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JP7643943B2 - Steel fiber dispersion ratio estimation system - Google Patents
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Description

本発明は、鋼繊維分散率推定システムに関する。 The present invention relates to a steel fiber dispersion rate estimation system.

従来から、コンクリート構造物を作成する際、コンクリートの脆性破壊を改善するために、コンクリートに対して20kg/m3~80kg/m3の鋼繊維(例えば、直径が0.62mm~0.75mm、長さが30mm~60mm程度)を混入した鋼繊維補強コンクリートが用いられる。
上述した鋼繊維は、一般的に、取り扱いの容易さや、鋼繊維が絡まり合うことにより塊状のファイバーボールとなることを抑制するため、複数本(例えば、36本)を接着剤で固着し、束状(以下、鋼繊維束と示す)としている。
Conventionally, when creating concrete structures, steel fiber reinforced concrete is used in which 20 kg/m3 to 80 kg/m3 of steel fibers (e.g., with a diameter of about 0.62 mm to 0.75 mm and a length of about 30 mm to 60 mm) are mixed into the concrete in order to improve the brittle fracture of the concrete.
The above-mentioned steel fibers are generally formed into a bundle (hereinafter referred to as a steel fiber bundle) by fixing multiple fibers (e.g., 36 fibers) with an adhesive in order to facilitate handling and to prevent the steel fibers from becoming entangled and forming a mass of fiber balls.

また、鋼繊維補強コンクリートは、水、セメント、骨材(粗骨材、細骨材)、鋼繊維などの素材で構成されている。
このため、上記鋼繊維束をコンクリートに投入して、コンクリートミキサやアジテータ車(アジテータトラック)に搭載された円筒容器で攪拌することにより、水溶性の接着材が溶けて、骨材などによる衝撃が加わることで鋼繊維束における鋼繊維の各々が分離し、コンクリート中において鋼繊維が分散される(例えば、特許文献1参照)。
Steel fiber reinforced concrete is composed of materials such as water, cement, aggregates (coarse aggregate, fine aggregate), and steel fibers.
For this reason, by pouring the above-mentioned steel fiber bundles into concrete and stirring it in a cylindrical container mounted on a concrete mixer or an agitator truck, the water-soluble adhesive dissolves and the steel fibers in the steel fiber bundles are separated by impact from aggregate, etc., and the steel fibers are dispersed in the concrete (see, for example, Patent Document 1).

しかし、鋼繊維束の品質(例えば、接着材の品質)、あるいは攪拌する時間の長さによっては、接着剤が十分に溶けずに、分離しない鋼繊維の束が残ることにより、鋼繊維の分散が不完全となる場合がある。
しかし、鋼繊維の分散状態を定量的に評価する方法の基準が無いため、鋼繊維の混入率を評価する方法であるJSCE(The Japan Society of Civil Engineers:公益社団法人 土木学会)-F554(遷移増強コンクリートの鋼繊維混入率試験方法(案))に規定されている洗い分析試験方法を利用して、鋼繊維の分散率を定量的に求めることが行われている。
However, depending on the quality of the steel fiber bundles (e.g., the quality of the adhesive) or the length of time of stirring, the adhesive may not dissolve sufficiently, leaving unseparated steel fiber bundles, resulting in incomplete dispersion of the steel fibers.
However, since there is no standard method for quantitatively evaluating the dispersion state of steel fibers, the dispersion rate of steel fibers is quantitatively determined using the wash analysis test method stipulated in JSCE (The Japan Society of Civil Engineers)-F554 (Draft test method for steel fiber content in transition reinforced concrete), which is a method for evaluating the content rate of steel fibers.

すなわち、容量が6L(リットル)以上である金属製の円筒状容器に鋼繊維が混入した鋼繊維補強コンクリートを入れ、この鋼繊維補強コンクリートを水で洗いながら、コンクリートから鋼繊維を分離する。
コンクリートから分離した鋼繊維を上記円筒状容器から収集して乾燥させて、この鋼繊維全体の全質量Vを測定する。
That is, steel fiber reinforced concrete containing steel fibers is placed in a metallic cylindrical container having a capacity of 6 L (liters) or more, and the steel fibers are separated from the concrete while washing the steel fiber reinforced concrete with water.
The steel fibres separated from the concrete are collected from the cylindrical vessel and dried, and the total mass V A of the entire steel fibres is measured.

また、個々に(一本に)分離している鋼繊維である分離鋼繊維と、2本以上が固着した束状の鋼繊維である非分離鋼繊維群とを選別し、上記分離鋼繊維の総質量Vを測定する。
そして、以下の(1)式に対して全質量V及び総質量Vの各々を代入して鋼繊維の分散率F(%)を求めている。
=(V/V)×100 …(1)
In addition, separated steel fibers, which are individually separated (single) steel fibers, and non-separated steel fiber groups, which are bundles of steel fibers in which two or more fibers are fixed together, are sorted, and the total mass VD of the separated steel fibers is measured.
Then, the total mass V A and the total mass V D are substituted into the following formula (1) to determine the dispersion rate F D (%) of the steel fibers.
F D = (V D /V A )×100...(1)

特開2011-46175号公報JP 2011-46175 A

上述したように、コンクリートから分離した鋼繊維の全質量Vと、当該鋼繊維における分離鋼繊維の総質量Vとの比により、分散率を求めることにより、鋼繊維補強コンクリートの品質管理などを行うことができる。
しかしながら、コンクリートから分離した鋼繊維を乾燥させ、当該鋼繊維の全質量Vを測定し、単独となった鋼繊維である分離鋼繊維と、他の鋼繊維と結合したままの非分離鋼繊維とに選別し、分離鋼繊維の総重量Vを計測するなどの作業を作業者が行う必要がある。
特に、コンクリートから分離した鋼繊維を分離鋼繊維と非分離鋼繊維とに選別する処理に多くの時間を要し、分散率を短時間で求めて、鋼繊維の分散の状態の評価を高速に行うことができず、かつ作業者の作業効率を低下させてしまう。
As described above, the quality of steel fiber reinforced concrete can be controlled by calculating the dispersion rate from the ratio of the total mass V A of the steel fibers separated from the concrete to the total mass V D of the separated steel fibers in the steel fibers.
However, workers must perform tasks such as drying the steel fibers separated from the concrete, measuring the total mass V A of the steel fibers, separating them into separated steel fibers, which are individual steel fibers, and non-separated steel fibers, which remain bonded to other steel fibers, and measuring the total weight V D of the separated steel fibers.
In particular, the process of sorting the steel fibers separated from the concrete into separated steel fibers and non-separated steel fibers takes a lot of time, making it impossible to quickly determine the dispersion rate and quickly evaluate the dispersion state of the steel fibers, and reducing the work efficiency of workers.

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、鋼繊維補強コンクリートを作成する際に、コンクリートに混入される鋼繊維束の分散率を簡易に計測することにより、分散率の計測を行う作業者の負担を従来方法に比較し低減し、かつリアルタイムに(従来方法に比較して短時間で)分散率を求め、鋼繊維の分散の状態の評価をより高速に行うことができる鋼繊維分散率推定システムを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a steel fiber dispersion rate estimation system that can easily measure the dispersion rate of steel fiber bundles mixed into concrete when producing steel fiber reinforced concrete, thereby reducing the burden on the worker who measures the dispersion rate compared to conventional methods, and determining the dispersion rate in real time (in a shorter time compared to conventional methods), thereby enabling faster evaluation of the state of dispersion of steel fibers.

