG. 6, O1, O2, ..., O8 represent the observation probability calculated by the observation probability learning unit 21. In addition, the transition probability associated with the arrow between the actions m1, m2, and m3 included in each of the element actions a1, a2, and a3 corresponds to the transition probability calculated by the transition probability learning unit 22. In addition, d1, d2, and d3 represent the duration of each element action. The construction unit 23 stores the constructed estimation model 41 in a predetermined storage area.

分節部30は、抽出部11から受け渡された時系列の特徴量に基づいて、分節用映像の対象の行動区間における要素行動区間の分節を推定すると共に、要素行動区間の分節の推定結果を評価する。以下、分節部30に含まれる推定部31、算出部32、及び評価部33の各々について詳述する。The segmentation unit 30 estimates the segmentation of element action sections in the target action section of the segmentation video based on the time-series features transferred from the extraction unit 11, and evaluates the estimation result of the segmentation of the element action sections. Each of the estimation unit 31, calculation unit 32, and evaluation unit 33 included in the segmentation unit 30 will be described in detail below.

推定部31は、分節用映像の行動区間に対応する時系列の特徴量を推定モデル41に入力することにより、行動区間における要素行動区間の分節を推定する。推定部31は、要素行動区間の分節の推定結果を算出部32へ受け渡す。The estimation unit 31 estimates the segmentation of element action sections in an action section by inputting time series feature quantities corresponding to the action sections of the segmentation video to the estimation model 41. The estimation unit 31 passes the estimation result of the segmentation of the element action sections to the calculation unit 32.

算出部32は、隣接する要素行動区間の境界を変更した場合における、境界の前及び後の要素行動区間の各々に対応する時系列の特徴量の、該当の要素行動に対応する確率モデルである第2HMMに対する適合度を算出する。The calculation unit 32 calculates the fit of the time series features corresponding to each of the element action intervals before and after the boundary when the boundary between adjacent element action intervals is changed to the second HMM, which is a probabilistic model corresponding to the corresponding element action.

具体的には、算出部32は、要素行動区間の分節の推定結果における要素行動の境界jを基準とし、境界jに対応する時刻をずらしながら、以下に示すように適合度を算出する。算出部32は、境界jの前及び後の2つの要素行動区間を合わせた区間の観測情報である時系列の特徴量{X,Xj+1}について、適合度P(X,Xj+1|M,Mj+1)を算出する。P(X,Xj+1|M,Mj+1)=P(X|M)P(Xj+1|Mj+1)であり、M及びMj+1は境界jの前及び後の要素行動の確率モデル(第2HMM)である。算出部32は、P(X,Xj+1|M,Mj+1)を、境界jに対応する時刻tの関数E(t)で表す。 Specifically, the calculation unit 32 calculates the degree of conformance as shown below, using boundary j of an element action in the estimation result of segmentation of the element action section as a reference, while shifting the time corresponding to boundary j. The calculation unit 32 calculates the degree of conformance P(Xj , Xj +1 | Mj , Mj+1 ) for a time series feature amount { Xj , Xj + 1 } which is observation information of a section combining two element action sections before and after boundary j. P( Xj , Xj +1 | Mj , Mj +1 )=P( Xj | Mj )P(Xj +1 |Mj +1 ), where Mj and Mj +1 are probabilistic models (second HMMs) of element actions before and after boundary j. The calculation unit 32 expresses P( Xj , Xj+1 | Mj , Mj+1 ) as a function Ej (t) of time t corresponding to the boundary j.

