Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7718860B2 - Aggregate particle size distribution estimation system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7718860B2 - Aggregate particle size distribution estimation system - Google Patents

Aggregate particle size distribution estimation system

Info

Publication number
JP7718860B2
JP7718860B2 JP2021097226A JP2021097226A JP7718860B2 JP 7718860 B2 JP7718860 B2 JP 7718860B2 JP 2021097226 A JP2021097226 A JP 2021097226A JP 2021097226 A JP2021097226 A JP 2021097226A JP 7718860 B2 JP7718860 B2 JP 7718860B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aggregate
particle size
size distribution
feature
color
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021097226A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022188932A (en
Inventor
慧一 矢野
駿之介 赤羽根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimizu Corp
Original Assignee
Shimizu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimizu Corp filed Critical Shimizu Corp
Priority to JP2021097226A priority Critical patent/JP7718860B2/en
Publication of JP2022188932A publication Critical patent/JP2022188932A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7718860B2 publication Critical patent/JP7718860B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Description

本発明は、骨材粒度分布推定システムに関する。 The present invention relates to an aggregate particle size distribution estimation system.

従来から、コンクリート構造物を作成する際、コンクリートが硬化することによる収縮・ひび割れなどを低減させるため、生コンクリートに骨材が混入されて用いられる。
すなわち、コンクリートは、水、セメント、粗骨材(砂利)、細骨材(砂)の4つの素材で構成されており、重量の大半を占める骨材の品質管理は重要である。
そして、コンクリートを使用する用途、目的、強度やコンクリートの種類により、コンクリートに混入する粗骨材における骨材の粒度分布が異なる。
このため、粗骨材や細骨材の粒度は、コンクリート構造物の強度計算において重要なパラメータとして用いられている。
BACKGROUND ART Conventionally, when constructing a concrete structure, aggregate is mixed into ready-mixed concrete in order to reduce shrinkage, cracks, and the like that occur when the concrete hardens.
In other words, concrete is composed of four materials: water, cement, coarse aggregate (gravel), and fine aggregate (sand), and quality control of the aggregate, which accounts for the majority of the weight, is important.
The particle size distribution of the coarse aggregate mixed into concrete varies depending on the use, purpose, and strength of the concrete, and the type of concrete.
For this reason, the grading of coarse aggregate and fine aggregate is used as an important parameter in calculating the strength of concrete structures.

一方、骨材の粒度を一定にしようとして、骨材のふるい分けが行われるが、同一の粒度(骨材の粒子径)としてふるい分けられた骨材であっても、異なった粒度の骨材が混ざり合った粒度分布(骨材の粒子群の粒子径の分布)を有している。
このため、骨材の粒度を計測する方法として、日本工業規格(JIS A1102:2014)において、「骨材ふるい分け試験方法」として規定されている。
しかし、上記「骨材ふるい分け試験方法」は、試験を行う作業者の負担が大きく、頻繁に実施することは難しい。
On the other hand, aggregates are sieved in an attempt to make the particle size of the aggregate uniform, but even aggregates sieved to the same particle size (particle diameter of the aggregate) have a particle size distribution (distribution of particle diameters of aggregate particle groups) in which aggregates of different particle sizes are mixed.
For this reason, the method for measuring the particle size of aggregate is specified in the Japanese Industrial Standards (JIS A1102:2014) as the "aggregate sieving test method."
However, the above-mentioned "aggregate sieving test method" places a heavy burden on the worker conducting the test, and it is difficult to carry out the test frequently.

このため、「骨材ふるい分け試験方法」に比較して、作業者の負担を低減するため、測定板上に粗骨材を単層状に広げて、骨材を撮像した撮像画像を画像解析して、粒度分布を測定するシステムがある(例えば、特許文献1参照)。
また、粗骨材をベルトコンベアに散布し、当該ベルトコンベア上における粗骨材を撮像して、撮像された骨材の各々の輪郭を抽出し、粒度分布を測定するシステムがある(例えば、特許文献2参照)。
Therefore, in order to reduce the burden on the worker compared to the "aggregate sieving test method," there is a system in which coarse aggregate is spread in a single layer on a measuring plate, and the captured image of the aggregate is analyzed to measure the particle size distribution (see, for example, Patent Document 1).
There is also a system that scatters coarse aggregate onto a belt conveyor, captures images of the coarse aggregate on the belt conveyor, extracts the contours of each of the captured aggregates, and measures the particle size distribution (see, for example, Patent Document 2).

また、粗骨材を筒状に散布して落下させ、落下する粗骨材を撮像して、撮像された粗骨材の各々の輪郭を抽出し、この輪郭を用いて骨材の各々の粒度を計測することで粒度分布を測定するシステムがある(例えば、特許文献3参照)。
細骨材の顕微鏡写真を撮像した撮像画像を画像処理することにより、細骨材の各々の形状を等価的に円形状におきかえて、粒度を計測するシステムがある(例えば、非特許文献1参照)。
There is also a system that measures particle size distribution by scattering coarse aggregate in a cylindrical shape and allowing it to fall, capturing images of the falling coarse aggregate, extracting the outline of each of the captured coarse aggregates, and measuring the particle size of each of the aggregates using these outlines (see, for example, Patent Document 3).
There is a system that measures particle size by converting the shape of each fine aggregate into an equivalent circular shape by image processing of a microphotograph of the fine aggregate (see, for example, Non-Patent Document 1).