上記課題を解決するため、本発明の鋼繊維分散率推定システムは、コンクリートを生成する際に混入する鋼繊維が、当該鋼繊維の各々が接着された鋼繊維束からそれぞれ分離している割合を示す分散率を推定するシステムであり、前記鋼繊維束をコンクリートに混入し、所定の練り混ぜ処理を行って、前記コンクリートを洗浄した後に前記鋼繊維を撮像した撮像画像である鋼繊維撮像画像から撮像されている鋼繊維の各々の特徴量として、少なくとも当該鋼繊維の輪郭長、輪郭面積、円形度、コンパクト比、凹凸係数のそれぞれから求めた形状特徴を抽出する形状特徴抽出部と、前記鋼繊維撮像画像から、撮像されている鋼繊維の各々の特徴量として、少なくとも当該鋼繊維の色成分の階調度、色相、彩度及び明度のそれぞれから求めた色特徴を抽出する色特徴抽出部と、前記形状特徴量及び前記色特徴量の各々が入力されることにより、前記鋼繊維の分散率を所定の機械学習モデルを用いて推定する分散率推定部とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the steel fiber dispersion rate estimation system of the present invention is a system that estimates a dispersion rate indicating the proportion of steel fibers mixed in when producing concrete that are separated from the steel fiber bundles to which each of the steel fibers is bonded, and is characterized in that it comprises: a shape feature extraction unit that extracts shape feature values calculated from at least the contour length, contour area, circularity, compactness ratio, and unevenness coefficient of the steel fibers as feature values of each of the steel fibers captured from a steel fiber captured image, which is an image obtained by mixing the steel fiber bundles into concrete, performing a predetermined mixing process, and capturing the steel fibers after washing the concrete; a color feature extraction unit that extracts color feature values calculated from at least the gradient, hue, saturation, and brightness of the color components of the steel fibers as feature values of each of the captured steel fibers from the steel fiber captured image; and a dispersion rate estimation unit that estimates the dispersion rate of the steel fibers using a predetermined machine learning model by inputting each of the shape feature values and the color feature values.

本発明によれば、鋼繊維補強コンクリートを作成する際に、コンクリートに混入される鋼繊維束の分散率を簡易に計測することにより、分散率の計測を行う作業者の負担を従来方法に比較し低減し、鋼繊維の分散の状態の評価をより高速に行うことができる鋼繊維分散率推定システムを提供することができる。 According to the present invention, when producing steel fiber reinforced concrete, it is possible to provide a steel fiber dispersion rate estimation system that can easily measure the dispersion rate of steel fiber bundles mixed into concrete, thereby reducing the burden on the worker who measures the dispersion rate compared to conventional methods and enabling faster evaluation of the state of dispersion of steel fibers.

本発明の一実施形態による鋼繊維分散率推定システムの構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of the configuration of a steel fiber dispersion ratio estimation system according to an embodiment of the present invention. FIG. 本実施形態における鋼繊維撮像画像の撮像を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the capture of a steel fiber image in this embodiment. 本実施形態における特徴量記憶部19に書き込まれて記憶されている特徴量テーブルの構成例を示す図である。4 is a diagram showing an example of the configuration of a feature table written and stored in a feature storage unit 19 in the present embodiment. FIG. 撮像画像識別情報と鋼繊維の分散率との対応を示すテーブルの構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the configuration of a table showing the correspondence between captured image identification information and the dispersion rate of steel fibers. 本実施形態による鋼繊維分散率推定システムによる分散率が未知の鋼繊維の分散率を既知の分散率(ラベル)の各々に分類する処理の動作例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of the operation of a process in which the steel fiber dispersion ratio estimation system according to this embodiment classifies the dispersion ratio of steel fibers whose dispersion ratio is unknown into each of known dispersion ratios (labels).

図1は、本発明の一実施形態による鋼繊維分散率推定システムの構成例を示すブロック図である。図1において、鋼繊維分散率推定システム10は、データ入出力部11、撮像画像前処理部12、形状特徴抽出部13、色特徴抽出部14、機械学習モデル生成部15、分散率推定部16、特徴量重要性評価部17、画像データ記憶部18、特徴量記憶部19、機械学習モデル記憶部20及び教師データ記憶部21の各々を備えている。 Figure 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a steel fiber dispersion rate estimation system according to one embodiment of the present invention. In Figure 1, the steel fiber dispersion rate estimation system 10 includes a data input/output unit 11, an image preprocessing unit 12, a shape feature extraction unit 13, a color feature extraction unit 14, a machine learning model generation unit 15, a dispersion rate estimation unit 16, a feature importance evaluation unit 17, an image data storage unit 18, a feature storage unit 19, a machine learning model storage unit 20, and a teacher data storage unit 21.

データ入出力部11は、外部装置とのデータの送受信を行う。また、データ入出力部11は、外部装置から供給される鋼繊維を撮像した撮像画像である鋼繊維撮像画像のデータを、撮像画像識別情報を付与して、画像データ記憶部18に書き込んで記憶させる。上記鋼繊維撮像画像は、例えば、外光を遮蔽した暗箱などの撮像における光量及び光色(光の波長特性)が一定となる環境下において撮像する。 The data input/output unit 11 transmits and receives data to and from external devices. The data input/output unit 11 also writes and stores the steel fiber image data, which is an image of steel fiber provided from an external device, in the image data storage unit 18 after adding image identification information. The steel fiber image is captured in an environment where the light quantity and light color (light wavelength characteristics) are constant, such as a dark box that blocks external light.

図2は、本実施形態における鋼繊維撮像画像の撮像を説明する図である。
図2(a)は、複数本の鋼繊維の各々が接着剤で接続されて束状になっている鋼繊維束の一例を示す画像である。
上記鋼繊維束をコンクリートの投入し、所定の時間において練り混ぜる処理を行い、コンクリート造成物を造成するための鋼繊維補強コンクリートを作成する。
そして、金属製の円筒状容器に鋼繊維が混入した鋼繊維補強コンクリートを入れ、この鋼繊維補強コンクリートを水で洗うことにより、コンクリートを洗い流して鋼繊維のみの状態とする。コンクリートを洗い流した鋼繊維を、上記円筒状容器から収集して所定の面積の板の上に広げて乾燥させ、この広げた鋼繊維の画像を撮像する。
FIG. 2 is a diagram for explaining the capturing of a steel fiber image in this embodiment.
FIG. 2(a) is an image showing an example of a steel fiber bundle in which a plurality of steel fibers are connected to each other with an adhesive to form a bundle.
The steel fiber bundles are added to concrete and mixed for a predetermined period of time to produce steel fiber reinforced concrete for constructing a concrete structure.
The steel fiber reinforced concrete containing the steel fibers is placed in a metallic cylindrical container, and the steel fiber reinforced concrete is washed with water to wash away the concrete and leave only the steel fibers. The steel fibers from which the concrete has been washed away are collected from the cylindrical container and spread out on a plate of a specified area to dry, and an image of the spread steel fibers is taken.

図2(b)及び図2(c)の各々は、上記板に広げた鋼繊維(分離鋼繊維及び非分離鋼繊維群)を撮像した鋼繊維撮像画像の一例である。例えば、図2(b)は分散率が60%であり、図2(c)は分散率が100%である。そして、鋼繊維の各々が撮像されている画像領域となるように、撮像した撮像画像のトリミングを行い、当該トリミングにより得られた画像領域を、テストデータ或いは教師データとして用いる鋼繊維撮像画像とする。 Each of Figures 2(b) and 2(c) is an example of a steel fiber image of steel fibers (separated steel fibers and non-separated steel fiber groups) spread across the plate. For example, the dispersion rate in Figure 2(b) is 60%, and in Figure 2(c) the dispersion rate is 100%. The captured image is then trimmed so that each steel fiber is captured in an image area, and the image area obtained by this trimming is used as the steel fiber image to be used as test data or training data.

