JP7625889B2 - Abnormality determination device, abnormality determination method, and abnormality determination program - Google Patents
Abnormality determination device, abnormality determination method, and abnormality determination program Download PDFInfo
- Publication number
- JP7625889B2 JP7625889B2 JP2021026987A JP2021026987A JP7625889B2 JP 7625889 B2 JP7625889 B2 JP 7625889B2 JP 2021026987 A JP2021026987 A JP 2021026987A JP 2021026987 A JP2021026987 A JP 2021026987A JP 7625889 B2 JP7625889 B2 JP 7625889B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- distribution
- determination
- data
- difference
- observation
- 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
Links
Images
Landscapes
- Image Analysis (AREA)
Description
この発明は、変分自己符号化器(VAE:Variational Autoencoder)を活用し、観測対象の異常を判定する技術に関する。 This invention relates to a technology that uses a variational autoencoder (VAE) to determine abnormalities in an observed object.
従来、変分自己符号化器(以下、VAE(Variational Autoencoder)と言う。)を活用し、観測対象の状態が正常であるか、異常であるかを判定する装置があった(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there have been devices that use a variational autoencoder (hereinafter referred to as VAE (Variational Autoencoder)) to determine whether the state of an observed object is normal or abnormal (see, for example, Patent Document 1).
VAEは、入力データである観測データから潜在変数を算出するエンコーダと、潜在変数から観測データを復元するデコーダとを備えるモデルである。VAEは、主に観測対象の正常時の観測データを用いた機械学習によって生成される。ここでは、潜在変数から復元された観測データを復元データと言う。 The VAE is a model that includes an encoder that calculates latent variables from the observational data, which is the input data, and a decoder that restores the observational data from the latent variables. The VAE is generated by machine learning that mainly uses observational data of the object under normal conditions. Here, the observational data restored from the latent variables is called restored data.
特許文献1に記載された装置は、観測データと、復元データとの差分を算出し、この差分に基づいて、観測対象の状態が正常であるか、異常であるかを判定する構成である。
The device described in
様々な分野で、観測対象の状態が正常であるか、異常であるかの判定精度を向上させたい、という要望がある。この要望に応える技術として、VAEが注目されている。 In a variety of fields, there is a demand for improved accuracy in determining whether the state of an observed object is normal or abnormal. VAE is attracting attention as a technology that can meet this demand.
この発明の目的は、変分自己符号化器を活用し、観測対象の状態が正常であるか、異常であるかの判定精度を向上させる技術を提供することにある。 The objective of this invention is to provide a technology that utilizes a variational autoencoder to improve the accuracy of determining whether the state of an observed object is normal or abnormal.
この発明の異常判定装置は、上記目的を達成するため以下に示すように構成している。 To achieve the above objective, the abnormality determination device of the present invention is configured as follows:
異常判定装置は、観測対象の正常時の観測データを含む訓練データを用いて学習させた変分自己符号化器(VAE:Variational Autoencoder)を備える。観測データは、センサでセンシングしたセンシングデータである。例えば、観測データは、観測対象を撮像したフレーム画像の画像データであってもよいし、観測対象の音を収音した収音データであってもよいし、その他のセンシングデータであってもよい。 The anomaly determination device is equipped with a variational autoencoder (VAE) that is trained using training data including observation data of the object under normal conditions. The observation data is sensing data sensed by a sensor. For example, the observation data may be image data of a frame image capturing an image of the object under observation, sound capture data capturing the sound of the object under observation, or other sensing data.
記憶部は、変分自己符号化器のエンコーダが、観測対象の正常時の観測データから抽出した潜在変数の分布を基準分布として記憶する。この基準分布は、例えば、変分自己符号化器の学習時に取得したものであってもよいし、変分自己符号化器の学習後に取得したものであってもよい。また、基準分布は、例えば、n次元の正規分布である。 The storage unit stores, as a reference distribution, the distribution of latent variables extracted by the encoder of the variational autoencoder from the observation data of the observation target under normal conditions. This reference distribution may be, for example, one obtained during training of the variational autoencoder, or one obtained after training of the variational autoencoder. In addition, the reference distribution is, for example, an n-dimensional normal distribution.
分布取得部は、変分自己符号化器のエンコーダが、観測対象の状態判定用の観測データから抽出した潜在変数の分布を判定用分布として取得する。第1算出部が、基準分布と判定用分布との差分を算出する。第1算出部は、例えば、基準分布と判定用分布との差分として、基準分布に対する判定用分布の外れ度合いを算出する。例えば、第1算出部は、基準分布と判定用分布との差分として、基準分布の分布平均値と、判定用分布の分布平均値との差分を算出する。 The distribution acquisition unit acquires, as a judgment distribution, the distribution of latent variables extracted by the encoder of the variational autoencoder from the observation data for judging the state of the observation target. The first calculation unit calculates the difference between the reference distribution and the judgment distribution. The first calculation unit calculates, for example, the degree of deviation of the judgment distribution from the reference distribution as the difference between the reference distribution and the judgment distribution. For example, the first calculation unit calculates, as the difference between the reference distribution and the judgment distribution, the difference between the distribution mean of the reference distribution and the distribution mean of the judgment distribution.
判定部が、第1算出部が算出した差分に基づいて、観測対象が異常状態であるかどうかを判定する。 The determination unit determines whether the observation target is in an abnormal state based on the difference calculated by the first calculation unit.
この構成では、変分自己符号化器のデコーダの精度の影響を受けることなく、観測対象の状態が正常であるか、異常であるかを判定できる。 With this configuration, it is possible to determine whether the state of the observed object is normal or abnormal without being affected by the accuracy of the variational autoencoder decoder.