特開2008-268051号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-268051 特開2003-010726号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-010726 特開2016-070714号公報JP 2016-070714 A

伊藤康司、辻本一志、鈴木一雄、辻幸和、「画像処理システムを活用した細骨材粒度の簡易検査方法の開発」、Cement Science and Concrete Technology. 63, 227-232, 2009.Ito, K., Tsujimoto, K., Suzuki, K., Tsuji, Y., "Development of a simple inspection method for fine aggregate particle size using an image processing system," Cement Science and Concrete Technology. 63, 227-232, 2009.

しかしながら、上述した先行技術の各々は、「骨材ふるい分け試験方法」と異なり、試験を行う作業者の負担は低減できるが、骨材を撮像して粒度分布を解析する際に、それぞれに特殊な設備を必要とする。
このため、実際にコンクリート構造物を作成する工事現場や、コンクリートを生成する生コンクリート(レディーミクストコンクリート)製造工場などにおいて、上述した設備を設けることは困難である。
However, unlike the "aggregate sieving test method," each of the above-mentioned prior arts can reduce the burden on the worker conducting the test, but each requires special equipment when imaging the aggregate and analyzing the particle size distribution.
For this reason, it is difficult to install the above-mentioned equipment at construction sites where concrete structures are actually created, or at ready-mixed concrete (ready-mixed concrete) manufacturing plants where concrete is produced.

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、コンクリートを作成する際に、混入する骨材(粗骨材、細骨材)の粒度分布の計測を行う作業者の負担を低減し、かつ簡易に骨材の粒度分布を求めることができる骨材粒度分布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 an aggregate particle size distribution estimation system that reduces the burden on workers who measure the particle size distribution of aggregates (coarse aggregate, fine aggregate) mixed in when making concrete, and can easily determine the particle size distribution of the aggregate.

上記課題を解決するため、本発明の骨材粒度分布推定システムは、コンクリートを生成する際に混入する骨材(粗骨材あるいは細骨材)の粒度分布を推定する骨材粒度分布推定システムであり、堆積した骨材の表面を撮像した撮像画像である骨材表面画像から、撮像されている骨材の各々の特徴量として、少なくとも骨材の輪郭長、輪郭面積及び円形度のそれぞれから求めた形状特徴量を抽出する形状特徴抽出部と、前記骨材表面画像から、撮像されている骨材の各々の特徴量として、少なくとも骨材の色成分の階調度、色相、彩度及び明度のそれぞれから求めた色特徴量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、前記骨材の粒度分布を所定の機械学習モデルを用いて推定する粒度分布推定部とを備えることを特徴とする。 To solve the above problem, the aggregate particle size distribution estimation system of the present invention is an aggregate particle size distribution estimation system that estimates the particle size distribution of aggregate (coarse aggregate or fine aggregate) mixed in when producing concrete, and is characterized by comprising: a shape feature extraction unit that extracts shape feature quantities calculated from at least the contour length, contour area, and circularity of the aggregate as feature quantities of each of the captured aggregate from an aggregate surface image, which is an image of the surface of piled aggregate; a color feature extraction unit that extracts color feature quantities calculated from at least the gradient, hue, saturation, and brightness of the aggregate's color components as feature quantities of each of the captured aggregate from the aggregate surface image; and a particle size distribution estimation unit that receives the shape feature quantities and color feature quantities and estimates the particle size distribution of the aggregate using a predetermined machine learning model.

本発明によれば、コンクリートを作成する際に、混入する骨材(粗骨材、細骨材)の粒度分布の計測を行う作業者の負担を低減し、かつ簡易に骨材の粒度分布を求めることができる骨材粒度分布推定システムを提供することができる。 The present invention provides an aggregate particle size distribution estimation system that reduces the burden on workers who measure the particle size distribution of aggregates (coarse aggregate, fine aggregate) mixed into concrete when making it, and can easily determine the particle size distribution of the aggregate.

本発明の一実施形態による骨材粒度分布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 an aggregate particle size distribution estimation system according to an embodiment of the present invention. 本実施形態における骨材表面画像の撮像を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating the capturing of an aggregate surface 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。3 is a diagram showing an example of the structure of a feature table written and stored in a feature storage unit 19 in this embodiment. FIG. 骨材撮像画像識別情報と粗骨材の粒度分布との対応を示すテーブルの構成例を示す図である。10 is a diagram showing an example of the configuration of a table showing the correspondence between aggregate image identification information and particle size distribution of coarse aggregate. FIG. 本実施形態による骨材粒度分布推定システムによる粒度分布が未知の粗骨材の粒度分布を既知の粒度分布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 for classifying the particle size distribution of coarse aggregate, the particle size distribution of which is unknown, into each of known particle size distributions, performed by the aggregate particle size distribution estimation system according to the present embodiment.

図1は、本発明の一実施形態による骨材粒度分布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、骨材粒度分布推定システム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、粒度分布推定部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の各々を備える。以下、骨材の一例として粗骨材を例に説明するが、細骨材に関しても同様の処理が行える。 Figure 1 is a block diagram showing an example configuration of an aggregate particle size distribution estimation system according to one embodiment of the present invention. In Figure 1, the aggregate particle size distribution 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 particle size distribution 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 training data storage unit 21. Below, we will use coarse aggregate as an example of aggregate, but similar processing can also be performed on fine aggregate.

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粗骨材を撮像した撮像画像である骨材表面画像のデータを、骨材表面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。上記骨材表面画像は、例えば、外光を遮蔽した暗箱のような閉鎖空間において撮像する。 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 aggregate surface image data, which is an image of coarse aggregate supplied from an external device, in the image data storage unit 18, along with aggregate surface image identification information. The aggregate surface image is captured in a closed space, such as a dark box that blocks external light.