例えば、図8に示すように、時刻tの特徴量をx(図8の例では、t=1,2,・・・,8)とする。また、推定結果における境界jに対応する時刻Tがtの場合、xまでの特徴量をj番目の要素行動の観測情報とする。T=4の場合、算出部32は、特徴量x~xを確率モデルMに入力してP(X|M)を算出し、特徴量x~xを確率モデルMj+1に入力してP(Xj+1|Mj+1)を算出する。そして、算出部32は、P(X|M)及びP(Xj+1|Mj+1)からE(T)を算出する。同様に、算出部32は、境界jを各時刻にずらした場合のE(t)を算出する。図8左図の中段の図は、境界jを時刻Tの1時刻前の時刻T-1とした場合の例であり、この場合の適合度はE(T-1)である。また、図8左図の下段の図は、境界jを時刻Tの1時刻後の時刻T+1とした場合の例であり、この場合の適合度はE(T+1)である。算出部32は、算出した適合度の関数E(t)を評価部33へ受け渡す。 For example, as shown in FIG. 8, the feature amount at time t is x t (in the example of FIG. 8, t=1, 2, ..., 8). In addition, when the time T j corresponding to the boundary j in the estimation result is t, the feature amount up to x t is set as the observation information of the j-th element behavior. When T j = 4, the calculation unit 32 inputs the feature amounts x 1 to x 4 into the probability model M j to calculate P (X j | M j ), and inputs the feature amounts x 5 to x 8 into the probability model M j+1 to calculate P (X j+1 | M j+1 ). Then, the calculation unit 32 calculates E j (T j ) from P (X j | M j ) and P (X j+1 | M j+1 ). Similarly, the calculation unit 32 calculates E j (t) when the boundary j is shifted to each time. 8 is an example in which the boundary j is time T j -1, which is one time before time T j , and the goodness of fit in this case is E j (T j -1). The bottom diagram in the left diagram of Fig. 8 is an example in which the boundary j is time T j +1, which is one time after time T j , and the goodness of fit in this case is E j (T j +1). The calculation unit 32 passes the calculated goodness of fit function E j (t) to the evaluation unit 33.

ここで、要素行動区間の分節の推定結果における境界に対応する時刻TでE(t)が最大となるように要素行動区間の分節は推定されているはずである。そのため、図8右図に示すように、境界jに対応する時刻をずらした場合には、E(t)は減少し、ずらす時間幅が大きくなるほど、E(t)の減少も大きくなるはずである。境界jに対応する時刻が特徴量から明らかな場合、すなわち、他の境界の可能性がほとんど考えられない場合、図9に示すように、境界jに対応する時刻をTから変化させた場合に、E(t)は急激に低下していく。一方、境界が曖昧な場合は、図10に示すように、境界jに対応する時刻をTから変化させても、E(t)はすぐに大きく低下せず、ある程度高い値が続く。すなわち、E(t)の値が高い状態で続く場合には、要素行動区間の分節の推定結果の信頼度が低いといえる。 Here, the segmentation of the element action intervals should be estimated so that E j (t) is maximum at the time T j corresponding to the boundary in the estimated result of the segmentation of the element action intervals. Therefore, as shown in the right diagram of FIG. 8, when the time corresponding to the boundary j is shifted, E j (t) should decrease, and the larger the time width of the shift, the greater the decrease in E j (t) should be. When the time corresponding to the boundary j is clear from the feature amount, that is, when the possibility of other boundaries is almost unthinkable, as shown in FIG. 9, when the time corresponding to the boundary j is changed from T j , E j (t) drops sharply. On the other hand, when the boundary is unclear, as shown in FIG. 10, even if the time corresponding to the boundary j is changed from T j , E j (t) does not drop significantly immediately, and a certain high value continues. In other words, when the value of E j (t) continues to be high, it can be said that the reliability of the estimated result of the segmentation of the element action intervals is low.

そこで、評価部33は、境界の変更の度合いに応じた適合度の変化に基づいて、要素行動区間の分節の推定結果の信頼度を評価する。具体的には、評価部33は、推定結果が示す境界jに対応する時刻Tを基準として境界を変更した場合に、適合度の変化が所定範囲内となる時間幅の最大値が大きいほど低くなる評価値を算出する。 Therefore, the evaluation unit 33 evaluates the reliability of the estimation result of the segmentation of the element action section based on the change in the degree of conformance according to the degree of boundary change. Specifically, when the boundary is changed based on the time Tj corresponding to the boundary j indicated by the estimation result, the evaluation unit 33 calculates an evaluation value that decreases as the maximum value of the time width in which the change in conformance falls within a predetermined range increases.

より具体的には、評価部33は、推定結果が示す境界jに対応する時刻Tの場合の適合度の対数log(E(T))を基準に、境界jを変更した場合の適合度の対数が一定範囲となる最大時間を算出する。例えば、評価部33は、図11に示すように、log(E(t))>log(E(T))-C(Cは実験的に決める定数)を満たす範囲で||t-T||の最大値をΔt、そのときのtをT’とする。 More specifically, the evaluation unit 33 calculates the maximum time for which the logarithm of the goodness of fit falls within a certain range when the boundary j is changed, based on the logarithm log(E j (T j )) of the goodness of fit for time T j corresponding to the boundary j indicated by the estimation result. For example, as shown in FIG 11, the evaluation unit 33 sets the maximum value of ||t-T j || to Δt j within the range satisfying log(E j (t))>log(E j (T j ))-C (C is a constant determined experimentally), and sets t at that time to T j '.