また、観測対象の観測データが、この観測対象を撮像したフレーム画像にかかる画像データである場合、このフレーム画像を分割した各分割領域にしてもよい。この場合、記憶部が、分割領域毎に、基準分布を記憶し、分布取得部は、分割領域毎に、判定用分布を取得し、第1算出部は、分割領域毎に、基準分布と前記判定用分布との差分を算出し、判定部は、分割領域毎に、観測対象が異常状態であるかどうかを判定する構成としてもよい。 In addition, when the observation data of the observation target is image data related to a frame image capturing the observation target, the frame image may be divided into each divided region. In this case, the storage unit may store a reference distribution for each divided region, the distribution acquisition unit may acquire a distribution for judgment for each divided region, the first calculation unit may calculate the difference between the reference distribution and the distribution for judgment for each divided region, and the judgment unit may determine whether the observation target is in an abnormal state for each divided region.
このように構成すれば、フレーム画像の領域毎に(すなわちその撮像領域に撮像されている観測対象の部位毎に、)、異常状態であるかどうかを判定することができる。 With this configuration, it is possible to determine whether or not an abnormality exists for each region of the frame image (i.e., for each part of the observation object captured in that imaging region).
また、例えば、変分自己符号化器のエンコーダが潜在変数を抽出した観測対象の状態判定用の観測データと、変分自己符号化器のデコーダが、この観測対象の状態判定用の観測データから復元した復元観測データと、の差分を算出する第2算出部を備え、判定部が、第1算出部が算出した差分、および第2算出部が算出した差分に基づいて、観測対象が異常状態であるかどうかを判定する構成にしてもよい。 In addition, for example, the configuration may include a second calculation unit that calculates the difference between the observation data for determining the state of the observation object from which the encoder of the variational autoencoder has extracted latent variables and the reconstructed observation data reconstructed from the observation data for determining the state of the observation object by the decoder of the variational autoencoder, and the determination unit may determine whether the observation object is in an abnormal state based on the difference calculated by the first calculation unit and the difference calculated by the second calculation unit.
この場合、例えば、判定部は、第1算出部が算出した差分に基づいて、観測対象が異常状態でないと判定し、且つ第2算出部が算出した差分に基づいて、観測対象が異常状態でないと判定した場合に、観測対象が異常状態でないと判定する。 In this case, for example, the determination unit determines that the observation target is not in an abnormal state when the determination unit determines that the observation target is not in an abnormal state based on the difference calculated by the first calculation unit and determines that the observation target is not in an abnormal state based on the difference calculated by the second calculation unit.
このように構成すれば、観測対象が、正常状態であるときに、異常状態であるとする誤判定を抑えられる。 This configuration can reduce the risk of erroneously determining that the observed state is abnormal when it is actually normal.
この発明によれば、観測対象の状態が正常であるか、異常であるかの判定精度の向上が図れる。 This invention improves the accuracy of determining whether the state of an observed object is normal or abnormal.
以下、この発明の実施形態について説明する。 The following describes an embodiment of the invention.
<1.適用例>
図1は、変分自己符号化器を説明する概略図である。変分自己符号化器1(以下、VAE1(Variational Autoencoder)と言う。)は、公知のように、コンピュータで構成される。VAE1は、観測対象の正常時の観測データを含む訓練データを用いた深層学習(ディープラーニング)で生成させたモデルであり、エンコーダ2、およびデコーダ3を有する。エンコーダ2、およびデコーダ3は、ニューラルネットである。エンコーダ2は、入力された観測データから潜在変数zを抽出する。デコーダ3は、潜在変数zを入力とし、観測データを復元する。ここでは、デコーダ3が潜在変数zから復元した観測データを復元データと言う。
<1. Application examples>
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a variational autoencoder. As is well known, the variational autoencoder 1 (hereinafter referred to as VAE1 (Variational Autoencoder)) is composed of a computer. The VAE1 is a model generated by deep learning using training data including normal observation data of an observation target, and has an
観測データは、センサでセンシングしたセンシングデータである。例えば、観測データは、観測対象を撮像したフレーム画像の画像データであってもよいし、観測対象の音を収音した収音データであってもよいし、その他のセンシングデータであってもよい。 The observation data is sensing data sensed by a sensor. For example, the observation data may be image data of a frame image capturing an image of the observation target, sound capture data capturing the sound of the observation target, or other sensing data.
なお、観測データは、数値を時系列に並べたものであってもよいし、フーリエ変換等の処理を行って生成した周波数画像であってもよい。 The observation data may be a time series of numerical values, or a frequency image generated by processing such as a Fourier transform.