図2は、本実施形態における骨材表面画像の撮像を説明する図である。
図2(a)は、撮像する対象である粗骨材をバケットのような上部が開放された容器に堆積させ、その堆積した粗骨材の表面を撮像して撮像画像101を取得することを示す図である。図2(b)は、取得した撮像画像101を粗骨材表面のみの画像領域となるようにトリミングを行い、このトリミング結果を骨材表面画像102とする。
FIG. 2 is a diagram illustrating how to capture an aggregate surface image in this embodiment.
Fig. 2(a) is a diagram showing how coarse aggregate, which is the object to be imaged, is piled up in a container with an open top, such as a bucket, and the surface of the piled coarse aggregate is imaged to obtain an image 101. Fig. 2(b) shows how the acquired image 101 is trimmed so that the image area is limited to the surface of the coarse aggregate, and this trimming result is an aggregate surface image 102.

図2(c)は、骨材表面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、粗骨材202を堆積させたバケット201を配置する。そして、堆積した粗骨材202の表面を、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、骨材表面画像を撮像する撮像環境を一定とすることができ、複数の骨材表面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、骨材表面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(c) shows an example of a method for capturing an aggregate surface image. A bucket 201 containing a pile of coarse aggregate 202 is placed in a container 200, such as a dark box that blocks external light. The surface of the accumulated coarse aggregate 202 is then captured by an imaging device 210 at the timing when a flash 211 is emitted. This allows the imaging environment for capturing aggregate surface images to be constant, and multiple aggregate surface images can be captured under the same conditions. Furthermore, in this embodiment, the camera parameters of the imaging device are also the same when capturing each aggregate surface image.

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骨材表面画像を取得するとともに、骨材表面画像の粗骨材の各々の画像領域における他の粗骨材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、処理後の骨材表面画像を、骨材表面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 Figure 1, the captured image pre-processing unit 12 performs the trimming process described above to obtain an aggregate surface image, and also performs processes such as erasing the shadows of other coarse aggregates in the image area of each coarse aggregate in the aggregate surface image. The captured image pre-processing unit 12 then writes and stores the processed aggregate surface image in the image data storage unit 18 in association with the aggregate surface image identification information.

形状特徴抽出部13は、骨材表面画像における粗骨材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、抽出された輪郭の全ての輪郭長を加算して、輪郭長の合計値である輪郭長合計値を形状特徴量の一つとして取得する。また、形状特徴抽出部13は、形状特徴量として、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する。 The shape feature extraction unit 13 performs a process to extract the contours of each of the coarse aggregates in the aggregate surface image. The shape feature extraction unit 13 then calculates the perimeter length of each of the extracted contours as the contour length, adds up the contour lengths of all the extracted contours, and obtains the total contour length value, which is the sum of the contour lengths, as one of the shape feature quantities. The shape feature extraction unit 13 also calculates the average value of the contour lengths of each of the contours as the contour length average value, and calculates the standard deviation of the contour lengths of each of the contours as the contour length standard deviation, as shape feature quantities.

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、抽出された輪郭の全ての輪郭面積を加算して、輪郭面積の合計値である輪郭面積合計値を形状特徴量の一つとして取得する。また、形状特徴抽出部13は、形状特徴量として、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する。 Similarly, the shape feature extraction unit 13 calculates the area inside the extracted contour as the contour area, adds up the contour areas of all the extracted contours, and obtains the total contour area value, which is the sum of the contour areas, as one of the shape feature quantities. Furthermore, the shape feature extraction unit 13 calculates the average value of the contour areas of each contour as the contour area average, and calculates the standard deviation of the contour areas of each contour as the contour area standard deviation, as shape feature quantities.

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、抽出された輪郭の全ての輪郭円形度を加算して、輪郭円形度の合計値である輪郭円形度合計値を形状特徴量の一つとして取得する。ここで、形状特徴抽出部13は、下記の(1)式により、粗骨材の各々の輪郭線の円形度circを算出する。この(1)式において、areaは粗骨材の輪郭面積であり、lengthは粗骨材の輪郭長である。
circ=4π×area/(length) …(1)
The shape feature extraction unit 13 calculates the contour circularity, which is the circularity of the shape of the contour line of the extracted contour, and then adds up the contour circularities of all the extracted contours to obtain a contour circularity total value, which is the total value of the contour circularities, as one of the shape feature quantities. Here, the shape feature extraction unit 13 calculates the circularity circ of each contour line of the coarse aggregate using the following equation (1). In this equation (1), area is the contour area of the coarse aggregate, and length is the contour length of the coarse aggregate.
circ=4π×area/(length) 2 …(1)

また、形状特徴抽出部13は、形状特徴量として、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する。そして、形状特徴抽出部13は、特徴量記憶部19に対して取得した形状特徴量の各々を書き込んで記憶させる。 Furthermore, the shape feature extraction unit 13 calculates the average value of the contour circularity for each contour as a shape feature, and calculates the standard deviation of the contour circularity for each contour as a contour circularity standard deviation.The shape feature extraction unit 13 then writes and stores each of the acquired shape feature values in the feature storage unit 19.