また、評価部33は、Δtが要素行動区間jの長さに対して大きいほど信頼度が低くなるように、境界jに注目したときの要素行動区間jの信頼度を算出する。例えば、評価部33は、要素行動区間jの推定された時間区間の長さLを、L=T-T-1とする。そして、評価部33は、境界jに対応する時刻がTからT’に変更された場合に要素行動区間jの長さが長くなる場合、すなわち、T≦T’の場合、信頼度を、L/(L+Δt)として算出する。一方、評価部33は、境界jに対応する時刻がTからT’に変更された場合に要素行動区間jの長さが短くなる場合、すなわち、T>T’の場合、信頼度を、(L-Δt)/Lとして算出する。 Furthermore, the evaluation unit 33 calculates the reliability of the element action section j when focusing on the boundary j so that the reliability decreases as Δt j becomes larger relative to the length of the element action section j. For example, the evaluation unit 33 sets the length L j of the estimated time section of the element action section j as L j =T j -T j -1. Then, the evaluation unit 33 calculates the reliability as L j /(L j +Δt j ) when the length of the element action section j becomes longer when the time corresponding to the boundary j is changed from T j to T j ', that is, when T j ≦T j '. On the other hand, the evaluation unit 33 calculates the reliability as (L j -Δt j )/L j when the length of the element action section j becomes shorter when the time corresponding to the boundary j is changed from T j to T j ' , that is, when T j >T j '.

1つの要素行動区間に注目すると、区間の開始と終了との2つの境界について、それぞれ信頼度が算出される。評価部33は、2つの信頼度を統合して、該当の要素行動区間の最終的な信頼度を算出する。2つの信頼度の統合方法は、2つの信頼度のうち最小値を選択してもよいし、2つの信頼度の平均としてもよい。なお、行動区間の最初の要素行動区間については、それより前の要素行動区間がないため、評価部33は、区間の終了の境界について算出された信頼度を採用する。また、行動区間の最後の要素行動区間については、それより後の要素行動区間がないため、評価部33は、区間の開始の境界について算出された信頼度を採用する。評価部33は、要素行動区間の分節の推定結果に、算出した要素行動区間毎の信頼度を付与して、評価付き推定結果として出力する。Focusing on one element action section, the reliability is calculated for each of the two boundaries, the start and end of the section. The evaluation unit 33 integrates the two reliability to calculate the final reliability of the element action section. The two reliability may be integrated by selecting the minimum value of the two reliability, or by averaging the two reliability. For the first element action section of the action section, since there is no element action section prior to it, the evaluation unit 33 adopts the reliability calculated for the boundary at the end of the section. For the last element action section of the action section, since there is no element action section subsequent to it, the evaluation unit 33 adopts the reliability calculated for the boundary at the start of the section. The evaluation unit 33 assigns the reliability calculated for each element action section to the estimation result of the segmentation of the element action section, and outputs it as an estimated result with evaluation.

行動区間評価装置10は、例えば図12に示すコンピュータ50で実現されてよい。コンピュータ50は、CPU(Central Processing Unit)51と、一時記憶領域としてのメモリ52と、不揮発性の記憶部53とを備える。また、コンピュータ50は、入力部、表示部等の入出力装置54と、記憶媒体59に対するデータの読み込み及び書き込みを制御するR/W(Read/Write)部55とを備える。また、コンピュータ50は、インターネット等のネットワークに接続される通信I/F(Interface)56を備える。CPU51、メモリ52、記憶部53、入出力装置54、R/W部55、及び通信I/F56は、バス57を介して互いに接続される。The action interval evaluation device 10 may be realized, for example, by a computer 50 shown in FIG. 12. The computer 50 includes a CPU (Central Processing Unit) 51, a memory 52 as a temporary storage area, and a non-volatile storage unit 53. The computer 50 also includes an input/output device 54 such as an input unit and a display unit, and an R/W (Read/Write) unit 55 that controls the reading and writing of data from and to a storage medium 59. The computer 50 also includes a communication I/F (Interface) 56 that is connected to a network such as the Internet. The CPU 51, memory 52, storage unit 53, input/output device 54, R/W unit 55, and communication I/F 56 are connected to each other via a bus 57.