ディープラーニングでは、エンコーダ2が観測データから潜在変数zを抽出する条件付確率q(z|x)を学習し、デコーダ3が潜在変数zから観測データを復元する条件付確率p(x|z)を学習する。
In deep learning, the
また、この例では、エンコーダ2、およびデコーダ3は、潜在変数zが特定分布になるように、条件付確率q(z|x)、および条件付確率p(x|z)を学習している。特定分布は、例えば、n次元の正規分布であってもよいし、半径rの超球表面の分布であってもよいし、他の分布であってもよい。
In this example, the
この例の異常判定装置は、VAE1を備えている。また、この例の異常判定装置は、VAE1のエンコーダ2が、観測対象の正常時の観測データから抽出した潜在変数zの分布を基準分布として記憶している。基準分布は、条件付確率q(z|x)、および条件付確率p(x|z)をエンコーダ2、およびデコーダ3に学習させているときに生成したものであってもよいし、エンコーダ2、およびデコーダ3が条件付確率q(z|x)、および条件付確率p(x|z)の学習後に、観測対象の正常時の観測データを追加処理させて生成したものであってもよい。
The anomaly determination device of this example includes a VAE1. The anomaly determination device of this example also stores, as a reference distribution, the distribution of latent variables z extracted by the
この例の異常判定装置は、VAE1のエンコーダ2が入力された観測データから抽出した潜在変数zの分布と、記憶している基準分布との差分を算出する。すなわち、この例の異常判定装置は、VAE1のエンコーダ2が入力された観測データから抽出した潜在変数zの分布と、基準分布との外れ度合いを算出する。この例の異常判定装置は、算出した差分に基づいて、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかを判定する。
The anomaly determination device of this example calculates the difference between the distribution of latent variables z extracted from the observation data input by the
したがって、この例の異常判定装置は、VAE1のデコーダ3の精度の影響を受けることなく、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかを判定できる。これにより、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかの判定精度の向上が図れる。
Therefore, the abnormality determination device of this example can determine whether the observed object is in a normal state or an abnormal state without being affected by the accuracy of the
<2.構成例>
図2は、この例の異常判定装置の主要部の構成を示すブロック図である。この例の異常判定装置10は、制御ユニット11と、入力部12と、出力部13と、記憶部14とを備えている。
2. Configuration example
2 is a block diagram showing the configuration of the main parts of the
異常判定装置10の制御ユニット11は、ハードウェアCPU、メモリ、その他の電子回路によって構成されている。制御ユニット11は、VAE1、分布取得部21、第1算出部22、および判定部23を有している。
The
入力部12は、正常状態であるか、異常状態であるかを判定する観測対象の観測データが入力される。観測データは、上述した通り、センサでセンシングしたセンシングデータである。例えば、観測データは、観測対象を撮像したフレーム画像の画像データであってもよいし、観測対象の音を収音した収音データであってもよいし、その他のセンシングデータであってもよい。
The
出力部13は、制御ユニット11が観測対象について判定した判定結果(正常状態、または異常状態)を上位装置(不図示)に出力する。
The
記憶部14は、上記した潜在変数zの基準分布を記憶する。記憶部14は、不揮発性のメモリで構成するのが好ましいが、揮発性のメモリであってもよい。また、記憶部14は、メモリカード等の異常判定装置10本体に対して着脱自在のものであってもよい。また、記憶部14は、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)の記憶領域の一部を利用してもよい。
The
次に、制御ユニット11が有するVAE1、分布取得部21、第1算出部22、および判定部23について説明する。
Next, we will explain the VAE1,
VAE1は、上述した通り、観測対象の正常時の観測データを含む訓練データを用いた深層学習で生成させたモデルである。 As described above, VAE1 is a model generated by deep learning using training data that includes observation data of the object under normal conditions.
分布取得部21は、VAE1のエンコーダ2によって抽出された観測データの潜在変数zの分布を判定用分布として取得する。
The
第1算出部22は、分布取得部21が取得した判定用分布と、記憶部14に記憶している基準分布との差分(外れ度合い)を算出する。例えば、第1算出部22は、基準分布の分布平均値と、判定用分布の分布平均値との距離を差分として算出する。また、第1算出部22は、潜在変数zの要素毎に距離を算出し、その総和、平均値、中央値等を、判定用分布と基準分布との差分(外れ度合い)として算出してもよい。また、第1算出部22は、判定用分布の特徴量と、基準分布の特徴量とを算出し、これらの特徴量の差分を、判定用分布と基準分布との差分として算出してもよい。
The
判定部23は、第1算出部22が算出した基準分布と判定用分布との差分に基づいて、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかを判定する。例えば、判定部23は、基準分布と判定用分布との差分が予め定めた判定閾値未満であれば、観測対象を正常状態であると判定する。判定部23は、基準分布と判定用分布との差分が予め定めた判定閾値以上であれば、観測対象を異常状態であると判定する。
The
異常判定装置10の制御ユニット11を構成するハードウェアCPUが、この発明にかかる異常判定プログラムを実行したときに、VAE1、分布取得部21、第1算出部22、および判定部23として動作する。また、メモリは、この発明にかかる異常判定プログラムを展開する領域や、この異常判定プログラムの実行時に生じたデータ等を一時記憶する領域を有している。制御ユニット11は、ハードウェアCPU、メモリ等を一体化したLSIであってもよい。また、ハードウェアCPUが、この発明にかかる異常判定方法を実行するコンピュータである。
When the hardware CPU constituting the
<3.動作例>
図3は、この例の異常判定装置の動作を示すフローチャートである。異常判定装置10は、入力部12に入力された観測対象の観測データを一時的に記憶する観測データ記憶部(不図示)を有している。観測データは、一定時間間隔で入力されてもよいし、予め定めた特定事象を検知したタイミングで入力されてもよいし、その他のタイミングで入力されてもよい。特定事象を検知したタイミングとは、例えば、特定の操作が行われたタイミング、観測データをセンシングするセンサとは別のセンサで状態変化を検出したタイミング(例えば、赤外線センサで移動体を検出したタイミング、ドア開閉センサでドアの開閉状態の変化を検出したタイミング)である。
<3. Operation example>
3 is a flowchart showing the operation of the abnormality determination device of this example. The
異常判定装置10は、観測データ記憶部に一時的に記憶した観測データの中から、処理対象の観測データを選択する(s1)。例えば、観測データが100msec間隔で入力部12に入力されている場合、入力された観測データを入力された順番に処理対象の観測データとして選択してもよいし、前回選択した処理対象の観測データからm個目(m>1)の観測データを処理対象の観測データとして選択してもよい。例えば、観測データが撮像装置によって撮像された観測対象の動画像である場合、この動画像のフレーム画像を順番に処理対象の観測データとして選択してもよいし、前回処理対象の観測データとして選択したフレーム画像からmフレーム目のフレーム画像を処理対象の観測データとして選択してもよい。
The
なお、上記した処理対象の観測データを選択する手法は、一例であって、他の手法で選択してもよい。 Note that the above method for selecting the observation data to be processed is just one example, and other methods may be used for selection.