色特徴抽出部14は、骨材表面画像におけるピクセルの各々の色情報を抽出して、骨材表面画像の色特徴量の取得を行う。色情報としては、例えば、骨材表面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、骨材表面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、グ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 aggregate surface image and acquires color feature quantities for the aggregate surface image. For example, the color information is calculated by calculating the average gradient values for each of the color components R, G, and B for each pixel in the aggregate surface image, to acquire the R average value, G average value, and B average value. At this time, the color feature extraction unit 14 calculates the grayscale for each pixel in the aggregate surface image from the color components R, G, and B, and calculates the grayscale average value, which is the average value of the grayscales. The color feature extraction unit 14 then writes and stores the acquired 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、骨材表面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. For example, if there are 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 included in each class by the total number of pixels in the aggregate surface image, and uses the division result for each class as the occurrence rate of that 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骨材表面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1及び0となるように、出現割合の標準化(規格化)処理を行い、取得した色成分Rの出現割合の各々(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 color component R by the total number of pixels in the aggregate surface image, obtaining division values for classes from 0-31 to 224-255, and then obtains the occurrence rate for each class of color component R's gradient. The color feature extraction unit 14 also standardizes the occurrence rates so that the maximum and minimum occurrence rates in the eight classes of color component R are 1 and 0, respectively, and writes and stores each of the obtained occurrence rates of color component R (color component R occurrence rate for each of the eight classes) in the feature storage unit 19. The color feature extraction unit 14 also performs the same process on each of color components G, B, and grayscale as for color component R, and writes and stores each of the obtained color component G occurrence rate, color component B occurrence rate, and grayscale occurrence rate 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、骨材表面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。 In addition, the color feature extraction unit 14 calculates the average values of hue H, saturation S, and lightness V in the HSV display for each pixel of the aggregate surface image as other color feature quantities, thereby obtaining the average hue, average saturation, and average lightness values.The color feature extraction unit 14 then writes and stores the obtained average hue, average saturation, and average lightness values in the feature storage unit 19.The color feature extraction unit 14 divides the range of values for hue H, saturation S, and lightness V into eight classes, similar to the gradient, and classifies each pixel into one of these classes.

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、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骨材表面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1及び0となるように、出現割合の標準化処理を行い、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 (0 to 255), classifies them into eight classes, and, as with the 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 aggregate surface image. The color feature extraction unit 14 then standardizes the occurrence rates so that the maximum and minimum occurrence rates in the hue H class are 1 and 0, respectively, to determine the standardized hue occurrence rates. The color feature extraction unit 14 writes and stores each of the acquired hue occurrence rates (the hue occurrence rate for each of the eight classes) in the feature storage unit 19.

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、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骨材表面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1及び0となるように、出現割合の標準化処理を行い、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 numerical values representing saturation S, from 0% to 100%, into 256 gradations from 0 to 255, and classifies them into eight classes. As with the gradations, it 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 aggregate surface image. The color feature extraction unit 14 then standardizes the occurrence rates so that the maximum and minimum occurrence rates in the saturation S classes are 1 and 0, respectively, to obtain standardized saturation occurrence rates. The color feature extraction unit 14 writes and stores each of the acquired saturation occurrence rates (the saturation occurrence rates for each of the eight classes) in the feature storage unit 19.

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、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骨材表面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1及び0となるように、出現割合の標準化処理を行い、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, classifying them into eight classes. As with the gradients, it 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 aggregate surface image. The color feature extraction unit 14 then standardizes the occurrence rates so that the maximum and minimum occurrence rates in the brightness V classes are 1 and 0, respectively, to determine the standardized brightness occurrence rate. The color feature extraction unit 14 writes and stores each of the acquired brightness occurrence rates (the brightness occurrence rate for each of the eight classes) in the feature storage unit 19.

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、形状特徴量の特徴量群として、上述した骨材撮像画像識別情報、輪郭長合計値、輪郭長平均値、輪郭長標準偏差、輪郭面積合計値、輪郭面積平均値、輪郭面積標準偏差、輪郭円形度合計値、輪郭円形度平均値及び輪郭円形度標準偏差の各々の欄が設けられている。 Figure 3 shows an example of the structure of a feature table written and stored in the feature storage unit 19 in this embodiment. Figure 3(a) shows an example of the structure of a shape feature table, which is one of the feature tables. For each record, the shape feature table has columns for the above-mentioned aggregate image identification information, total contour length, average contour length, standard deviation of contour length, total contour area, average contour area, standard deviation of contour area, total contour circularity, average contour circularity, and standard deviation of contour circularity as feature groups of shape features.

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、色特徴量の特徴量群として、レコード毎に、上述した骨材撮像画像識別情報、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 as a group of color feature values: the aggregate image identification information described above, R average value, R color component appearance rate, G average value, G color component appearance rate, B average value, B color component appearance rate, grayscale average value, grayscale appearance rate, hue average value, hue appearance rate, saturation average value, saturation appearance rate, lightness average value, and lightness appearance rate. Furthermore, the R color component appearance rate, G color component appearance rate, B color component appearance rate, grayscale appearance rate, hue appearance rate, saturation appearance rate, and lightness appearance rate are each written in a column as a set of eight appearance rate 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を入力し、出力から粗骨材の骨材粒度分布(以下単に、粒度分布と示す)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、複数の粒度分布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、骨材表面画像に撮像されている粗骨材の粒度分布が、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、骨材表面画像に撮像されている粗骨材の粒度分布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 inputs each of the above-mentioned shape features and color features and generates a machine learning model that outputs an estimated value of the aggregate particle size distribution (hereinafter simply referred to as particle size distribution) of the coarse aggregate. That is, the machine learning model in this embodiment is a classifier that classifies multiple particle size distributions. By inputting a group of feature data for each of the shape features and color features, the machine learning model outputs a confidence level (an estimated value indicating the likelihood, the estimated value p described below) when the particle size distribution of the coarse aggregate captured in the aggregate surface 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 of particle size distributions #1, #2, and #3, and the particle size distribution with the highest output confidence level is estimated to be the most likely to be the particle size distribution of the coarse aggregate captured in the aggregate surface image.