記憶部53は、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、フラッシュメモリ等によって実現されてよい。記憶媒体としての記憶部53には、コンピュータ50を、行動区間評価装置10として機能させるための行動区間評価プログラム60が記憶される。行動区間評価プログラム60は、抽出プロセス61と、機械学習プロセス70と、分節プロセス80とを有する。また、記憶部53は、推定モデル41を構成する情報が記憶される情報記憶領域90を有する。The memory unit 53 may be realized by a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), a flash memory, etc. The memory unit 53 as a storage medium stores an action interval evaluation program 60 for causing the computer 50 to function as the action interval evaluation device 10. The action interval evaluation program 60 has an extraction process 61, a machine learning process 70, and a segmentation process 80. The memory unit 53 also has an information storage area 90 in which information constituting the estimation model 41 is stored.

CPU51は、行動区間評価プログラム60を記憶部53から読み出してメモリ52に展開し、行動区間評価プログラム60が有するプロセスを順次実行する。CPU51は、抽出プロセス61を実行することで、図5に示す抽出部11として動作する。また、CPU51は、機械学習プロセス70を実行することで、図5に示す機械学習部20として動作する。また、CPU51は、分節プロセス80を実行することで、図5に示す分節部30として動作する。また、CPU51は、情報記憶領域90から情報を読み出して、推定モデル41をメモリ52に展開する。これにより、行動区間評価プログラム60を実行したコンピュータ50が、行動区間評価装置10として機能することになる。なお、プログラムを実行するCPU51はハードウェアである。The CPU 51 reads out the action section evaluation program 60 from the storage unit 53, expands it in the memory 52, and sequentially executes the processes of the action section evaluation program 60. The CPU 51 operates as the extraction unit 11 shown in FIG. 5 by executing the extraction process 61. The CPU 51 also operates as the machine learning unit 20 shown in FIG. 5 by executing the machine learning process 70. The CPU 51 also operates as the segmentation unit 30 shown in FIG. 5 by executing the segmentation process 80. The CPU 51 also reads out information from the information storage area 90 and expands the estimation model 41 in the memory 52. As a result, the computer 50 that has executed the action section evaluation program 60 functions as the action section evaluation device 10. The CPU 51 that executes the program is hardware.

なお、行動区間評価プログラム60により実現される機能は、例えば半導体集積回路、より詳しくはASIC(Application Specific Integrated Circuit)等で実現することも可能である。 In addition, the functions realized by the action interval evaluation program 60 can also be realized, for example, by a semiconductor integrated circuit, more specifically, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

次に、本実施形態に係る行動区間評価装置10の作用について説明する。行動区間評価装置10に学習用映像が入力され、推定モデル41の機械学習の実行が指示されると、行動区間評価装置10において、図13に示す機械学習処理が実行される。また、行動区間評価装置10に分節用映像が入力され、対象の行動区間の分節の実行が指示されると、行動区間評価装置10において、図14に示す分節処理が実行される。なお、機械学習処理及び分節処理は、開示の技術の行動区間評価方法の一例である。Next, the operation of the action section evaluation device 10 according to this embodiment will be described. When learning video is input to the action section evaluation device 10 and an instruction is given to execute machine learning of the estimation model 41, the action section evaluation device 10 executes the machine learning process shown in FIG. 13. When segmentation video is input to the action section evaluation device 10 and an instruction is given to execute segmentation of the target action section, the action section evaluation device 10 executes the segmentation process shown in FIG. 14. Note that the machine learning process and the segmentation process are examples of the action section evaluation method of the disclosed technology.

まず、図13に示す機械学習処理について説明する。First, we will explain the machine learning processing shown in Figure 13.

ステップS11で、抽出部11が、行動区間評価装置10に入力された学習用映像を取得し、学習用映像の行動区間の映像から人の動作に関する時系列の特徴量を抽出する。In step S11, the extraction unit 11 acquires the learning video input to the behavior section evaluation device 10 and extracts time series features related to human movements from the video of the behavior section of the learning video.