図2(d)は、鋼繊維撮像画像を撮像する手法の一例を示している。外光を遮蔽する暗箱のような容器200内に、鋼繊維を広げた板(できれば、表面が白色が望ましい)201を配置する。そして、広げた鋼繊維の全体を、フラッシュ211を発光させたタイミングにおいて、撮像装置210により撮像する。これにより、鋼繊維撮像画像を撮像する撮像環境を一定とすることができ、複数の鋼繊維撮像画像を同一の条件で撮像することができる。また、本実施形態においては、鋼繊維撮像画像の各々を撮像する際における撮像装置のカメラパラメータも同一とする。 Figure 2 (d) shows an example of a method for capturing steel fiber images. A plate 201 with steel fibers spread out (preferably with a white surface) is placed in a container 200, such as a dark box that blocks external light. The entire spread steel fiber is then captured by the imaging device 210 at the timing when the flash 211 is fired. This allows the imaging environment for capturing the steel fiber images to be constant, and multiple steel fiber images can be captured under the same conditions. Furthermore, in this embodiment, the camera parameters of the imaging device when capturing each steel fiber image are also the same.

図1に戻り、撮像画像前処理部12は、上述したトリミングの処理を行って鋼繊維撮像画像を取得するとともに、鋼繊維撮像画像の鋼繊維の各々の画像領域おける他の鋼繊維の影を消す処理などを行う。そして、撮像画像前処理部12は、処理後の鋼繊維撮像画像を、撮像画像識別情報に対応させて画像データ記憶部18に対して書き込んで記憶させる。 Returning to FIG. 1, the captured image pre-processing unit 12 performs the trimming process described above to obtain a steel fiber captured image, and also performs processes such as removing the shadows of other steel fibers in each image area of the steel fibers in the steel fiber captured image. The captured image pre-processing unit 12 then writes and stores the processed steel fiber captured image in the image data storage unit 18 in association with the captured image identification information.

形状特徴抽出部13は、鋼繊維撮像画像における鋼繊維(分離鋼繊維及び非分離鋼繊維群)の各々の輪郭の抽出の処理を行う。
そして、形状特徴抽出部13は、抽出された輪郭の各々の外周の長さを輪郭長として求め、抽出された輪郭の各々の上記輪郭長の平均値を求めて輪郭長平均値とし、輪郭の各々の輪郭長の標準偏差を求めて輪郭長標準偏差とし、特徴量記憶部19に書き込んで記憶させる。
同様に、形状特徴抽出部13は、抽出された輪郭の内部の面積を輪郭面積として求め、抽出された輪郭の各々の上記輪郭面積の平均値を求めて輪郭面積平均値とし、輪郭の各々の輪郭面積の標準偏差を求めて輪郭面積標準偏差とし、特徴量記憶部19に書き込んで記憶させる。
The shape feature extraction unit 13 performs processing to extract the contours of each of the steel fibers (separated steel fibers and non-separated steel fiber groups) in the steel fiber captured image.
Then, shape feature extraction unit 13 calculates the outer periphery of each of the extracted contours as the contour length, calculates the average value of the contour lengths of each of the extracted contours as the contour length average value, calculates the standard deviation of the contour lengths of each of the contours as the contour length standard deviation, and writes and stores them in feature memory unit 19.
Similarly, the shape feature extraction unit 13 calculates the internal area of the extracted contour as the contour area, calculates the average value of the contour areas of each of the extracted contours as the contour area average value, calculates the standard deviation of the contour areas of each of the contours as the contour area standard deviation, and writes and stores them in the feature memory unit 19.

形状特徴抽出部13は、抽出された輪郭の輪郭線の形状の円形度である輪郭円形度を求め、抽出された輪郭の各々の上記輪郭円形度の平均値を求めて輪郭円形度平均値とし、輪郭の各々の輪郭円形度の標準偏差を求めて輪郭円形度標準偏差とし、特徴量記憶部19に書き込んで記憶させる。
ここで、形状特徴抽出部13は、下記の(2)式により、鋼繊維の各々の輪郭線の円形度circを算出する。この(2)式において、areaは鋼繊維の輪郭面積であり、lengthは鋼繊維の輪郭長である。
circ=4π×area/(length) …(2)
The shape feature extraction unit 13 calculates a contour circularity, which is the circularity of the shape of the contour line of the extracted contour, calculates the average value of the contour circularity of each of the extracted contours as the contour circularity average value, calculates the standard deviation of the contour circularity of each of the contours as the contour circularity standard deviation, and writes and stores them in the feature memory unit 19.
Here, the shape feature extraction unit 13 calculates the circularity circ of each contour line of the steel fiber by the following formula (2): In this formula (2), area is the contour area of the steel fiber, and length is the contour length of the steel fiber.
circ=4π×area/(length) 2 …(2)

形状特徴抽出部13は、抽出された輪郭の輪郭線の形状におけるまとまり具合(形状の縦横比の度合い)を示す度合としてのコンパクト比を求め、抽出された輪郭の各々の上記コンパクト比の平均値を求めてコンパクト比平均値とし、輪郭の各々のコンパクト比の標準偏差を求めてコンパクト比標準偏差とし、特徴量記憶部19に書き込んで記憶させる。
ここで、形状特徴抽出部13は、下記の(3)式により、鋼繊維の各々の輪郭線のコンパクト比compcを算出する。この(3)式において、areaは鋼繊維の輪郭面積であり、lengthは鋼繊維の輪郭長である。
compc=length/(2π×area)1/2 …(3)
The shape feature extraction unit 13 calculates a compactness ratio as a degree of unity in the shape of the contour line of the extracted contour (degree of aspect ratio of the shape), calculates the average value of the above compactness ratios for each extracted contour as the compactness ratio average value, calculates the standard deviation of the compactness ratios for each contour as the compactness ratio standard deviation, and writes and stores them in the feature memory unit 19.
Here, the shape feature extraction unit 13 calculates the compact ratio compc of each contour line of the steel fiber by the following formula (3): In this formula (3), area is the contour area of the steel fiber, and length is the contour length of the steel fiber.
compc=length/(2π×area) 1/2 …(3)

形状特徴抽出部13は、抽出された輪郭の輪郭線の形状における滑らかさを示す度合としての凹凸係数を求め、抽出された輪郭の各々の上記凹凸係数の平均値を求めて凹凸係数平均値とし、輪郭の各々の凹凸係数の標準偏差を求めて凹凸係数標準偏差とし、特徴量記憶部19に書き込んで記憶させる。
ここで、形状特徴抽出部13は、下記の(4)式により、鋼繊維の各々の輪郭線の凹凸係数unevを算出する。この(4)式において、areaは鋼繊維の輪郭面積であり、lengthは鋼繊維の輪郭長である。
unev=length2/(4π×area) …(4)
The shape feature extraction unit 13 calculates a roughness coefficient as a degree of smoothness in the shape of the contour line of the extracted contour, calculates the average value of the roughness coefficients of each of the extracted contours to obtain the roughness coefficient average value, calculates the standard deviation of the roughness coefficients of each of the contours to obtain the roughness coefficient standard deviation, and writes and stores them in the feature memory unit 19.
Here, the shape feature extraction unit 13 calculates the unevenness coefficient unev of each contour line of the steel fiber by the following formula (4): In this formula (4), area is the contour area of the steel fiber, and length is the contour length of the steel fiber.
unev=length 2 /(4π×area)…(4)

色特徴抽出部14は、鋼繊維撮像画像におけるピクセルの各々の色情報を抽出して、鋼繊維撮像画像の色特徴量の取得を行う。色情報としては、例えば、鋼繊維撮像画像におけるピクセルの各々の色成分R、G及びBのそれぞれの階調度の平均値を求め、R平均値、G平均値、B平均値を取得する。このとき、色特徴抽出部14は、鋼繊維撮像画像におけるピクセルの各々において、色成分R、G及びBからグレースケールを求め、レースケールの平均値であるグレースケール平均値を求める。そして、色特徴抽出部14は、特徴量記憶部19に対して取得したR平均値、G平均値及びB平均値の各々を書き込んで記憶させる。 The color feature extraction unit 14 extracts color information for each pixel in the steel fiber image and obtains the color feature values of the steel fiber image. For example, the color information is calculated by calculating the average gradients of the R, G, and B color components of each pixel in the steel fiber image, and obtaining the R average value, G average value, and B average value. At this time, the color feature extraction unit 14 calculates the grayscale from the R, G, and B color components for each pixel in the steel fiber image and obtains the grayscale average value, which is the average value of the grayscale. The color feature extraction unit 14 then writes and stores the obtained R average value, G average value, and B average value in the feature storage unit 19.