機械学習モデル生成部15は、粒度分布が既知の粗骨材の骨材表面画像を撮像して、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、データ群のデータの80%を機械学習モデルを学習(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 images of the surface of coarse aggregate with a known particle size distribution 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 also be used. Furthermore, in this embodiment, the data group is divided at a predetermined ratio, and, for example, 80% of the data in the data group is used as a training 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、検証データ群から同一数の教師データを入れ替えて、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, designates each of 80% of the data in the teacher data group as the training data group to be used for actual learning (training) of the machine learning model. The machine learning model generation unit 15 then designates each of the remaining 20% of the data in the teacher data group as the validation data group to be used for verifying the accuracy rate of the machine learning model trained with the data in the training data group. Here, the machine learning model generation unit 15 extracts a portion of data at a predetermined rate (20%) from the training data group, replaces the same number of teacher data pieces with those in the validation data group, trains the machine learning model with the data in the new training data group after the replacement, and uses the data in the new validation data group to verify the accuracy rate of the machine learning model. The machine learning model generation unit 15 then 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、粒度分布が既知の粗骨材を撮像した骨材表面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。 Feature values used as training data are written and stored in the training data storage unit 21 as a training data table. This training data table has a similar structure to the shape feature value table and color feature value table shown in Figure 3. The training data table stores each of the shape feature values and color feature values obtained by analyzing training data images, which are images of the aggregate surface captured from coarse aggregate with a known particle size distribution.

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骨材表面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、骨材表面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。
本実施形態においては、特徴量重要性評価部17の処理により、輪郭円形度合計値、輪郭長合計値、彩度平均値、色相出現割合(階調度96-127)、色相出現割合(160-191)、明度出現割合(階調度192-223)、色成分B出現割合(階調度192-223)、輪郭長平均値、色成分B出現割合(階調度0-31)、色相出現割合(0-31)の各々が上位10個の特徴量として抽出された。
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 aggregate surface images.
For example, the contour length data in the shape feature is randomly shuffled among the aggregate surface image identification information, and the shuffled feature set is input to the trained model. The importance of the contour length as a feature for training the machine learning model is determined based on the level of confidence reduction. By shuffling the feature data in this way for all feature values, 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 feature values with confidence reduction values that are less than a predetermined percentage of the largest confidence reduction value for training the machine learning model.
In this embodiment, the feature importance evaluation unit 17 processed the following to extract the top 10 features: total contour circularity value, total contour length value, average saturation value, hue appearance rate (gradation 96-127), hue appearance rate (160-191), brightness appearance rate (gradation 192-223), color component B appearance rate (gradation 192-223), average contour length value, color component B appearance rate (gradation 0-31), and hue appearance rate (0-31).

図4は、骨材撮像画像識別情報と粗骨材の粒度分布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、骨材撮像画像識別情報、粒度分布種類、用途種別の各々の欄が設けられている。この骨材撮像画像識別情報は、教師データとして用いた粒度分布が既知の粗骨材の骨材表面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、骨材表面撮像画像を撮像した粗骨材の粒度分布の種類(学習させる際のラベルとなる粒度分布の種類)を示している。本実施形態において、粒度分布の種類は、例えば3種類を用いており、それぞれ粒度分布#1、粒度分布#2及び粒度分布#3と示されている。用途種別は、教師データである骨材表面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 shows an example of a table showing the correspondence between aggregate image identification information and the particle size distribution of coarse aggregate. Figure 4(a) shows an example of the configuration of the training data information table in the training data storage unit 21. The training data information table has columns for aggregate image identification information, particle size distribution type, and application type for each record. This aggregate image identification information is identification information that individually identifies each aggregate surface image of coarse aggregate with a known particle size distribution used as training data. The particle size distribution indicates the type of particle size distribution of the coarse aggregate from which the aggregate surface image was captured (the type of particle size distribution that serves as a label during learning). In this embodiment, for example, three particle size distribution types are used, each represented as particle size distribution #1, particle size distribution #2, and particle size distribution #3. The application type indicates whether each feature of the aggregate surface image (the training data) is used as data in the training data group or the validation data group, or as test data, respectively, in the training data group.

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、骨材撮像画像識別情報、粒度分布#1、粒度分布#2、粒度分布#3の各々の欄が設けられている。この骨材撮像画像識別情報は、粗骨材の粒度分布が未知である骨材表面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#1の欄は、粒度分布が未知の粗骨材の特徴量が入力されて機械学習モデルが推定した、当該粗骨材の粒度分布がラベルの粒度分布#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、粒度分布#2の欄は、粒度分布が未知の粗骨材の特徴量が入力されて機械学習モデルが推定した、当該粗骨材の粒度分布がラベルの粒度分布#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。粒度分布#3の欄は、粒度分布が未知の粗骨材の特徴量が入力されて機械学習モデルが推定した、当該粗骨材の粒度分布がラベルの粒度分布#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。 Figure 4(b) shows an example of the configuration of the estimation result table in the feature storage unit 19. The estimation result table has columns for aggregate image identification information, particle size distribution #1, particle size distribution #2, and particle size distribution #3 for each record. This aggregate image identification information is identification information that individually identifies each aggregate surface image for which the particle size distribution of coarse aggregate is unknown. The particle size distribution #1 column shows an estimated value p (e.g., 0 < p < 1) that indicates the confidence (likelihood) that the particle size distribution of the coarse aggregate, estimated by the machine learning model when the feature values of the coarse aggregate with an unknown particle size distribution are input, is classified into the particle size distribution #1 of the label. Similarly, the particle size distribution #2 column shows an estimated value p that indicates the confidence (likelihood) that the particle size distribution of the coarse aggregate, estimated by the machine learning model when the feature values of the coarse aggregate with an unknown particle size distribution are input, is classified into the particle size distribution #2 of the label. The Particle Size Distribution #3 column shows the estimated value p, which indicates the confidence level that the particle size distribution of the coarse aggregate is classified as particle size distribution #3, as estimated by the machine learning model when the features of the coarse aggregate with an unknown particle size distribution are input.