次に、ステップS12で、観測確率学習部21が、上記ステップS11で抽出された特徴量をクラスタリングすることにより、動作の数分のガウス分布が混合されたGMMのパラメータを推定する。そして、観測確率学習部21が、パラメータが推定されたGMMを構成する各ガウス分布を各動作の観測確率を表す確率分布として割り当てる。Next, in step S12, the observation probability learning unit 21 estimates the parameters of a GMM that contains a mixture of Gaussian distributions for the number of movements by clustering the features extracted in step S11. Then, the observation probability learning unit 21 assigns each Gaussian distribution constituting the GMM whose parameters have been estimated as a probability distribution representing the observation probability of each movement.

次に、ステップS13で、遷移確率学習部22が、上記ステップS11で抽出された時系列の特徴量を、教師ありデータが持つ教師情報が示す要素行動区間毎に振り分ける。次に、ステップS14で、遷移確率学習部22が、各要素行動区間に振り分けられた時系列の特徴量を観測データとし、上記ステップS12で算出された各動作の観測確率を固定し、動作間の遷移確率を算出する。Next, in step S13, the transition probability learning unit 22 distributes the time series feature values extracted in step S11 to each element action interval indicated by the teacher information of the supervised data. Next, in step S14, the transition probability learning unit 22 uses the time series feature values distributed to each element action interval as observed data, fixes the observation probability of each action calculated in step S12, and calculates the transition probability between actions.

次に、ステップS15で、構築部23が、教師情報で与えられた各要素行動区間の継続時間に基づいて、要素行動毎に継続時間の確率分布を設定する。次に、ステップS16で、構築部23が、上記ステップS12で算出された各動作の観測確率、上記ステップS14で算出された動作間の遷移確率、及び上記ステップS15で設定した各要素行動の継続時間を使用しHSMMを、推定モデル41として構築する。そして、構築部23が、構築した推定モデル41を所定の記憶領域に記憶し、機械学習処理は終了する。Next, in step S15, the construction unit 23 sets a probability distribution of duration for each element action based on the duration of each element action interval given in the teacher information. Next, in step S16, the construction unit 23 constructs an HSMM as an estimation model 41 using the observation probability of each action calculated in step S12, the transition probability between actions calculated in step S14, and the duration of each element action set in step S15. Then, the construction unit 23 stores the constructed estimation model 41 in a specified storage area, and the machine learning process ends.

次に、図14に示す分節処理について説明する。Next, we will explain the segmentation process shown in Figure 14.

ステップS21で、抽出部11が、行動区間評価装置10に入力された分節用映像を取得し、分節用映像の行動区間から人の動作に関する時系列の特徴量を抽出する。次に、ステップS22で、推定部31が、分節用映像の行動区間に対応する時系列の特徴量を推定モデル41に入力することにより、行動区間における要素行動区間の分節を推定する。In step S21, the extraction unit 11 acquires the segmentation video input to the action section evaluation device 10, and extracts time series features related to human movements from the action section of the segmentation video. Next, in step S22, the estimation unit 31 inputs the time series features corresponding to the action section of the segmentation video to the estimation model 41, thereby estimating the segmentation of element action sections in the action section.

次に、ステップS23で、算出部32が、行動区間に含まれる要素行動区間j毎に、境界jを取り出す。そして、算出部32が、境界jの前及び後の2つの要素行動区間を合わせた区間の特徴量{X,Xj+1}について、2つの要素行動の確率モデルM及びMj+1に対する適合度を、境界jを各時刻にずらした場合の関数E(t)として算出する。 Next, in step S23, the calculation unit 32 extracts a boundary j for each element action section j included in the action section. Then, the calculation unit 32 calculates the conformance of the feature amount {X j , X j+1 } of the section combining the two element action sections before and after the boundary j to the probabilistic models M j and M j+1 of the two element actions as a function E j (t) when the boundary j is shifted to each time.

次に、ステップS24で、評価部33が、推定結果が示す境界jに対応する時刻Tの場合の適合度の対数log(E(T))を基準に、境界jを変更した場合の適合度の対数が所定範囲となる最大時間Δtを算出する。次に、ステップS25で、評価部33が、最大時間Δtが要素行動区間jの長さに対して大きいほど信頼度が低くなるように、要素行動区間jの信頼度を算出する。上記ステップS23~S25は、行動区間に含まれる全ての境界について実行される。 Next, in step S24, the evaluation unit 33 calculates the maximum time Δtj at which the logarithm of the goodness of fit when boundary j is changed falls within a predetermined range, based on the logarithm log( Ej ( Tj )) of the goodness of fit for the time Tj corresponding to boundary j indicated by the estimation result. Next, in step S25, the evaluation unit 33 calculates the reliability of element activity section j so that the reliability decreases as the maximum time Δtj is longer relative to the length of element activity section j. The above steps S23 to S25 are executed for all boundaries included in the activity section.