また、色情報としては、色成分R、G、B及びグレースケールの各々の階調度を複数の範囲にそれぞれ分割し、例えば256階調であれば、0-31、32-63、64-95、96-127、128-159、160-191、192-223、224-255のそれぞれ8個の階級に分類する。そして、色特徴抽出部14は、それぞれの階級に含まれるピクセル数を、鋼繊維撮像画像の全てのピクセル数で除算し、各階級における除算結果をそれぞれの階級の出現割合とする。 For color information, the gradients of the color components R, G, B and grayscale are each divided into multiple ranges, and for example, in the case of 256 gradations, they are classified into eight classes: 0-31, 32-63, 64-95, 96-127, 128-159, 160-191, 192-223, and 224-255. The color feature extraction unit 14 then divides the number of pixels contained in each class by the total number of pixels in the steel fiber image, and the division results for each class are regarded as the occurrence ratio of each class.

例えば、色特徴抽出部14は、色成分Rの8個の階級におけるピクセル数を鋼繊維撮像画像の全てのピクセル数で除算し、0-31の階調度の階級の除算値から224-255の階級の除算値まで求め、色成分Rの階調度の各階級の出現割合を求める。また、色特徴抽出部14は、色成分Rの8個の階級における最大及び最小の出現割合の値がそれぞれ1、0となるように、出現割合の標準化(規格化)の処理を行い、取得した色成分R出現割合の各々(8階級の各々の色成分R出現割合)を特徴量記憶部19に対して書き込んで記憶させる。色特徴抽出部14は、色成分G、B及びグレースケールの各々に対しても色成分Rと同様の処理を行い、取得される色成分G出現割合、色成分B出現割合、グレースケール出現割合の各々を特徴量記憶部19に対して書き込んで記憶させる。 For example, the color feature extraction unit 14 divides the number of pixels in the eight classes of the color component R by the total number of pixels in the steel fiber image, and obtains the division values of the classes of the gradient from 0-31 to 224-255, and obtains the occurrence ratio of each class of the gradient of the color component R. The color feature extraction unit 14 also performs a process of standardizing the occurrence ratio so that the maximum and minimum occurrence ratio values in the eight classes of the color component R are 1 and 0, respectively, and writes and stores each of the obtained occurrence ratios of the color component R (the occurrence ratio of the color component R in each of the eight classes) in the feature storage unit 19. The color feature extraction unit 14 also performs the same process as for the color component R for each of the color components G, B, and grayscale, and writes and stores each of the obtained occurrence ratios of the color component G, the color component B, and the grayscale occurrence ratio in the feature storage unit 19.

また、色特徴抽出部14は、他の色特徴量として、鋼繊維撮像画像の全てのピクセルの各々における、HSV表示の色相H、彩度S、明度Vそれぞれの平均値を求め、色相平均値、彩度平均値、明度平均値を取得する。そして、色特徴抽出部14は、特徴量記憶部19に対して取得した色相平均値、彩度平均値及び明度平均値の各々を書き込んで記憶させる。色特徴抽出部14は、色相H、彩度S、明度Vそれぞれの数値の範囲を階調度と同様に、8個の階級に分割し、ピクセルの各々を各階級に分類する。 The color feature extraction unit 14 also calculates the average values of hue H, saturation S, and brightness V in the HSV display for each pixel of the steel fiber image as other color feature quantities, and obtains the average hue, average saturation, and average brightness values.The color feature extraction unit 14 then writes and stores the obtained average hue, average saturation, and average brightness values in the feature storage unit 19.The color feature extraction unit 14 divides the range of the values of hue H, saturation S, and brightness V into eight classes, similar to the gradient, and classifies each pixel into each class.

例えば、色特徴抽出部14は、色相Hを示す色相スケール0から359の数値を0から255の256階調に変換して8個の階級に分類し、階調度の場合と同様に、各ピクセルを色相Hに対応して分類し、各階級に分類されたピクセル数を鋼繊維撮像画像の全てのピクセルの数により除算する。そして、色特徴抽出部14は、色相Hの階級において最大及び最小の出現割合の値がそれぞれ1、0となるように標準化の処理を行って、標準化された色相出現割合を求める。色特徴抽出部14は、取得した色相出現割合の各々(8階級の各々の色相出現割合)を特徴量記憶部19に対して書き込んで記憶させる。 For example, the color feature extraction unit 14 converts the values of the hue scale 0 to 359 indicating the hue H into 256 gradations from 0 to 255 and classifies them into 8 classes, and as in the case of gradations, classifies each pixel according to the hue H, and divides the number of pixels classified into each class by the total number of pixels in the steel fiber image. The color feature extraction unit 14 then performs a standardization process so that the maximum and minimum occurrence rates in the hue H class are 1 and 0, respectively, to obtain a standardized hue occurrence rate. The color feature extraction unit 14 writes each of the acquired hue occurrence rates (the hue occurrence rate in each of the 8 classes) into the feature storage unit 19 and stores them.

同様に、色特徴抽出部14は、彩度Sを示す0%から100%の数値を0から255の256階調に変換して8個の階級に分類し、階調度の場合と同様に、各ピクセルを彩度Sに対応して分類し、各階級に分類されたピクセル数を鋼繊維撮像画像の全てのピクセルの数により除算する。そして、色特徴抽出部14は、彩度Sの階級において最大及び最小の出現割合の値がそれぞれ1、0となるように標準化の処理を行って、標準化された彩度出現割合を求める。色特徴抽出部14は、取得した彩度出現割合の各々(8階級の各々の彩度出現割合)を特徴量記憶部19に対して書き込んで記憶させる。 Similarly, the color feature extraction unit 14 converts the values from 0% to 100% indicating the saturation S into 256 gradations from 0 to 255 and classifies them into eight classes, and as in the case of gradations, classifies each pixel according to its saturation S, and divides the number of pixels classified into each class by the total number of pixels in the steel fiber image. The color feature extraction unit 14 then performs a standardization process so that the maximum and minimum occurrence rates in the saturation S class are 1 and 0, respectively, to obtain a standardized saturation occurrence rate. The color feature extraction unit 14 writes each of the acquired saturation occurrence rates (the saturation occurrence rate for each of the eight classes) into the feature storage unit 19 and stores them.

また、色特徴抽出部14は、明度Vを示す0%から100%の数値を0から255の256階調に変換して8個の階級に分類し、階調度の場合と同様に、各ピクセルを明度Vに対応して分類し、各階級に分類されたピクセル数を鋼繊維撮像画像の全てのピクセルの数により除算する。そして、色特徴抽出部14は、明度Vの階級において最大及び最小の出現割合の値がそれぞれ1、0となるように標準化の処理を行って、標準化された明度出現割合を求める。色特徴抽出部14は、取得した明度出現割合の各々(8階級の各々の明度出現割合)を特徴量記憶部19に対して書き込んで記憶させる。 The color feature extraction unit 14 also converts the values from 0% to 100% indicating the brightness V into 256 gradations from 0 to 255 and classifies them into eight classes, and as in the case of gradations, classifies each pixel according to its brightness V, and divides the number of pixels classified into each class by the total number of pixels in the steel fiber image. The color feature extraction unit 14 then performs a standardization process so that the maximum and minimum occurrence rates in the brightness V class are 1 and 0, respectively, to obtain a standardized brightness occurrence rate. The color feature extraction unit 14 writes each of the acquired brightness occurrence rates (the brightness occurrence rate for each of the eight classes) into the feature storage unit 19 and stores them.