図5は、本実施形態による骨材粒度分布推定システムによる粒度分布が未知の粗骨材の粒度分布を既知の粒度分布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、未知の粒度分布の粗骨材を、これら3種類の粒度分布(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粒度分布が未知の粗骨材を、3種類のラベルに分類する分類処理とを説明する。 Figure 5 is a flowchart showing an example of the operation of the aggregate particle size distribution estimation system according to this embodiment, which classifies the particle size distribution of coarse aggregate with an unknown particle size distribution into each of the known particle size distributions. In this embodiment, as an example, there are three known particle size distributions, and the process of generating a machine learning model (classifier) that classifies coarse aggregate with an unknown particle size distribution into these three particle size distributions (labels) and the classification process that classifies coarse aggregate with an unknown particle size distribution into the three labels using the generated machine learning model are explained.

利用者は、バケットに粒度分布が既知の粗骨材を堆積させ、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堆積された粗骨材の表面画像である骨材表面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、撮像された骨材表面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 piles coarse aggregate with a known particle size distribution into a bucket, and in a closed space that blocks external light, uses an imaging device to capture aggregate surface images, which are surface images of the piled coarse aggregate to be used as training data (step S1). The captured image preprocessing unit 12 then performs preprocessing on the captured aggregate surface images, such as trimming and removing shadows.

形状特徴抽出部13及び色特徴抽出部14は、複数の、すなわち3種類の粒度分布の粗骨材を撮像した骨材表面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、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、粗骨材の3種類の既知の粒度分布の種類毎に、数百枚ずつ骨材表面撮像画像を撮像し、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%を教師データとし、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 from each of the aggregate surface images taken of a plurality of coarse aggregates, i.e., coarse aggregates having three particle size distributions, and write and store the extracted shape features and color features in the teacher data table in the teacher data storage unit 21. Here, for example, several hundred images of the aggregate surface are taken for each of the three known particle size distributions of the coarse aggregate, and are acquired as a feature data group of the 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 teacher data and 20% as test data, and enters these in the usage 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%)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、骨材粒度分布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 sets 80% (i.e., 64% of the data group) of the feature data group (i.e., the teacher data group) in the teacher data table in the teacher data storage unit 21 as a training data group, and 20% (i.e., 16% of the data group) as a validation data group, and enters these in the usage type column of the teacher data table (steps S5 and S6).
The machine learning model generation unit 15 then performs learning by adjusting the parameters of the machine learning model (classifier) using data whose use type is the training data group in the training data table in the training data storage unit 21 (steps S7, S8, and S9). At this time, the machine learning model generation unit 15 calculates the accuracy rate of the classification of the machine learning model to be trained using data whose use type is the validation data in the training data table in the training data storage unit 21 (model verification, correct/incorrect determination). The machine learning model generation unit 15 also exchanges the data in the validation data group with a portion of the data in the training data group (e.g., 20% of the training data group), and re-trains the generated machine learning model using the new data in the exchanged training data group. This re-training (re-parameter adjustment) of the machine learning model in which the data in the validation data group and a portion of the data in the training data group have been exchanged is performed a predetermined number of times, thereby generating a trained machine learning model for estimating aggregate particle size distribution (trained model), which is then 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、骨材粒度分布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 in the training data table in the training data storage unit 21 with the application type set to test data to calculate the accuracy rate, which is the confidence level (correct/incorrect judgment) of the classification of the machine learning model being trained as the trained model for aggregate particle size distribution estimation (trained machine learning model) (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.

利用者がバケットに粒度分布が未知の粗骨材を堆積させ、外光を遮蔽した閉鎖空間において、堆積された粗骨材の表面画像である骨材表面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、撮像された骨材表面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 piles coarse aggregate with an unknown particle size distribution into a bucket, and in a closed space that blocks external light, an image of the surface of the piled coarse aggregate is captured using an imaging device (step S12). The captured image pre-processing unit 12 then performs pre-processing on the captured aggregate surface image, such as trimming and removing shadows.

形状特徴抽出部13及び色特徴抽出部14は、粒度分布が未知の粗骨材を撮像した骨材表面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、付与されている骨材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)。
粒度分布推定部16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、粒度分布推定部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 aggregate surface images taken of coarse aggregate with unknown particle size distribution, and write and store the feature data group in the feature table in the feature storage unit 19 in correspondence with the assigned aggregate image identification information (step S13).
The particle size distribution estimation unit 16 reads out the trained model from the machine learning model storage unit 20, and also reads out a feature data group from the feature table of the feature storage unit 19. Then, the particle size distribution estimation unit 16 inputs the feature data group into the trained model, and writes and stores the confidence levels of each output label in the label column of the result table of the feature storage unit 19 (steps S14 and S15).