次に、ステップS26で、評価部33が、要素行動区間の開始と終了との2つの境界について算出された2つの信頼度を統合して、各要素行動区間についての最終的な信頼度を算出する。次に、ステップS27で、評価部33が、要素行動区間の分節の推定結果に、算出した要素行動区間毎の信頼度を付与して、評価付き推定結果として出力し、分節処理は終了する。Next, in step S26, the evaluation unit 33 integrates the two reliability values calculated for the two boundaries, the start and end of the element action section, to calculate a final reliability value for each element action section. Next, in step S27, the evaluation unit 33 assigns the calculated reliability value for each element action section to the estimation result of the segmentation of the element action section, outputs it as an estimated result with an evaluation, and the segmentation process ends.

以上説明したように、本実施形態に係る行動区間評価装置は、人の行動を撮影した映像から抽出された時系列の特徴量と、行動に含まれる複数の要素行動の各々の確率モデルを含む推定モデルとに基づいて、要素行動区間の分節を推定する。また、行動区間評価装置は、隣接する要素行動区間の境界を変更した場合における、境界の前及び後の要素行動区間の各々に対応する時系列の特徴量の、その要素行動に対応する確率モデルに対する適合度を算出する。そして、行動区間評価装置は、境界の変更の度合いに応じた適合度の変化に基づいて、要素行動区間の分節の推定結果を評価する。これにより、人の映像において、指定した行動の分節の信頼度を精度良く評価することができる。すなわち、本実施形態に係る行動区間評価装置は、コンピュータの機能を改善するものである。As described above, the activity section evaluation device of this embodiment estimates the segmentation of element activity sections based on time series feature values extracted from video of a person's activity and an estimation model including a probability model for each of multiple element activity sections included in the activity. Furthermore, when the boundary between adjacent element activity sections is changed, the activity section evaluation device calculates the conformance of the time series feature values corresponding to each element activity section before and after the boundary to the probability model corresponding to the element activity. The activity section evaluation device then evaluates the estimation result of the segmentation of element activity sections based on the change in conformance according to the degree of change in the boundary. This makes it possible to accurately evaluate the reliability of the segmentation of a specified activity in a person's video. In other words, the activity section evaluation device of this embodiment improves the functionality of a computer.

なお、上記実施形態では、推定モデルがHSMMである場合について説明したが、これに限定されず、ニューラルネットワークを利用したモデルなど、他の機械学習モデルを適用してもよい。In the above embodiment, the estimation model is described as HSMM, but this is not limited to this and other machine learning models, such as a model using a neural network, may also be applied.

また、上記実施形態において、境界の変更の度合いに応じた適合度の変化に基づく評価値に加え、図3で説明した比較例の相対適合度から算出される信頼度も考慮し、それらの最小値をとるなどして、最終的な信頼度を算出してもよい。 In addition, in the above embodiment, in addition to the evaluation value based on the change in conformity according to the degree of boundary change, the final reliability may be calculated by taking into account the reliability calculated from the relative conformity of the comparative example described in Figure 3 and taking the minimum value of these.

また、上記実施形態では、行動区間評価装置において、分節用映像の行動区間における要素行動区間の分節の推定を行う場合について説明したが、分節用映像の代わりに、要素行動区間の分節の推定結果を取得するようにしてもよい。この場合、分節部30は、要素行動区間の分節の推定結果を取得する取得部を備えると共に、推定部31を省略してよい。In the above embodiment, the action section evaluation device estimates the segmentation of element action sections in the action section of the segmentation video, but the estimation result of the segmentation of the element action section may be acquired instead of the segmentation video. In this case, the segmentation unit 30 may include an acquisition unit that acquires the estimation result of the segmentation of the element action section, and the estimation unit 31 may be omitted.