異常判定装置10は、s1で選択した処理対象の観測データをVAE1のエンコーダ2でエンコードし、この観測データの潜在変数zを抽出する(s2)。このとき、VAE1は、デコーダ3で抽出した潜在変数zから観測データを復元してもよいし、復元しなくてもよい。
The
分布取得部21が、観測データから抽出された潜在変数zの分布を判定用分布として取得する(s3)。第1算出部22が、s3で取得した判定用分布と、記憶部14に記憶している潜在変数zの基準分布との差分を外れ度合いとして算出する(s4)。例えば、第1算出部22は、基準分布の分布平均値と、判定用分布の分布平均値との距離を差分として算出する。
The
なお、第1算出部22は、潜在変数zの要素毎に距離を算出し、その総和、平均値、中央値等を、判定用分布と基準分布との差分(外れ度合い)として算出してもよい。
The
判定部23は、第1算出部22が算出した基準分布と判定用分布との差分に基づいて、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかを判定する(s5)。例えば、判定部23は、基準分布と判定用分布との差分が予め定めた判定閾値未満であれば、観測対象を正常状態であると判定する。判定部23は、基準分布と判定用分布との差分が予め定めた判定閾値以上であれば、観測対象を異常状態であると判定する。
The
異常判定装置10は、出力部13がs5における判定結果を上位装置に出力し(s6)、s1に戻る。s6では、判定結果が正常状態であれば、上位装置に出力せず、異常状態であった場合のみ、上位装置に出力するようにしてもよい。
In the
このように、この例の異常判定装置10は、VAE1のデコーダ3の精度の影響を受けることなく、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかを判定できる。これにより、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかの判定精度の向上が図れる。
In this way, the
<4.変形例>
・変形例1
図4は、変形例1の異常判定装置の主要部の構成を示すブロック図である。この変形例1の異常判定装置10Aは、第2算出部24、および判定部25を備えている点で、図2に示した異常判定装置10と異なる。また、判定部25は、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかを判定する構成ではあるが、図2に示した異常判定装置10の判定部23と処理が異なる。
4. Modifications
Fig. 4 is a block diagram showing the configuration of the main parts of the abnormality determination device of
第2算出部24は、入力された観測データと、VAE1のデコーダ3が潜在変数zから復元した復元データと、の差分を算出する。第2算出部24は、入力された観測データの要素毎に、対応する復元データの要素との距離を算出し、その総和を入力された観測データと、VAE1のデコーダ3が潜在変数zから復元した復元データと、の差分として算出してもよい。また、第2算出部24は、入力された観測データの特徴量と、復元データの特徴量とを算出し、これらの特徴量の差分を、観測データと復元データの差分として算出してもよい。また、第2算出部24は、上記した特許文献1(特許第6740247号公報)に記載されているように、入力された観測データと、VAE1のデコーダ3が潜在変数zから復元した復元データとの、各次元の異常度に相関のある尤度を算出し、この尤度に基づくスコアを観測データと、復元データとの差分として算出してもよいし、他の手法で算出してもよい。
The
また、判定部25は、第1算出部22が算出した基準分布と判定用分布との差分、および第2算出部24が算出した観測データと復元データとの差分に基づき、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかを判定する。この変形例1では、判定部25は、第1算出部22が算出した基準分布と判定用分布との差分に基づいて観測対象が正常状態であると判定し、且つ第2算出部24が算出した観測データと復元データとの差分に基づいて観測対象が正常状態であると判定した場合に、観測対象を正常状態と判定する。言い換えれば、判定部25は、第1算出部22が算出した基準分布と判定用分布との差分、または第2算出部24が算出した観測データと復元データとの差分の一方、または両方について、観測対象が正常状態でないと判定した場合に、観測対象を異常状態と判定する。
The
図5は、この変形例1の異常判定装置の動作を示すフローチャートである。 Figure 5 is a flowchart showing the operation of the abnormality determination device of this modified example 1.