図3は、本実施形態における特徴量記憶部19に書き込まれて記憶されている特徴量テーブルの構成例を示す図である。図3(a)は、特徴量テーブルの一つである形状特徴量テーブルの構成例を示している。形状特徴量テーブルは、レコード毎に、撮像画像識別情報、形状特徴量の特徴量群として、上述した輪郭長平均値、輪郭長標準偏差、輪郭面積平均値、輪郭面積標準偏差、輪郭円形度合計値、輪郭円形度平均値、輪郭円形度標準偏差、コンパクト比平均値、コンパクト比標準偏差、凹凸係数平均値及び凹凸係数標準偏差の各々の欄が設けられている。 Figure 3 is a diagram showing an example of the configuration of a feature table written and stored in the feature storage unit 19 in this embodiment. Figure 3(a) shows an example of the configuration of a shape feature table, which is one of the feature tables. For each record, the shape feature table has columns for captured image identification information, and a feature group of shape features, including the above-mentioned contour length average value, contour length standard deviation, contour area average value, contour area standard deviation, contour circularity total value, contour circularity average value, contour circularity standard deviation, compact ratio average value, compact ratio standard deviation, unevenness coefficient average value, and unevenness coefficient standard deviation.

図3(b)は、特徴量テーブルの一つである色特徴量テーブルの構成例を示している。色特徴量テーブルは、レコード毎に、撮像画像識別情報、色特徴量の特徴量群として、上述したR平均値、色成分R出現割合、G平均値、色成分G出現割合、B平均値、色成分B出現割合、グレースケール平均値、グレースケール出現割合、色相平均値、色相出現割合、彩度平均値、彩度出現割合、明度平均値及び明度出現割合の各々の欄が設けられている。また、色成分R出現割合、色成分G出現割合、色成分B出現割合、グレースケール出現割合、色相出現割合、彩度出現割合及び明度出現割合の各々は、それぞれ階級毎の8個の出現割合の数値の組として一つの欄に書き込まれている。 Figure 3 (b) shows an example of the configuration of a color feature table, which is one of the feature tables. The color feature table has columns for each record, including the captured image identification information and a feature group of color features, namely, the above-mentioned R average value, color component R appearance ratio, G average value, color component G appearance ratio, B average value, color component B appearance ratio, grayscale average value, grayscale appearance ratio, hue average value, hue appearance ratio, saturation average value, saturation appearance ratio, lightness average value, and lightness appearance ratio. In addition, each of the color component R appearance ratio, color component G appearance ratio, color component B appearance ratio, grayscale appearance ratio, hue appearance ratio, saturation appearance ratio, and lightness appearance ratio is written in one column as a set of eight appearance ratio values for each class.

図1に戻り、機械学習モデル生成部15は、上述した形状特徴量及び色特徴量の各々が入力された場合、鋼繊維束から分離した鋼繊維の割合を示す分散率(以下単に、分散率と示す)の分類結果の推定値を出力する機械学習モデルを生成する。すなわち、本実施形態における機械学習モデルは、複数の分散率を分類する分類器であり、形状特徴量及び色特徴量の各々の特徴量データ群を入力することにより、鋼繊維撮像画像に撮像されている鋼繊維の分散率が、ラベル毎にそのラベルに分類された場合の確信度(確からしさを示す推定値、後述する推定値p)を出力する。例えば、本実施形態において、粒度分布#1、#2及び#3の3種類の粒度分布をラベルとしている。そのため、機械学習モデルは、粒度分布#1、#2及び#3のラベル毎に確信度を出力し、最も高い確信度が出力された粒度分布が、鋼繊維撮像画像に撮像されている鋼繊維の分散率である確率が最も高いと推定される。 Returning to FIG. 1, the machine learning model generation unit 15 generates a machine learning model that outputs an estimate of the classification result of the dispersion rate (hereinafter simply referred to as the dispersion rate) indicating the proportion of steel fibers separated from the steel fiber bundle when each of the above-mentioned shape feature and color feature is input. That is, the machine learning model in this embodiment is a classifier that classifies multiple dispersion rates, and by inputting a group of feature data of each of the shape feature and color feature, outputs a confidence level (an estimate value indicating the likelihood, an estimate value p described later) when the dispersion rate of the steel fibers captured in the steel fiber image is classified into each label. For example, in this embodiment, three types of particle size distributions, particle size distributions #1, #2, and #3, are used as labels. Therefore, the machine learning model outputs a confidence level for each label of particle size distributions #1, #2, and #3, and it is estimated that the particle size distribution with the highest confidence level output is the most likely to be the dispersion rate of the steel fibers captured in the steel fiber image.

機械学習モデル生成部15は、分散率が既知の鋼繊維の鋼繊維撮像画像を撮像して、機械学習モデルを学習させるためのデータ群を生成する。本実施形態において、例えば、機械学習モデルとして、多層パーセプトロン分類器を用いているが、他のニューラルネットワークなどを用いた分類器のいずれを用いてもよい。また、本実施形態においては、データ群を所定の比率にて分割し、例えば、データ群の80%を機械学習モデルに学習(訓練)させる教師データ群とする。そして、データ群の残りの20%を作成された機械学習モデルの正解率を求めるためのテストデータとして用いる。 The machine learning model generation unit 15 captures steel fiber images of steel fibers with known dispersion rates and generates a data group for training the machine learning model. In this embodiment, for example, a multilayer perceptron classifier is used as the machine learning model, but any other classifier using a neural network or the like may be used. In this embodiment, the data group is divided at a predetermined ratio, and for example, 80% of the data group is used as a teacher data group for learning (training) the machine learning model. The remaining 20% of the data group is then used as test data for determining the accuracy rate of the created machine learning model.

また、機械学習モデル生成部15は、教師データ群を学習データ群と検証データ群とに所定の比率にて分割し、例えば教師データ群の80%のデータの各々を機械学習モデルの実際の学習(訓練)に用いる学習データ群とする。そして、機械学習モデル生成部15は、教師データ群の残りの20%のデータの各々を学習データ群のデータで学習させた機械学習モデルの正解率の検証に用いる検証データ群とする。ここで、機械学習モデル生成部15は、学習データ群から所定の割合(20%)で一部のデータを抽出し、検証データ群のデータとを入れ替えて、入れ替え後の新たな学習データ群のデータにより機械学習モデルを学習させ、新たな検証データ群のデータを、機械学習モデルの正解率の検証に用いる。そして、機械学習モデル生成部15は、上述した学習データ群及び検証データ群の各々におけるデータの入れ替え操作を所定の回数行い、機械学習モデルの学習を行う。 The machine learning model generation unit 15 also divides the teacher data group into a training data group and a validation data group at a predetermined ratio, and for example, each of 80% of the teacher data group is used as a training data group to be used for actual learning (training) of the machine learning model. Then, the machine learning model generation unit 15 sets each of the remaining 20% of the teacher data group as a validation data group to be used for verifying the accuracy rate of the machine learning model trained with the data of the training data group. Here, the machine learning model generation unit 15 extracts a portion of data at a predetermined ratio (20%) from the training data group, replaces it with the data of the validation data group, trains the machine learning model with the data of the new training data group after the replacement, and uses the data of the new validation data group to verify the accuracy rate of the machine learning model. Then, the machine learning model generation unit 15 performs the data replacement operation in each of the above-mentioned training data group and validation data group a predetermined number of times to train the machine learning model.

教師データとして用いる特徴量は、教師データ記憶部21に教師データテーブルとして書き込まれて記憶されている。この教師データテーブルは、図3に示した形状特徴量テーブルと色特徴量テーブルと同様の構成のテーブルである。そして、教師データテーブルは、分散率が既知の鋼繊維を撮像した鋼繊維撮像画像である教師データ画像を解析して求めた、形状特徴量及び色特徴量の各々が書き込まれて記憶されている。 The features used as the teacher data are written and stored as a teacher data table in the teacher data storage unit 21. This teacher data table is a table with the same configuration as the shape feature table and color feature table shown in FIG. 3. The teacher data table is written and stored with each of the shape feature and color feature determined by analyzing the teacher data image, which is a steel fiber image of steel fibers with a known dispersion rate.