本実施形態によれば、粒度分布が既知の骨材の骨材表面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、堆積された骨材(例えば、粗骨材)の表面画像である骨材表面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粒度分布の計測装置を必要とせず、混入する骨材の粒度分布の計測を行う作業者の負担を低減し、かつ簡易に骨材(粗骨材や細骨材)の粒度分布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骨材(粗骨材や細骨材)の粒度分布を推定することが可能であり、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骨材粒度分布のデータのトレーサビリティとを容易に確保(提供)し、品質不良による手戻りを防止できる。
According to this embodiment, by inputting shape features and color features extracted from an aggregate surface image, which is a surface image of piled aggregate (e.g., coarse aggregate), to a trained model that has been trained using shape features and color features extracted from an aggregate surface image of aggregate with a known particle size distribution, it is possible to produce concrete without requiring a large-scale particle size distribution measuring device as in the past, reduce the burden on workers who measure the particle size distribution of the aggregate to be mixed in, and easily determine the particle size distribution of the aggregate (coarse aggregate and fine aggregate).
Furthermore, according to this embodiment, it is possible to easily estimate the particle size distribution of aggregates (coarse aggregate and fine aggregate) at construction sites or at businesses that manufacture ready-mixed concrete, as described above, which makes it possible to easily ensure (provide) quality control in the construction of concrete structures and traceability of data on aggregate particle size distribution in the construction of concrete structures, thereby preventing rework due to poor quality.

なお、本発明における図1の骨材粒度分布推定システム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、粗骨材の粒度分布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 program for implementing the functions of the aggregate particle size distribution estimation system 10 of the present invention shown in Figure 1 may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program may be loaded into a computer system and executed to estimate the particle size distribution of coarse aggregate. Note that the term "computer system" as used herein includes hardware such as an operating system (OS) and peripheral devices. It also includes a World Wide Web (WWW) system equipped with a homepage 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. Furthermore, the term "computer-readable recording medium" also includes devices that retain a program for a certain period of time, such as volatile memory (RAM (Random Access Memory)) within computer systems that function as servers or clients 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 that stores the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium, or by transmission waves within 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 differential file (differential program) that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded on the computer system.

10…骨材粒度分布推定システム 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…粒度分布推定部 17…特徴量重要性評価部 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...Aggregate particle size distribution 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...Particle size distribution estimation unit 17...Feature importance evaluation unit 18...Image data storage unit 19...Feature storage unit 20...Machine learning model storage unit 21...Teacher data storage unit

Claims (5)

コンクリートを生成する際に混入する骨材の粒度分布を推定する骨材粒度分布推定システムであり、
堆積した骨材の表面を撮像した撮像画像である骨材表面画像から、撮像されている骨材の各々の特徴量として、少なくとも骨材の輪郭長、輪郭面積及び円形度のそれぞれから求めた形状特徴量を抽出する形状特徴抽出部と、
前記骨材表面画像から、撮像されている骨材の各々の特徴量として、少なくとも骨材の色成分の階調度、色相、彩度及び明度のそれぞれから求めた色特徴量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、前記骨材の粒度分布を所定の機械学習モデルを用いて推定する粒度分布推定部と
を備え
前記形状特徴抽出部が、
前記骨材表面画像における前記骨材の各々の前記輪郭長、前記輪郭面積及び、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量とし、
前記色特徴抽出部が、前記骨材表面画像における前記骨材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量とすることを特徴とする骨材粒度分布推定システム。
This is an aggregate particle size distribution estimation system that estimates the particle size distribution of aggregate mixed in when producing concrete.
a shape feature extraction unit that extracts shape feature quantities calculated from at least a contour length, a contour area, and a circularity of each of the aggregates as feature quantities of each of the captured aggregates from an aggregate surface image that is an image of the surface of the piled aggregates;
a color feature extraction unit that extracts color feature amounts calculated from at least the gradation, hue, saturation, and brightness of color components of the aggregate as feature amounts of each of the captured aggregates from the aggregate surface image;
a particle size distribution estimation unit that estimates the particle size distribution of the aggregate by using a predetermined machine learning model when the shape feature amount and the color feature amount are input ,
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 aggregates in the aggregate surface image are calculated as the shape feature amounts;
The color feature extraction unit classifies each feature amount of the gradient, hue, saturation, and brightness of each color component of the aggregate in the aggregate surface image into a plurality of ranges of feature size, and determines the occurrence rate of each range as 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に記載の骨材粒度分布推定システム。
2. The aggregate particle size distribution estimation system according to claim 1, wherein the color components are each of 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、粒度分布が既知の骨材の堆積物の表面を撮像した前記骨材表面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または請求項2に記載の骨材粒度分布推定システム。
3. The aggregate particle size distribution estimation system according to claim 1, further comprising a machine learning model generation unit that trains the machine learning model using, as training data, each of the shape features and the color features extracted from the aggregate surface image obtained by capturing an image of the surface of a pile of aggregate whose particle size distribution is known.
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に記載の骨材粒度分布推定システム。
The machine learning model generation unit
The aggregate particle size distribution estimation system according to claim 3, characterized in that the training data is divided into training data and verification data at a predetermined ratio, the machine learning model is trained using the training data, and the accuracy rate of the estimation results of the machine learning model is calculated using the verification data, and this learning process is performed a predetermined number of times by replacing a portion of the training 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から請求項のいずれか一項に記載の骨材粒度分布推定システム。
The aggregate particle size distribution estimation system according to any one of claims 1 to 4, 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 the training result of the machine learning model using a sorting importance technique.
JP2021097226A 2021-06-10 2021-06-10 Aggregate particle size distribution estimation system Active JP7718860B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021097226A JP7718860B2 (en) 2021-06-10 2021-06-10 Aggregate particle size distribution estimation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021097226A JP7718860B2 (en) 2021-06-10 2021-06-10 Aggregate particle size distribution estimation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022188932A JP2022188932A (en) 2022-12-22
JP7718860B2 true JP7718860B2 (en) 2025-08-05