この変形例1の異常判定装置10Aは、観測データ記憶部に一時的に記憶した観測データの中から、処理対象の観測データを選択する(s11)。s11は、上記した例のs1と同様の処理である。異常判定装置10Aは、s11で選択した処理対象の観測データをVAE1のエンコーダ2でエンコードし、この観測データの潜在変数zを抽出する(s12)。s12は、上記した例のs2と同様の処理である。また、異常判定装置10Aは、s12で抽出された潜在変数zをVAE1のデコーダ3でデコードし、この観測データの復元データを生成する(s13)。
The
分布取得部21が、観測データから抽出された潜在変数zの分布を判定用分布として取得する(s14)。s14は、上記した例のs3と同様の処理である。第1算出部22が、s14で取得した判定用分布と、記憶部14に記憶している潜在変数zの基準分布との差分を外れ度合いとして算出する(s15)。s15は、上記した例のs4と同様の処理である。判定部25は、第1算出部22が算出した基準分布と判定用分布との差分に基づいて、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかを判定する第1判定処理を行う(s16)。s16は、上記した例のs5と同様の処理である。
The
異常判定装置10Aは、s16の第1判定処理で観測対象が異常状態であると判定すると、出力部13が観測対象の異常状態を上位装置に出力し(s17、s22)、s11に戻る。
When the
また、異常判定装置10Aは、s16の第1判定処理で観測対象が正常状態であると判定すると、第2算出部24が観測データとs3のデコード処理で生成した復元データとの差分を算出する(s17、s18)。判定部25は、s18で算出された観測データと、復元データとの差分に基づき、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかを判定する第2判定処理を行う(s19)。
When the
異常判定装置10Aは、s19の第2判定処理で観測対象が異常状態であると判定すると、出力部13が観測対象の異常状態を上位装置に出力し(s20、s22)、s11に戻る。また、異常判定装置10Aは、s19の第2判定処理で観測対象が正常状態であると判定すると、出力部13が観測対象の正常状態を上位装置に出力し(s20、s21)、s11に戻る。
When the
このように、この変形例1の異常判定装置10Aは、観測データから取得した潜在変数zの判定用分布と、潜在変数zの基準分布との差分、および観測データと復元データとの差分に基づいて、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかを判定する。したがって、観測対象が正常状態であるか、異常状態であるかの判定精度の向上が図れる。
In this way, the
また、この変形例1では、第1判定処理(観測データから取得した潜在変数zの判定用分布と、潜在変数zの基準分布との差分による判定)で、観測対象が正常状態でないと判定すると、s18~s21にかかる処理を行わない構成にしている。したがって、異常判定装置10Aの処理負荷も抑えられる。
In addition, in this modified example 1, if the first judgment process (judgment based on the difference between the judgment distribution of the latent variable z obtained from the observation data and the reference distribution of the latent variable z) judges that the observation target is not in a normal state, the processes from s18 to s21 are not performed. Therefore, the processing load of the
また、上記の説明では、第1判定処理(観測データから取得した潜在変数zの判定用分布と、潜在変数zの基準分布との差分による判定)を、第2判定処理(観測データと復元データとの差分による判定)よりも先に行う構成としたが、第2判定処理を第1判定処理よりも先に行ってもよい。この場合、先に実行した第2判定処理で観測対象が正常状態でないと判定すると、第1判定処理を実行しない構成にすればよい。 In addition, in the above explanation, the first judgment process (judgment based on the difference between the judgment distribution of the latent variable z obtained from the observed data and the reference distribution of the latent variable z) is configured to be performed before the second judgment process (judgment based on the difference between the observed data and the restored data), but the second judgment process may be performed before the first judgment process. In this case, if the observed object is judged to be not in a normal state in the second judgment process executed first, the first judgment process may not be executed.
なお、異常判定装置10Aは、上記した例と同様に、出力部13が観測対象の正常状態を上位装置に出力する処理(s21にかかる処理)を実行しない構成であってもよい。
As in the above example, the
・変形例2
この変形例2の異常判定装置は、図4に示した変形例1の異常判定装置10Aと同様の構成である。
The abnormality determination device of the second modification has a configuration similar to that of the
図6は、この変形例2の異常判定装置の動作を示すフローチャートである。この変形例の異常判定装置10Aは、変形例1で説明したs11~s16にかかる処理を実行する(s31~s36)。また、s36にかかる処理を終了すると、変形例1で説明したs18、s19にかかる処理を実行する(s37、s38)。
Figure 6 is a flowchart showing the operation of the abnormality determination device of this modified example 2. The
この変形例2の異常判定装置10Aは、第1判定処理、および第2判定処理の両方で、観測対象が正常状態であると判定した場合、出力部13が観測対象の正常状態を上位装置に出力し(s40)、s31に戻る。
When the
また、この変形例2の異常判定装置10Aは、第1判定処理、および第2判定処理の一方で観測対象が正常状態であると判定し、他方で観測対象が異常状態であると判定した場合、出力部13が観測対象の要注意状態を上位装置に出力し(s41、s42)、s31に戻る。
In addition, when the
また、この変形例2の異常判定装置10Aは、第1判定処理、および第2判定処理の両方で観測対象が異常状態であると判定した場合、出力部13が観測対象の異常状態を上位装置に出力し(s41、s43)、s31に戻る。
In addition, in the
この変形例2の異常判定装置10Aは、観測対象の状態を、正常状態、異常状態に要注意状態を加えた3段階で判断できる。これにより、観測対象の状態管理を、よりきめ細かく行える。
The
なお、異常判定装置10Aは、上記した例と同様に、出力部13が観測対象の正常状態を上位装置に出力する処理(s40にかかる処理)を実行しない構成であってもよい。
As in the above example, the
・変形例3
この変形例3の異常判定装置10Bは、観測データとして、ビデオカメラ等の撮像装置によって撮像された動画像にかかるフレーム画像が入力される。図7(A)は、観測データの一例を示す図である。図7に示す観測データは、観測対象を車両が走行する道路とした例である。
The
この変形例3の異常判定装置10Bは、例えば、道路上に障害物(落下物)がある場合に、観測対象である道路が異常状態であると判定する。
The
この変形例3の異常判定装置10Bは、観測データであるフレーム画像を予め定めた複数の分割領域に分割する。図7(B)は、フレーム画像を4つの分割領域A~Dに分割(縦方向に2分割、横方向に2分割)した例を示す図である。
The
図8は、この変形例3の異常判定装置の主要部の構成を示すブロック図である。図8では、図2に示した異常判定装置10と同様の構成については同じ符号を付している。
Figure 8 is a block diagram showing the configuration of the main parts of the abnormality determination device of this modified example 3. In Figure 8, the same components as those in the
この変形例3の異常判定装置10Bは、制御ユニット11が分割部30を有している点、および図7に示した分割領域A~D毎に、VAE1a~1dを有している点で相違する。また、記憶部14aは、分割領域A~D毎に、潜在変数zの基準分布を記憶している。
The
分割部30は、観測データであるフレーム画像を図7(B)に示した4つの分割領域A~Dに分割する。 The division unit 30 divides the frame image, which is the observation data, into four division areas A to D shown in FIG. 7(B).