特徴量重要性評価部17は、学習済みモデルの学習に用いた教師データにおける形状特徴量あるいは色特徴量のいずれかの特徴量を選択し、その特徴量のデータを鋼繊維撮像画像間で入れ替えた場合の確信度への影響を評価する。
例えば、形状特徴量における輪郭長さのデータを、撮像画像識別情報の各々の間でランダムに入れ替えて(シャッフル(shuffle)して)、入れ替え特徴量群を学習済みモデルに入力し、輪郭長さが特徴量として機械学習モデルの学習にどの程度重要なものかを、確信度の低下のレベルにより判定する。この特徴量のデータの入れ替えを、全ての特徴量に対して行うことにより、機械学習モデルの学習における特徴量の重要性を確認することができる。例えば、この結果を用いて、最も大きな確信度の低下の値に対して、所定の割合以下の確信度の低下の値の特徴量を、機械学習モデルの学習に用いず、機械学習モデルをコンパクトにすることが考えられる。
The feature importance evaluation unit 17 selects either a shape feature or a color feature in the training data used to train the trained model, and evaluates the impact on the confidence level when the data of that feature is swapped between steel fiber image images.
For example, data on the contour length in the shape feature is randomly swapped (shuffled) between each piece of captured image identification information, and the swapped feature set is input to the trained model, and the degree to which the contour length is important as a feature in training the machine learning model is determined based on the level of confidence reduction. By swapping the feature data for all features, the importance of the feature in training the machine learning model can be confirmed. For example, using this result, it is possible to compact the machine learning model by not using features with confidence reduction values of a predetermined percentage or less relative to the largest confidence reduction value for training the machine learning model.

図4は、撮像画像識別情報と鋼繊維の分散率との対応を示すテーブルの構成例を示す図である。図4(a)は、教師データ記憶部21における教師データ情報テーブルの構成例を示している。教師データ情報テーブルは、レコード毎に、撮像画像識別情報、粒度分布種類、用途種別の各々の欄が設けられている。この撮像画像識別情報は、教師データとして用いた分散率が既知の鋼繊維の鋼繊維撮像画像の各々を個別に識別する識別情報である。粒度分布は、鋼繊維撮像画像を撮像した鋼繊維の分散率の種類(学習させる際のラベルとなる分散率の種類)を示している。本実施形態において、分散率の種類は、例えば3種類を用いており、それぞれ分散率#1、分散率#2及び分散率#3と示されている。用途種別は、教師データである鋼繊維撮像画像の各々の特徴量を、それぞれ教師データ群における学習データ群のデータあるいは検証データ群のデータとして用いるか、またはテストデータとして用いるかの種別が示されている。 Figure 4 is a diagram showing an example of the configuration of a table showing the correspondence between the captured image identification information and the dispersion rate of steel fibers. Figure 4 (a) shows an example of the configuration of the teacher data information table in the teacher data storage unit 21. The teacher data information table has columns for the captured image identification information, the particle size distribution type, and the use type for each record. This captured image identification information is identification information that individually identifies each steel fiber captured image of steel fibers with a known dispersion rate used as teacher data. The particle size distribution indicates the type of dispersion rate of the steel fiber that captured the steel fiber captured image (the type of dispersion rate that serves as a label when learning). In this embodiment, for example, three types of dispersion rates are used, which are shown as dispersion rate #1, dispersion rate #2, and dispersion rate #3. The use type indicates whether each feature amount of the steel fiber captured image, which is the teacher data, is used as data of the learning data group or the verification data group in the teacher data group, or as test data.

図4(b)は、特徴量記憶部19における推定結果テーブルの構成例を示している。推定結果テーブルは、レコード毎に、撮像画像識別情報、分散率#1、分散率#2、分散率#3の各々の欄が設けられている。この撮像画像識別情報は、鋼繊維の分散率が未知である鋼繊維撮像画像の各々を個別に識別する識別情報である。分散率#1の欄は、分散率が未知の鋼繊維撮像画像の特徴量が入力されて機械学習モデルが推定した、当該鋼繊維の分散率がラベルの分散率#1に分類されることの確信度(確からしさ)を示す推定値p(例えば、0<p<1)を示している。同様に、分散率#2の欄は、分散率が未知の鋼繊維の特徴量が入力されて機械学習モデルが推定した、当該鋼繊維の分散率がラベルの分散率#2に分類されることの確信度を示す推定値pを示している。分散率#3の欄は、分散率が未知の鋼繊維の特徴量が入力されて機械学習モデルが推定した、当該鋼繊維の分散率がラベルの分散率#3に分類されることの確信度を示す推定値pを示している。 4B shows an example of the configuration of the estimation result table in the feature storage unit 19. The estimation result table has columns for image identification information, dispersion rate #1, dispersion rate #2, and dispersion rate #3 for each record. This image identification information is identification information that individually identifies each steel fiber image in which the dispersion rate of the steel fiber is unknown. The dispersion rate #1 column shows an estimate value p (e.g., 0<p<1) indicating the confidence (likelihood) that the dispersion rate of the steel fiber is classified into the label dispersion rate #1, which is estimated by the machine learning model after the feature value of the steel fiber image in which the dispersion rate is unknown is input. Similarly, the dispersion rate #2 column shows an estimate value p indicating the confidence that the dispersion rate of the steel fiber is classified into the label dispersion rate #2, which is estimated by the machine learning model after the feature value of the steel fiber in which the dispersion rate is unknown is input. The dispersion rate #3 column shows an estimate value p indicating the confidence that the dispersion rate of the steel fiber is classified into the label dispersion rate #3, which is estimated by the machine learning model after the feature value of the steel fiber in which the dispersion rate is unknown is input.

図4は、本実施形態による鋼繊維分散率推定システムによる分散率が未知の鋼繊維の分散率を既知の分散率(ラベル)の各々に分類する処理の動作例を示すフローチャートである。本実施形態において、例として、既知の粒度分布が3種類であり、未知の分散率の鋼繊維を、これら3種類の分散率(ラベル)に分類する機械学習モデル(分類器)の生成処理と、生成した機械学習モデルによる分散率が未知の鋼繊維を、3種類のラベルへに分類する分類処理とを説明する。 Figure 4 is a flowchart showing an example of the operation of the process of classifying the dispersion rate of steel fibers with unknown dispersion rates into each of the known dispersion rates (labels) by the steel fiber dispersion rate estimation system according to this embodiment. In this embodiment, as an example, a process of generating a machine learning model (classifier) that classifies steel fibers with unknown dispersion rates into these three types of dispersion rates (labels) when there are three types of known particle size distributions, and a classification process of classifying steel fibers with unknown dispersion rates into three types of labels by the generated machine learning model will be described.

利用者は、表面が白色の所定の面積の板の上に分散率が既知の鋼繊維を配置(広げて堆積)させ、外光を遮蔽した閉鎖空間において、教師データとして用いる配置された鋼繊維の画像である鋼繊維撮像画像(繊維の撮像画像)を撮像装置により撮像する(ステップS1)。そして、撮像画像前処理部12は、撮像された鋼繊維撮像画像のトリミングや、陰影の除去などの前処理を行う。 The user arranges (spreads and piles) steel fibers with a known dispersion rate on a white surface of a plate of a specified area, and in a closed space that blocks external light, uses an imaging device to capture a steel fiber image (a captured image of the fibers) of the arranged steel fibers to be used as training data (step S1). The captured image preprocessing unit 12 then performs preprocessing such as trimming the captured steel fiber image and removing shadows.