また、上記実施形態では、機械学習部と分節部とを含む行動区間評価装置を1つのコンピュータで実現する場合について説明したが、それぞれ別のコンピュータで実現するようにしてもよい。 In addition, in the above embodiment, a case has been described in which an action interval evaluation device including a machine learning unit and a segmentation unit is realized by a single computer, but each may also be realized by a separate computer.

また、上記実施形態では、行動区間評価プログラムが記憶部に予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、これに限定されない。開示の技術に係るプログラムは、CD-ROM、DVD-ROM、USBメモリ等の記憶媒体に記憶された形態で提供することも可能である。 In the above embodiment, the behavior interval evaluation program is pre-stored (installed) in the storage unit, but this is not limiting. The program according to the disclosed technology can also be provided in a form stored in a storage medium such as a CD-ROM, DVD-ROM, or USB memory.

10 行動区間評価装置
11 抽出部
20 機械学習部
21 観測確率学習部
22 遷移確率学習部
23 構築部
30 分節部
31 推定部
32 算出部
33 評価部
41 推定モデル
50 コンピュータ
51 CPU
52 メモリ
53 記憶部
54 入出力装置
55 R/W部
56 通信I/F
57 バス
59 記憶媒体
60 行動区間評価プログラム
61 抽出プロセス
70 機械学習プロセス
80 分節プロセス
90 情報記憶領域
REFERENCE SIGNS LIST 10 Action interval evaluation device 11 Extraction unit 20 Machine learning unit 21 Observation probability learning unit 22 Transition probability learning unit 23 Construction unit 30 Segmentation unit 31 Estimation unit 32 Calculation unit 33 Evaluation unit 41 Estimation model 50 Computer 51 CPU
52 Memory 53 Storage unit 54 Input/output device 55 R/W unit 56 Communication I/F
57 Bus 59 Storage medium 60 Action interval evaluation program 61 Extraction process 70 Machine learning process 80 Segmentation process 90 Information storage area

Claims (9)