VAE1aは、観測対象の正常時の観測データの分割領域Aを用いた深層学習(ディープラーニング)で生成させたモデルである。VAE1bは、観測対象の正常時の観測データの分割領域Bを用いた深層学習で生成させたモデルである。VAE1cは、観測対象の正常時の観測データの分割領域Cを用いた深層学習で生成させたモデルである。VAE1dは、観測対象の正常時の観測データの分割領域Dを用いた深層学習で生成させたモデルである。 VAE1a is a model generated by deep learning using partitioned region A of the observation data of the object when it is normal. VAE1b is a model generated by deep learning using partitioned region B of the observation data of the object when it is normal. VAE1c is a model generated by deep learning using partitioned region C of the observation data of the object when it is normal. VAE1d is a model generated by deep learning using partitioned region D of the observation data of the object when it is normal.
図9は、この変形例3の異常判定装置の動作を示すフローチャートである。異常判定装置10Bは、処理対象の観測データを選択する(s51)。s51は、上記したs1等と同じ処理である。
Figure 9 is a flowchart showing the operation of the abnormality determination device of this modified example 3. The
分割部30が、選択した観測データであるフレーム画像を4つの分割領域A~Dに分割する(s52)。異常判定装置10Bは、s54以降の処理を実行していない未処理の分割領域A~Dの中から、1つの分割領域を選択する(s53)。異常判定装置10Bは、s53で選択した分割領域A~Dに対して、上記したs2~5と同様の処理を実行する(s54~s57)。
The division unit 30 divides the frame image, which is the selected observation data, into four division areas A to D (s52). The
このとき、異常判定装置10Bは、s54にかかるエンコード処理では、s53で選択した分割領域に対応するVAE1a~1dを用いる。また、第1算出部22は、s56にかかる外れ度合い算出処理で、s53で選択した分割領域に対応する潜在変数zの基準分布を記憶部14から読み出し、外れ度合いを算出する。
At this time, in the encoding process in s54, the
異常判定装置10Bは、s53で選択した分割領域A~Dに対してs54~s57にかかる処理を完了すると、未処理の分割領域A~Dの有無を判定する(s58)。異常判定装置10Bは、未処理の分割領域A~Dがあれば、s53に戻って、上記した処理を繰り返す。
When the
異常判定装置10Bは、s58で、未処理の分割領域A~Dが無いと判定する、分割領域A~D毎に、s57における判定結果を出力し(s59)、s51に戻る。
In s58, the
このように、この変形例3の異常判定装置10Bによれば、観測データであるフレーム画像の分割領域毎に、正常状態であるか、異常状態であるかを出力できる。したがって、係員等に対して、異常状態である場所をきめ細かく知らせることができる。すなわち、係員等が、検知された異常状態に対して、迅速かつ適正に対応できる。
In this way, the
なお、この変形例3では、観測データであるフレーム画像を4つの分割領域A~Dに分割する場合を例にして説明したが、フレーム画像を分割する分割領域の個数は、4つに限らず、いくつであってもよい。また、この変形例3では、各分割領域A~Dは、隣接する他の分割領域A~Dと重ならいように分割する例を示したが、隣接する他の分割領域A~Dと一部が重なるように分割してもよい。 In addition, in this modification example 3, an example has been described in which a frame image, which is observation data, is divided into four divided regions A to D, but the number of divided regions into which the frame image is divided is not limited to four and may be any number. Also, in this modification example 3, an example has been described in which each divided region A to D is divided so as not to overlap with other adjacent divided regions A to D, but each divided region may be divided so as to partially overlap with other adjacent divided regions A to D.
また、観測データがフレーム画像である場合、CNN(Convolution Neural Network)等の畳み込み処理によって、位置情報を保持した潜在変数zを利用し、異常状態である位置を取得してもよい。 In addition, when the observed data is a frame image, the location of the abnormal state may be obtained by using a latent variable z that holds the location information through convolution processing such as CNN (Convolution Neural Network).
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that this invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and in the implementation stage, the components can be modified to the extent that does not deviate from the gist of the invention. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining multiple components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, components from different embodiments may be appropriately combined.
さらに、この発明に係る構成と上述した実施形態に係る構成との対応関係は、以下の付記のように記載できる。
<付記>
観測対象の正常時の観測データを含む訓練データを用いて学習させた変分自己符号化器(1)を備える異常判定装置(10)において、
前記変分自己符号化器(1)のエンコーダ(2)が、前記観測対象の正常時の観測データから抽出した潜在変数(z)の分布を基準分布として記憶する記憶部(14)と、
前記変分自己符号化器(1)のエンコーダ(2)が、前記観測対象の状態判定用の観測データから抽出した潜在変数(z)の分布を判定用分布として取得する分布取得部(21)と、
前記基準分布と前記判定用分布との差分を算出する第1算出部(22)と、
前記第1算出部(22)が算出した差分に基づいて、前記観測対象が異常状態であるかどうかを判定する判定部(23)と、を備えた異常判定装置(10)。
Furthermore, the correspondence between the configuration according to the present invention and the configuration according to the above-mentioned embodiment can be described as follows.