形状特徴抽出部13及び色特徴抽出部14は、複数の、例えば分散率が既知の3種類の鋼繊維を撮像した鋼繊維撮像画像の各々から形状特徴量、色特徴量それぞれ(特徴量データ群)を抽出し、教師データ記憶部21における教師データテーブルに対して書き込んで記憶させる。ここで、例えば、鋼繊維の3種類の既知の分散率の種類毎に、数百枚ずつ鋼繊維撮像画像を撮像し、教師データの特徴量データ群として取得する(ステップS2)。
また、機械学習モデル生成部15は、教師データ記憶部21における教師データテーブルの特徴量データ群の80%を訓練データとし、20%をテストデータとし、教師データテーブルの用途種別の欄に記載する(ステップS3及びステップS4)。
The shape feature extraction unit 13 and the color feature extraction unit 14 extract shape features and color features (feature data groups) from each of a plurality of steel fiber images, e.g., three types of steel fibers with known dispersion rates, and write and store them in the teacher data table in the teacher data storage unit 21. Here, for example, several hundred steel fiber images are taken for each of the three types of steel fibers with known dispersion rates, and are obtained as feature data groups of teacher data (step S2).
In addition, the machine learning model generation unit 15 sets 80% of the feature data group in the teacher data table in the teacher data storage unit 21 as training data and 20% as test data, and enters them in the purpose type column of the teacher data table (steps S3 and S4).

機械学習モデル生成部15は、教師データ記憶部21における教師データテーブルの特徴量データ群(すなわち、教師データ群)のデータの80%(すなわち、データ群の64%)のデータを学習データ群とし、20%(すなわち、データ群の16%)のデータを検証データ群とし、教師データテーブルの用途種別の欄に記載する(ステップS5及びS6)。
そして、機械学習モデル生成部15は、教師データ記憶部21における教師データテーブルの用途種別が学習データ群のデータを用いて、機械学習モデル(分類器)のパラメータ調整を行うことで学習を行う(ステップS7、S8及びS9)。このとき、機械学習モデル生成部15は、教師データ記憶部21における教師データテーブルの用途種別が検証データ群であるデータを用いて、学習対象の機械学習モデルの分類の確信度を正解率として求める(モデル検証、正誤判定)。また、機械学習モデル生成部15は、検証データ群のデータと学習データ群の一部(例えば、学習データ群の20%)のデータとを交換し、交換後の新たな学習データ群のデータを用いて、生成した機械学習モデルの再学習を行わせる。この検証データ群のデータと学習データ群の一部のデータとを交換した機械学習モデルの再学習(再度のパラメータ調整)を、予め設定した回数分行い、鋼繊維の分散率(繊維分散率)推定の学習済み機械学習モデル(学習済みモデル)を生成し、機械学習モデル記憶部20に書き込んで記憶させる。
The machine learning model generation unit 15 regards 80% (i.e., 64% of the data group) of the feature data group (i.e., the teacher data group) of the teacher data table in the teacher data storage unit 21 as a learning data group, and 20% (i.e., 16% of the data group) of the data as a validation data group, and enters these in the purpose type column of the teacher data table (steps S5 and S6).
Then, the machine learning model generation unit 15 performs learning by adjusting the parameters of the machine learning model (classifier) using data whose use type is the learning data group in the teacher data table in the teacher data storage unit 21 (steps S7, S8, and S9). At this time, the machine learning model generation unit 15 uses data whose use type is the verification data group in the teacher data table in the teacher data storage unit 21 to calculate the confidence of the classification of the machine learning model to be learned as a correct answer rate (model verification, correct/incorrect judgment). In addition, the machine learning model generation unit 15 exchanges the data of the verification data group with a part of the data of the learning data group (for example, 20% of the learning data group), and causes the generated machine learning model to be re-trained using the data of the new learning data group after the exchange. The re-training (re-adjustment of parameters) of the machine learning model in which the data of the verification data group and the data of the part of the learning data group are exchanged is performed a preset number of times, and a trained machine learning model (trained model) for estimating the dispersion rate of steel fibers (fiber dispersion rate) is generated, and written and stored in the machine learning model storage unit 20.

また、機械学習モデル生成部15は、教師データ記憶部21における教師データテーブルの用途種別がテストデータのデータを用いて、分散率推定の学習済みモデル(学習済みの機械学習モデル)の学習対象の機械学習モデルの分類の確信度(正誤判定)を正解率として求める(ステップS10、S11)。ここで、機械学習モデル生成部15は、学習済みモデルの正解率が低い場合、ステップS3に戻って、再度の機械学習モデルの学習を行う構成としてもよい。 The machine learning model generation unit 15 also uses data with a usage type of test data in the teacher data table in the teacher data storage unit 21 to determine the confidence (correct/incorrect judgment) of the classification of the machine learning model to be trained for the trained model of variance rate estimation (trained machine learning model) as the accuracy rate (steps S10 and S11). Here, if the accuracy rate of the trained model is low, the machine learning model generation unit 15 may be configured to return to step S3 and train the machine learning model again.

利用者が表面が白色の板の上に分散率が未知の鋼繊維を配置(広げて堆積)させ、外光を遮蔽した閉鎖空間において、配置された鋼繊維の画像である鋼繊維撮像画像を撮像装置により行う(ステップS12)。そして、撮像画像前処理部12は、撮像された鋼繊維撮像画像のトリミングや、陰影の除去などの前処理を行う。 The user places (spreads and piles) steel fibers with an unknown dispersion rate on a white-surfaced plate, and in a closed space that blocks external light, an image of the placed steel fibers is taken with an imaging device (step S12). Then, the image preprocessing unit 12 performs preprocessing such as trimming the captured steel fiber image and removing shadows.

形状特徴抽出部13及び色特徴抽出部14は、分散率が未知の鋼繊維を撮像した鋼繊維撮像画像の各々から形状特徴量、色特徴量それぞれを抽出し、特徴量データ群として、付与されている撮像画像識別情報に対応させて、特徴量記憶部19における特徴量テーブルに対して書き込んで記憶させる(ステップS13)。
分散率推定部160は、機械学習モデル記憶部20から学習済みモデルを読み出すとともに、特徴量記憶部19の特徴量テーブルから特徴量データ群を読み出す。そして、分散率推定部16は、学習済みモデルに特徴量データ群を入力し、出力されるそれぞれのラベルの確信度を、特徴量記憶部19の結果テーブルにおけるラベルの欄に書き込んで記憶させる(ステップS14、S15)。
The shape feature extraction unit 13 and the color feature extraction unit 14 extract shape features and color features from each of the steel fiber images of steel fibers with unknown dispersion rates, and write and store the feature data group in a feature table in the feature memory unit 19 in correspondence with the assigned captured image identification information (step S13).
The variance rate estimation unit 160 reads the trained model from the machine learning model storage unit 20, and also reads a feature data group from the feature table of the feature storage unit 19. Then, the variance rate estimation unit 16 inputs the feature data group to the trained model, and writes and stores the confidence of each output label in the label column in the result table of the feature storage unit 19 (steps S14 and S15).

本実施形態によれば、分散率が既知の鋼繊維の鋼繊維撮像画像から抽出した形状特徴量及び色特徴量を用いて学習させた学習済みモデルに対して、堆積された鋼繊維の画像である鋼繊維撮像画像から抽出した形状特徴量及び色特徴量の各々を入力することで、コンクリートを作成する際に、従来のように大がかりな分散率の計測装置を必要とせず、混入する鋼繊維の分散率の計測を行う作業者の負担を低減し、かつ簡易に鋼繊維の分散率を求めることができる。
また、本実施形態によれば、工事現場や生コンを製造する事業所にて、上述したように簡易に鋼繊維の粒度分布を推定することが可能であるため、コンクリート建造物の作成における品質管理と、コンクリート建造物の作成におけるトレーサビリティの粒度分布のデータを容易に確保(提供)することができる。
According to this embodiment, by inputting each of the shape features and color features extracted from a steel fiber image, which is an image of deposited steel fibers, into a trained model that has been trained using shape features and color features extracted from a steel fiber image of steel fibers with a known dispersion rate, it is possible to create concrete without the need for a large-scale dispersion rate measuring device as in the past, reduce the burden on workers who measure the dispersion rate of the mixed steel fibers, and easily determine the dispersion rate of the steel fibers.
Furthermore, according to this embodiment, it is possible to easily estimate the particle size distribution of steel fibers at construction sites or at businesses that manufacture ready-mixed concrete, as described above, so that it is possible to easily secure (provide) particle size distribution data for quality control in the construction of concrete structures and for traceability in the construction of concrete structures.