人の行動を撮影した映像から抽出された時系列の特徴量と、前記行動に含まれる複数の要素行動の各々の確率モデルを含む推定モデルとに基づく、前記要素行動の時間区間である要素行動区間の分節の推定結果を取得し、
隣接する要素行動区間の境界を変更した場合における、前記境界の前及び後の前記要素行動区間の各々に対応する前記時系列の特徴量の、前記要素行動に対応する前記確率モデルに対する適合度を算出し、
前記境界の変更の度合いに応じた前記適合度の変化に基づいて、前記要素行動区間の分節の推定結果を評価する
ことを含む処理をコンピュータに実行させるための行動区間評価プログラム。
obtaining an estimation result of segmentation of an element behavior interval, which is a time interval of the element behavior, based on a time series feature amount extracted from a video of a human behavior and an estimation model including a probabilistic model for each of a plurality of element behaviors included in the behavior;
calculating a degree of conformity of the feature quantity of the time series corresponding to each of the element action sections before and after the boundary, when a boundary between adjacent element action sections is changed, to the probabilistic model corresponding to the element action;
evaluating an estimation result of the segmentation of the element action interval based on a change in the degree of the conformance according to the degree of the change in the boundary.
前記推定結果を評価する処理は、前記推定結果が示す前記境界となる時刻を基準として前記境界を変更した場合に、前記適合度の変化が所定範囲内となる時間幅の最大値が大きいほど、前記推定結果の信頼度が低いと評価することを含む請求項1に記載の行動区間評価プログラム。 The action interval evaluation program according to claim 1, wherein the process of evaluating the estimation result includes evaluating the reliability of the estimation result as being lower the greater the maximum value of the time span in which the change in the degree of conformance falls within a predetermined range when the boundary is changed based on the time that is the boundary indicated by the estimation result. 前記推定結果を評価する処理は、前記要素行動区間の長さに対する前記時間幅の最大値が大きいほど、前記推定結果の信頼度が低いと評価することを含む請求項2に記載の行動区間評価プログラム。 The behavior interval evaluation program according to claim 2, wherein the process of evaluating the estimation result includes evaluating the reliability of the estimation result as being lower the greater the maximum value of the time width relative to the length of the element behavior interval. 前記推定結果を評価する処理は、前記要素行動区間の長さに対する前記時間幅の最大値に基づく信頼度を算出し、前記要素行動区間の開始時刻に対応する境界を変更した場合に算出された前記信頼度と、前記要素行動区間の終了時刻に対応する境界を変更した場合に算出された前記信頼度とを統合して最終的な信頼度を算出することを含む請求項3に記載の行動区間評価プログラム。 The activity interval evaluation program according to claim 3, wherein the process of evaluating the estimation result includes calculating a reliability based on the maximum value of the time width relative to the length of the element activity interval, and integrating the reliability calculated when the boundary corresponding to the start time of the element activity interval is changed with the reliability calculated when the boundary corresponding to the end time of the element activity interval is changed to calculate a final reliability. 前記人の行動を撮影した映像から前記時系列の特徴量を抽出し、
抽出した前記時系列の特徴量と、前記推定モデルとに基づいて、前記要素行動区間の分節を推定する
ことをさらに含む処理を前記コンピュータに実行させるための請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の行動区間評価プログラム。
Extracting the time series of features from a video of the person's behavior;
5. The action interval evaluation program according to claim 1, further comprising: estimating a segmentation of the elemental action interval based on the extracted time-series feature amount and the estimation model.
前記推定モデルを、要素行動区間の分節が既知の行動区間の映像から抽出された時系列の特徴量を教師情報として機械学習を実行することにより生成することをさらに含む処理を前記コンピュータに実行させるための請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の行動区間評価プログラム。 The action interval evaluation program according to any one of claims 1 to 5, which causes the computer to execute a process further including generating the estimation model by executing machine learning using as training information time-series features extracted from video of an action interval in which the segmentation of element action intervals is known. 前記行動は、人が製品を製造する行動であり、
前記要素行動は、前記製造の各工程を実施する際の前記人の動作の組み合わせである
請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の行動区間評価プログラム。
the action being an action of a person manufacturing a product;
7. The action interval evaluation program according to claim 1, wherein the element actions are a combination of the actions of the person when performing each process of the manufacturing.
人の行動を撮影した映像から抽出された時系列の特徴量と、前記行動に含まれる複数の要素行動の各々の確率モデルを含む推定モデルとに基づく、前記要素行動の時間区間である要素行動区間の分節の推定結果を取得する取得部と、
隣接する要素行動区間の境界を変更した場合における、前記境界の前及び後の前記要素行動区間の各々に対応する前記時系列の特徴量の、前記要素行動に対応する前記確率モデルに対する適合度を算出する算出部と、
前記境界の変更の度合いに応じた前記適合度の変化に基づいて、前記要素行動区間の分節の推定結果を評価する評価部と、
を含む行動区間評価装置。
an acquisition unit that acquires an estimation result of a segmentation of an element behavior section, which is a time section of the element behavior, based on a time series feature amount extracted from a video of a human behavior and an estimation model including a probabilistic model for each of a plurality of element behaviors included in the behavior;
a calculation unit that calculates a degree of conformity of the feature quantity of the time series corresponding to each of the element action sections before and after a boundary between adjacent element action sections when the boundary is changed, to the probabilistic model corresponding to the element action;
an evaluation unit that evaluates an estimation result of the segmentation of the element action section based on a change in the degree of conformance according to a degree of change in the boundary;
An action interval evaluation device comprising:
人の行動を撮影した映像から抽出された時系列の特徴量と、前記行動に含まれる複数の要素行動の各々の確率モデルを含む推定モデルとに基づく、前記要素行動の時間区間である要素行動区間の分節の推定結果を取得し、
隣接する要素行動区間の境界を変更した場合における、前記境界の前及び後の前記要素行動区間の各々に対応する前記時系列の特徴量の、前記要素行動に対応する前記確率モデルに対する適合度を算出し、
前記境界の変更の度合いに応じた前記適合度の変化に基づいて、前記要素行動区間の分節の推定結果を評価する
ことを含む処理をコンピュータが実行する行動区間評価方法。
obtaining an estimation result of segmentation of an element behavior interval, which is a time interval of the element behavior, based on a time series feature amount extracted from a video of a human behavior and an estimation model including a probabilistic model for each of a plurality of element behaviors included in the behavior;
calculating a degree of conformity of the feature quantity of the time series corresponding to each of the element action sections before and after the boundary, when a boundary between adjacent element action sections is changed, to the probabilistic model corresponding to the element action;
evaluating an estimation result of the segmentation of the elemental action interval based on a change in the goodness of fit according to a degree of change in the boundary.
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