<Additional Notes>
In an abnormality determination device (10) including a variational autoencoder (1) trained using training data including observation data of an object under normal conditions,
a storage unit (14) for storing, as a reference distribution, a distribution of a latent variable (z) extracted by the encoder (2) of the variational autoencoder (1) from the observation data of the object under normal conditions;
a distribution acquisition unit (21) that acquires, as a judgment distribution, a distribution of a latent variable (z) extracted by an encoder (2) of the variational autoencoder (1) from observation data for judging a state of the observation target;
A first calculation unit (22) that calculates a difference between the reference distribution and the judgment distribution;
and a determination unit (23) that determines whether the observation target is in an abnormal state based on the difference calculated by the first calculation unit (22).
1、1a~1d…変分自己符号化器(VAE)
2…エンコーダ
3…デコーダ
10、10A、10B…異常判定装置
11…制御ユニット
12…入力部
13…出力部
14、14a…記憶部
21…分布取得部
22…第1算出部
23、25…判定部
24…第2算出部
30…分割部
1, 1a to 1d...variational autoencoder (VAE)
2...
Claims (9)
前記変分自己符号化器のエンコーダが、前記観測対象の正常時の観測データから抽出した潜在変数の分布を基準分布として記憶する記憶部と、
前記変分自己符号化器のエンコーダが、前記観測対象の状態判定用の観測データから抽出した潜在変数の分布を判定用分布として取得する分布取得部と、
前記基準分布と前記判定用分布との差分を算出する第1算出部と、
前記第1算出部が算出した差分が判定閾値以上であれば、前記観測対象が異常状態であると判定する判定部と、を備えた異常判定装置。 1. An anomaly detection device including a variational autoencoder trained using training data including observation data of an object under normal conditions,
a storage unit that stores a distribution of latent variables extracted by an encoder of the variational autoencoder from normal observation data of the object to be observed as a reference distribution;
a distribution acquisition unit that acquires, as a judgment distribution, a distribution of latent variables extracted by an encoder of the variational autoencoder from observation data for judging a state of the observation target;
a first calculation unit that calculates a difference between the reference distribution and the judgment distribution;
a determination unit that determines that the observation target is in an abnormal state if the difference calculated by the first calculation unit is equal to or greater than a determination threshold .
前記記憶部は、前記分割領域毎に、前記基準分布を記憶し、
前記分布取得部は、前記分割領域毎に、前記判定用分布を取得し、
前記第1算出部は、前記分割領域毎に、前記基準分布と前記判定用分布との差分を算出し、
前記判定部は、前記分割領域毎に、前記観測対象が異常状態であるかどうかを判定する、請求項1~4のいずれかに記載の異常判定装置。 The observation data of the observation target is each divided area obtained by dividing a frame image of the observation target,
the storage unit stores the reference distribution for each of the divided regions;
the distribution acquisition unit acquires the judgment distribution for each of the divided regions;
the first calculation unit calculates a difference between the reference distribution and the judgment distribution for each of the divided regions;
5. The abnormality determination device according to claim 1, wherein the determination unit determines whether the observation target is in an abnormal state for each of the divided regions.
前記判定部は、前記第1算出部が算出した差分による判定に加えて、前記第2算出部が算出した差分による判定で、前記観測対象が異常状態であるかどうかを判定する、請求項1~5のいずれかに記載の異常判定装置。 a second calculation unit that calculates a difference between observed data for state determination of the object from which an encoder of the variational autoencoder extracts latent variables and reconstructed observed data reconstructed from the observed data for state determination of the object by a decoder of the variational autoencoder;
The abnormality determination device according to any one of claims 1 to 5, wherein the determination unit determines whether the observation target is in an abnormal state based on a determination based on a difference calculated by the second calculation unit in addition to a determination based on the difference calculated by the first calculation unit.
前記変分自己符号化器のエンコーダが、前記観測対象の状態判定用の観測データから抽出した潜在変数の分布を判定用分布として取得する分布取得ステップと、
前記基準分布と前記判定用分布との差分を算出する第1算出ステップと、
前記第1算出ステップで算出した差分が判定閾値以上であれば、前記観測対象が異常状態であると判定する判定ステップと、を実行する異常判定方法。 a computer of an anomaly determination device including an encoder of a variational autoencoder trained using training data including observation data of an object under normal conditions, the encoder including a memory unit storing a distribution of latent variables extracted from the observation data of the object under normal conditions as a reference distribution,
a distribution acquisition step in which an encoder of the variational autoencoder acquires a distribution of latent variables extracted from observation data for determining a state of the observation target as a determination distribution;
a first calculation step of calculating a difference between the reference distribution and the judgment distribution;
a determination step of determining that the observation target is in an abnormal state if the difference calculated in the first calculation step is equal to or greater than a determination threshold .