なお、本発明における図1の鋼繊維分散率推定システム10の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、鋼繊維の分散率の推定処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWW(World Wide Web)システムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD-ROM(Compact Disc - Read Only Memory)等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM(Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。 The steel fiber dispersion rate estimation process may be performed by recording a program for implementing the functions of the steel fiber dispersion rate estimation system 10 of FIG. 1 in the present invention on a computer-readable recording medium, and reading and executing the program recorded on the recording medium into a computer system. The term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS (Operating System) and peripheral devices. The term "computer system" also includes a WWW (World Wide Web) system equipped with a homepage providing environment (or display environment). The term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible disks, optical magnetic disks, ROMs (Read Only Memory), and CD-ROMs (Compact Disc - Read Only Memory), as well as storage devices such as hard disks built into computer systems. The term "computer-readable recording medium" also refers to storage devices that hold a program for a certain period of time, such as volatile memory (RAM (Random Access Memory)) inside a computer system that becomes a server or client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 The above program may also be transmitted from a computer system in which the program is stored in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium, or by transmission waves in the transmission medium. Here, the "transmission medium" that transmits the program refers to a medium that has the function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The above program may also be one that realizes part of the above-mentioned functions. Furthermore, it may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.

10…鋼繊維分散率推定システム 11…データ入出力部 12…撮像画像前処理部 13…形状特徴抽出部 14…色特徴抽出部 15…機械学習モデル生成部 16…分散率推定部 17…特徴量需要性評価部 18…画像データ記憶部 19…特徴量記憶部 20…機械学習モデル記憶部 21…教師データ記憶部 10...Steel fiber dispersion rate estimation system 11...Data input/output unit 12...Captured image preprocessing unit 13...Shape feature extraction unit 14...Color feature extraction unit 15...Machine learning model generation unit 16...Dispersion rate estimation unit 17...Feature quantity demand evaluation unit 18...Image data storage unit 19...Feature quantity storage unit 20...Machine learning model storage unit 21...Teacher data storage unit

Claims (6)

コンクリートを生成する際に混入する鋼繊維が、当該鋼繊維の各々が接着された鋼繊維束からそれぞれ分離している割合を示す分散率を推定する鋼繊維分散率推定システムであり、
前記鋼繊維束をコンクリートに混入し、所定の練り混ぜ処理を行って、前記コンクリートを洗浄した後に前記鋼繊維を撮像した撮像画像である鋼繊維撮像画像から撮像されている鋼繊維の各々の特徴量として、少なくとも当該鋼繊維の輪郭長、輪郭面積、円形度、コンパクト比、凹凸係数のそれぞれから求めた形状特徴を抽出する形状特徴抽出部と、
前記鋼繊維撮像画像から、撮像されている鋼繊維の各々の特徴量として、少なくとも当該鋼繊維の色成分の階調度、色相、彩度及び明度のそれぞれから求めた色特徴を抽出する色特徴抽出部と、
前記形状特徴量及び前記色特徴量の各々が入力されることにより、前記鋼繊維の分散率を所定の機械学習モデルを用いて推定する分散率推定部と
を備えることを特徴とする鋼繊維分散率推定システム。
A steel fiber dispersion rate estimation system for estimating a dispersion rate indicating a rate at which steel fibers mixed in concrete are separated from the steel fiber bundles to which each of the steel fibers is bonded,
a shape feature extraction unit which extracts shape feature quantities calculated from at least a contour length, a contour area, a circularity, a compactness ratio, and a roughness coefficient of each of the steel fibers as feature quantities of the steel fibers captured from a steel fiber captured image which is an image obtained by mixing the steel fiber bundles into concrete, performing a predetermined mixing process, and capturing the steel fibers after washing the concrete;
a color feature extraction unit for extracting color feature values calculated from at least the gradation, hue, saturation, and brightness of the color components of the steel fibers as feature values of each of the captured steel fibers from the steel fiber captured image;
a dispersion rate estimation unit that estimates the dispersion rate of the steel fibers using a predetermined machine learning model by inputting each of the shape feature and the color feature.
前記形状特徴抽出部が、
前記鋼繊維撮像画像における前記鋼繊維の各々の前記輪郭長、前記輪郭面積及、前記円形度のそれぞれの特徴量の合計値、平均値、標準偏差を求めて前記形状特徴とし、
前記色特徴抽出部が、
前記鋼繊維撮像画像における前記鋼繊維の各々の前記色成分の階調度、前記色相、前記彩度、前記明度のそれぞれの特徴量を複数の特徴量の大きさの範囲に分類し、それぞれの前記範囲の出現割合を求めて前記色特徴とする
ことを特徴とする請求項1に記載の鋼繊維分散率推定システム。
The shape feature extraction unit,
The sum, average and standard deviation of the feature amounts of the contour length, the contour area and the circularity of each of the steel fibers in the steel fiber image are calculated as the shape feature amount ,
The color feature extraction unit,
The steel fiber dispersion rate estimation system according to claim 1, characterized in that the feature amounts of the gradient, the hue, the saturation, and the brightness of the color components of each of the steel fibers in the steel fiber image are classified into a plurality of ranges of feature amount size , and the occurrence rate of each of the ranges is calculated to be the color feature amount.
前記色成分が、色成分R、色成分G及び色成分Bの各々と、前記色成分R、前記色成分G,前記色成分Bのそれぞれから求めたグレースケールとである
ことを特徴とする請求項2に記載の鋼繊維分散率推定システム。
The steel fiber dispersion rate estimation system according to claim 2, characterized in that the color components are each a color component R, a color component G, and a color component B, and a gray scale calculated from each of the color components R, G, and B.
前記機械学習モデルを、分散率が既知の鋼繊維を撮像した前記鋼繊維撮像画像から抽出した前記形状特徴及び前記色特徴の各々を、教師データとして用いて学習させる機械学習モデル生成部を
さらに備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の鋼繊維分散率推定システム。
The steel fiber dispersion ratio estimation system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a machine learning model generation unit that trains the machine learning model using, as training data, each of the shape feature and the color feature extracted from the steel fiber image in which a steel fiber having a known dispersion ratio is imaged.
機械学習モデル生成部が、
前記教師データを学習用データと検証用データとに所定の比率で分割し、前記学習用データで前記機械学習モデルを学習させ、当該機械学習モデルの推定結果の正答率を前記検証用データにより求める学習処理を、前記検証用データを前記学習用データの一部と入れ替えて所定の回数行う
ことを特徴とする請求項4に記載の鋼繊維分散率推定システム。
The machine learning model generation unit:
The steel fiber dispersion ratio estimation system according to claim 4, characterized in that the teacher data is divided into learning data and verification data at a predetermined ratio, the machine learning model is trained with the learning data, and a learning process for determining the accuracy rate of the estimation result of the machine learning model using the verification data is performed a predetermined number of times by replacing a part of the learning data with the verification data.
前記機械学習モデルの学習において、当該機械学習モデルの学習結果に対する前記形状特徴及び前記色特徴の各々の貢献度を、並び替え重要性の手法を用いて評価する
特徴量重要性評価部
をさらに備える
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の鋼繊維分散率推定システム。
The steel fiber dispersion ratio estimation system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a feature importance evaluation unit that, in training the machine learning model, evaluates the contribution of each of the shape feature and the color feature to a training result of the machine learning model using a sorting importance technique.
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