Family

ID=84533112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021097226A Active JP7718860B2 (en) 2021-06-10 2021-06-10 Aggregate particle size distribution estimation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7718860B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7617335B1 (en) 2024-07-29 2025-01-17 Ube三菱セメント株式会社 Aggregate quality prediction method, quality prediction program, aggregate quality prediction device, ready-mix concrete manufacturing method, and ready-mix concrete manufacturing system
CN119959085B (en) * 2025-01-24 2026-01-06 中农舜天生态肥业有限公司 A method for detecting the particle size of compound fertilizer granules

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008268051A (en) 2007-04-23 2008-11-06 Zenkoku Nama Concrete Kogyo Kumiai Rengokai Raw concrete aggregate particle size measuring method and raw concrete aggregate particle size measuring system
JP2010066127A (en) 2008-09-10 2010-03-25 Taiheiyo Cement Corp System and method for measuring particle size distribution of granular material
CN106198321A (en) 2016-07-11 2016-12-07 哈尔滨理工大学 Model building method and light scattering component detection method
CN109900604A (en) 2019-02-18 2019-06-18 中国建筑材料科学研究总院有限公司 A method of concrete stability is evaluated by image analysis
CN110174334A (en) 2019-06-28 2019-08-27 华侨大学 A kind of coarse aggregate quality morphology detection system and method
CN210269521U (en) 2019-06-28 2020-04-07 华侨大学 A coarse aggregate shape quality inspection system
JP6738079B1 (en) 2020-03-26 2020-08-12 前田道路株式会社 Asphalt mixture component information estimation system, asphalt plant, and asphalt mixture component information estimation method
JP2021018752A (en) 2019-07-23 2021-02-15 Jx金属株式会社 Data set, learned model, and method associated therewith
JP2021020420A (en) 2019-07-30 2021-02-18 株式会社熊谷組 Aggregate discrimination system
JP2021022198A (en) 2019-07-29 2021-02-18 清水建設株式会社 System, method, and program for estimating distribution

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008268051A (en) 2007-04-23 2008-11-06 Zenkoku Nama Concrete Kogyo Kumiai Rengokai Raw concrete aggregate particle size measuring method and raw concrete aggregate particle size measuring system
JP2010066127A (en) 2008-09-10 2010-03-25 Taiheiyo Cement Corp System and method for measuring particle size distribution of granular material
CN106198321A (en) 2016-07-11 2016-12-07 哈尔滨理工大学 Model building method and light scattering component detection method
CN109900604A (en) 2019-02-18 2019-06-18 中国建筑材料科学研究总院有限公司 A method of concrete stability is evaluated by image analysis
CN110174334A (en) 2019-06-28 2019-08-27 华侨大学 A kind of coarse aggregate quality morphology detection system and method
CN210269521U (en) 2019-06-28 2020-04-07 华侨大学 A coarse aggregate shape quality inspection system
JP2021018752A (en) 2019-07-23 2021-02-15 Jx金属株式会社 Data set, learned model, and method associated therewith
JP2021022198A (en) 2019-07-29 2021-02-18 清水建設株式会社 System, method, and program for estimating distribution
JP2021020420A (en) 2019-07-30 2021-02-18 株式会社熊谷組 Aggregate discrimination system
JP6738079B1 (en) 2020-03-26 2020-08-12 前田道路株式会社 Asphalt mixture component information estimation system, asphalt plant, and asphalt mixture component information estimation method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022188932A (en) 2022-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110118775B (en) Method for rapidly detecting composition of plant-mixed cement stabilized macadam aggregate
Chen et al. Gradient-based structural similarity for image quality assessment
Chen et al. Edge-based structural similarity for image quality assessment
CN110473173A (en) A kind of defect inspection method based on deep learning semantic segmentation
JP7376374B2 (en) Method for estimating soil particle size distribution
JP7718860B2 (en) Aggregate particle size distribution estimation system
CN104318225B (en) License plate detection method and device
CN111127465A (en) Automatic generation method and system for bridge detection report
Gwon et al. CNN-based image quality classification considering quality degradation in bridge inspection using an unmanned aerial vehicle
CN110909657A (en) A method for image recognition of tunnel apparent disease
CN104657714B (en) Illumination symmetry merged with global illumination intensity without refer to human face light evaluation method
CN113470058A (en) Gravel particle size distribution measuring method and device
CN117636046A (en) A steel surface defect detection method, device, detection platform and storage medium
CN116563626A (en) Prediction Method of Steel Bridge Bolt Corrosion Rate
JP7643943B2 (en) Steel fiber dispersion ratio estimation system
CN118096865A (en) Rock-fill material grading detection method and device based on pre-screening and video image optimization
CN113887523B (en) Data set updating method, device, electronic device and storage medium
CN110287752A (en) A kind of dot matrix code detection method and device
CN117523385B (en) Crack monitoring method and terminal
CN116580026B (en) Automatic optical detection method, equipment and storage medium for appearance defects of precision parts
Le et al. Application study on conditional generative adversarial network (cGAN) to generate ballast particles for discrete element method simulation
CN116593457B (en) A soil strength identification method and system based on image analysis and machine learning
CN104915959A (en) A method and system for evaluating the quality of aerial images
Huang et al. Research on online measurement method of fineness modulus of manufactured sand based on deep learning
CN118247252A (en) Data quality noise detection method based on multi-method joint variation

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240308

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250401

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: 20250722

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250724

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7718860

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150