前記変分自己符号化器のエンコーダが、前記観測対象の状態判定用の観測データから抽出した潜在変数の分布を判定用分布として取得する分布取得ステップと、
前記基準分布と前記判定用分布との差分を算出する第1算出ステップと、
前記第1算出ステップで算出した差分が判定閾値以上であれば、前記観測対象が異常状態であると判定する判定ステップと、を実行させる異常判定プログラム。 A computer of an anomaly determination device including a storage unit in which an encoder of a variational autoencoder trained using training data including observation data of an object under normal conditions stores a distribution of latent variables extracted from the observation data of the object under normal conditions as a reference distribution,
a distribution acquisition step in which an encoder of the variational autoencoder acquires a distribution of latent variables extracted from observation data for determining a state of the observation target as a determination distribution;
a first calculation step of calculating a difference between the reference distribution and the judgment distribution;
and a determination step of determining that the observation target is in an abnormal state if the difference calculated in the first calculation step is equal to or greater than a determination threshold .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021026987A JP7625889B2 (en) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | Abnormality determination device, abnormality determination method, and abnormality determination program |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021026987A JP7625889B2 (en) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | Abnormality determination device, abnormality determination method, and abnormality determination program |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022128651A JP2022128651A (en) | 2022-09-05 |
| JP7625889B2 true JP7625889B2 (en) | 2025-02-04 |
Family
ID=83150406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021026987A Active JP7625889B2 (en) | 2021-02-24 | 2021-02-24 | Abnormality determination device, abnormality determination method, and abnormality determination program |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7625889B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12573022B2 (en) * | 2023-04-25 | 2026-03-10 | Yokogawa Electric Corporation | Anomaly detection for component through machine-learning based image processing and considering upper and lower bound values |
| JP2025108995A (en) * | 2024-01-11 | 2025-07-24 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Information processing device, information processing method, program, and recording medium |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011076214A (en) | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Alps Electric Co Ltd | Obstacle detection device |
| JP2013104323A (en) | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Toyota Motor Corp | Device for controlling internal combustion engine |
| WO2019058775A1 (en) | 2017-09-21 | 2019-03-28 | 株式会社アダコテック | Abnormality detection device and abnormality detection method |
| WO2020031984A1 (en) | 2018-08-08 | 2020-02-13 | Blue Tag株式会社 | Component inspection method and inspection system |
| JP2020170245A (en) | 2019-04-01 | 2020-10-15 | ファナック株式会社 | Monitoring device, monitoring system and monitoring method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021129403A (en) * | 2020-02-13 | 2021-09-02 | 株式会社デンソーテン | Abnormality detection device and abnormality detection method |
-
2021
- 2021-02-24 JP JP2021026987A patent/JP7625889B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011076214A (en) | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Alps Electric Co Ltd | Obstacle detection device |
| JP2013104323A (en) | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Toyota Motor Corp | Device for controlling internal combustion engine |
| WO2019058775A1 (en) | 2017-09-21 | 2019-03-28 | 株式会社アダコテック | Abnormality detection device and abnormality detection method |
| WO2020031984A1 (en) | 2018-08-08 | 2020-02-13 | Blue Tag株式会社 | Component inspection method and inspection system |
| JP2020170245A (en) | 2019-04-01 | 2020-10-15 | ファナック株式会社 | Monitoring device, monitoring system and monitoring method |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 中澤大和 外7名,CGを含む学習画像データを用いたVariational Autoencoderによる異常検知の検討,電気学会研究会資料,一般社団法人電気学会,2020年03月23日,pp.59~62 |
| 村田智和 外1名,局所的Denoising AutoEncoderによる異常箇所の自動特定,第23回 画像センシングシンポジウム SSII2017 [USB],画像センシング技術研究会,2017年12月31日 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022128651A (en) | 2022-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11699300B2 (en) | Methods and apparatuses for updating user authentication data | |
| JP4369961B2 (en) | Abnormality detection device and abnormality detection program | |
| JP4344968B2 (en) | Image processing apparatus and image processing method, and data processing apparatus and data processing method | |
| JP7625889B2 (en) | Abnormality determination device, abnormality determination method, and abnormality determination program | |
| JP5701005B2 (en) | Object detection apparatus, object detection method, surveillance camera system, and program | |
| CN111104925A (en) | Image processing method, image processing apparatus, storage medium, and electronic device | |
| JP6631641B2 (en) | Image processing apparatus, image processing method, and image processing program | |
| WO2014010174A1 (en) | Image angle variation detection device, image angle variation detection method and image angle variation detection program | |
| KR20220145007A (en) | Data Processing Method of Detecting and Recovering Missing Values, Outliers and Patterns in Tensor Stream Data | |
| CN118369061A (en) | Tracking multiple surgical tools in surgical videos | |
| JP4832894B2 (en) | Image sensor | |
| WO2023012967A1 (en) | Generation method, information processing device, and generation program | |
| JP2021131757A (en) | Model update support method, device, and program | |
| US20220309704A1 (en) | Image processing apparatus, image processing method and recording medium | |
| CN113421282B (en) | Motion detection method, apparatus, and medium | |
| JP7247133B2 (en) | Detection device, detection method and program | |
| CN112580689B (en) | Neural network model training method, application method, device and electronic device | |
| WO2023105788A1 (en) | Action section detection program, device, and method | |
| JP7347539B2 (en) | Foreground extraction device, foreground extraction method, and program | |
| JP7775717B2 (en) | Information processing program, information processing method, and information processing device | |
| US12374151B2 (en) | Storage medium, determination method, and information processing apparatus | |
| JP7683812B2 (en) | Learning device, learning method, tracking device, tracking method, and recording medium | |
| CN114078141A (en) | Apparatus for controlling object tracking and method thereof | |
| JP6981554B2 (en) | Identification system, parameter value update method and program | |
| JP6835407B2 (en) | Image processing equipment, image processing methods and programs |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231212 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240912 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241001 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241129 |
|
| 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: 20241224 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250106 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7625889 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |