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JP7779568B2 - Behavioral analysis device, behavioral analysis method, behavioral analysis program, and recording medium - Google Patents
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JP7779568B2 - Behavioral analysis device, behavioral analysis method, behavioral analysis program, and recording medium - Google Patents

Behavioral analysis device, behavioral analysis method, behavioral analysis program, and recording medium

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JP7779568B2 JP2024150845A JP2024150845A JP7779568B2 JP 7779568 B2 JP7779568 B2 JP 7779568B2 JP 2024150845 A JP2024150845 A JP 2024150845A JP 2024150845 A JP2024150845 A JP 2024150845A JP 7779568 B2 JP7779568 B2 JP 7779568B2
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Description

本発明は、行動型分析装置、行動型分析方法、行動型分析プログラム、及び記録媒体に関する。 The present invention relates to a behavioral analysis device, a behavioral analysis method, a behavioral analysis program, and a recording medium.

酪農経営の大規模化に対応した省力的な牛群管理技術の開発に向けて、牛群内の各個体の行動を自動でモニタリングできる手法が求められている。牛群内を個体毎にモニタリングする技術として、各個体に加速度計等のウェアラブルセンサを装着してモニタリングする技術が実用化されている。このような技術の一例として、牛の活動量を把握するための首輪型センサを牛に装着し、活動、反芻及び休息の時間を計算して、その情報から発情、疾病の疑い等の注意すべきウシを検出する技術が知られている。 To develop labor-saving herd management techniques that are compatible with the expansion of dairy farming operations, there is a demand for methods that can automatically monitor the behavior of each individual cow within a herd. One practical technique for monitoring each individual cow within a herd is to attach wearable sensors such as accelerometers to each individual. One example of such technology is to attach collar-type sensors to cows to gauge their activity levels, calculate their activity, rumination, and rest times, and use this information to detect cows that require attention, such as those in heat or suspected of illness.

しかしながら、このような技術では、牛群が大規模であるほど導入コストが増大すると共に、機器の管理に係る労力が大きくなる。このような技術の導入、運用にかかる費用は、例えば、ウシの活動量を把握するための首輪型センサが1台数万円、利用料が1頭数千円/年とされている。 However, with such technology, the larger the cattle herd, the higher the implementation costs and the greater the labor required to manage the equipment. The costs of implementing and operating such technology are estimated to be several tens of thousands of yen per collar-type sensor used to monitor cattle activity, and the usage fee is several thousand yen per head per year.

これに対して、映像解析に基づいて牛をモニタリングする技術では、牛にセンサを取り付ける必要がないのでコストを削減でき、また、管理が容易であるという利点がある。映像解析に基づいて牛をモニタリングする技術として、非特許文献1及び2に記載された技術が例として挙げられる。非特許文献1には、牛の深度カメラ映像から牛の歩様を解析し、蹄病を検出できることが示されている。また、非特許文献2には、分娩予兆としての姿勢の変化等を牛の撮影画像から検知することが記載されている。 In contrast, technology for monitoring cows based on video analysis has the advantage of reducing costs and being easier to manage, as it does not require sensors to be attached to the cows. Examples of technology for monitoring cows based on video analysis include the technologies described in Non-Patent Documents 1 and 2. Non-Patent Document 1 describes how hoof disease can be detected by analyzing the cow's gait from depth camera footage. Non-Patent Document 2 also describes how changes in posture, which are signs of delivery, can be detected from photographed images of the cow.

また、人を対象とした個体の識別及び追跡する技術として、特許文献1及び2に記載された技術が例として挙げられる。特許文献1には、特定地域内を移動するヒトを検知すると共に当該人の静止画を取得して住人か非住人かを判断し、時系列で行動を追う構成が記載されている。また、特許文献2には、映像中の動体を検出し、人物の判別のための特徴量を抽出する構成が記載されている。 Furthermore, examples of technologies for identifying and tracking individuals include those described in Patent Documents 1 and 2. Patent Document 1 describes a configuration that detects people moving within a specific area, acquires still images of the people, determines whether they are residents or non-residents, and tracks their behavior over time. Furthermore, Patent Document 2 describes a configuration that detects moving objects in video and extracts features for identifying people.

特開2017-224249Patent Publication No. 2017-224249 特開2019-169843Patent Publication No. 2019-169843

砂川 翔ら、情報処理学会研究報告、Vol. 2017-CVIM-206, No.2(2017)Sho Sunagawa et al., Information Processing Society of Japan Technical Report, Vol. 2017-CVIM-206, No. 2 (2017) 沖本祐典ら、人工知能学会全国大会論文集、第32回全国大会(2018)Yusuke Okimoto et al., Proceedings of the 32nd National Conference of the Japanese Society for Artificial Intelligence (2018)

しかしながら、非特許文献1及び2に記載された技術は、単独の個体をモニタリングすることを想定したものであるため、複数の牛個体の行動を個体毎に解析する態様に適したものではない。 However, the technologies described in Non-Patent Documents 1 and 2 are designed to monitor a single individual, and are therefore not suitable for analyzing the behavior of multiple individual cows.

一方、特許文献1及び2に記載された技術は、複数の個体をモニタリングするものであり、個体識別に機械学習済みモデルを利用することが記載されているが、機械学習のための学習用データの収集についてなんら記載されていない。個体構成や撮影条件が異なる様々な牛群に対して汎用利用可能な個体識別技術とするためには、牛群毎に簡便に構築可能な学習済みモデルを利用した個体識別システムであることが求められる。 On the other hand, the technologies described in Patent Documents 1 and 2 monitor multiple individuals and describe the use of a machine-learned model for individual identification, but make no mention of collecting training data for machine learning. In order to create an individual identification technology that can be used universally for various herds of cattle with different individual compositions and imaging conditions, an individual identification system is required that uses a trained model that can be easily constructed for each herd.

本発明の一態様は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、様々な個体に適用できる汎用性の高い、映像からの行動解析システムを実現することである。 One aspect of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to realize a highly versatile video-based behavior analysis system that can be applied to a variety of individuals.

上記の課題を解決するために、本発明は、以下の態様を含む。
1) 行動型分析装置は、個体を含む画像を取得する画像取得部と、前記画像中の前記個体を検出する検出部と、検出した前記個体の体の部位の位置を特定する位置特定部と、特定した前記位置の所定時間内の変化を表す時系列情報を取得する情報取得部と、取得した前記時系列情報を参照して、前記個体の行動型を分析する行動型分析部とを備えている。
2) 1)に記載の行動型分析装置において、前記行動型分析部が分析する前記個体の行動型は、横臥休息、横臥反芻、立位休息、立位反芻、及び採食からなる群から選択される。
3) 1)または2)に記載の行動型分析装置において、前記位置特定部は、個体を含む画像を入力データとして、当該画像中の当該個体の体の部位の位置を特定するように機械学習した位置特定モデルに、前記画像取得部が取得した前記画像を入力データとして入力することにより出力される前記位置を特定する。
4) 1)から3)のいずれかに記載の行動型分析装置において、前記位置特定部は、前記個体の体の部位の位置の座標を取得する。
5) 1)から4)のいずれかに記載の行動型分析装置において、前記行動型分析部は、時系列情報を入力データとして、当該時系列情報に対応した行動型を推定するように機械学習した分析モデルに、前記情報取得部が取得した前記時系列情報を入力データとして入力することにより出力される行動型を分析結果として取得する。
6) 1)から5)のいずれかに記載の行動型分析装置において、前記位置特定部は、個体の体の一部を表す画像から当該個体の骨格を検知して姿勢を推定するように機械学習した姿勢推定モデルに、前記個体の画像データを入力データとして入力することにより出力される個体の姿勢を参照して、前記位置を特定する。
7) 1)から6)のいずれかに記載の行動型分析装置は、前記検出部が検出した前記個体を識別する識別部、をさらに備えている。
8) 行動型分析方法は、個体を含む画像を取得する画像取得ステップと、前記画像中の前記個体を検出する検出ステップと、検出した前記個体の体の部位の位置を特定する位置特定ステップと、特定した前記位置の所定時間内の変化を表す時系列情報を取得する情報取得ステップと、取得した前記時系列情報を参照して、前記個体の行動型を分析する行動型分析ステップとを含む。
9) 行動型分析プログラムは、1)から7)のいずれかに記載の行動型分析装置としてコンピュータを機能させるための行動型分析プログラムであって、上記画像取得部、上記検出部、上記位置特定部、上記情報取得部、および上記行動型分析部としてコンピュータを機能させる。
10) コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、9)に記載の行動型分析プログラムを記録したものである。
In order to solve the above problems, the present invention includes the following aspects.
1) The behavioral analysis device includes an image acquisition unit that acquires an image including an individual, a detection unit that detects the individual in the image, a position identification unit that identifies the position of a body part of the detected individual, an information acquisition unit that acquires time-series information that indicates changes in the identified position within a predetermined period of time, and a behavioral analysis unit that analyzes the behavioral pattern of the individual by referring to the acquired time-series information.
2) In the behavioral analysis device described in 1), the behavioral pattern of the individual analyzed by the behavioral analysis unit is selected from the group consisting of recumbent resting, recumbent ruminating, standing resting, standing ruminating, and feeding.
3) In the behavioral analysis device described in 1) or 2), the position identification unit uses an image including an individual as input data, and inputs the image acquired by the image acquisition unit as input data into a position identification model that has been machine-trained to identify the position of a body part of the individual in the image, thereby identifying the position that is output.
4) In the behavioral analysis device according to any one of 1) to 3), the position identification unit acquires coordinates of the position of a body part of the individual.
5) In the behavioral analysis device described in any one of 1) to 4), the behavioral analysis unit uses time-series information as input data, and inputs the time-series information acquired by the information acquisition unit as input data into an analysis model that has been machine-learned to estimate a behavioral type corresponding to the time-series information, thereby acquiring a behavioral type as an analysis result.
6) In the behavioral analysis device described in any one of 1) to 5), the position identification unit identifies the position by referring to the posture of the individual that is output by inputting image data of the individual as input data into a posture estimation model that has been machine-trained to detect the skeleton of the individual from an image representing a part of the individual's body and estimate the posture.
7) The behavioral analysis device according to any one of 1) to 6) further includes an identification unit that identifies the individual detected by the detection unit.
8) The behavioral analysis method includes an image acquisition step of acquiring an image including an individual, a detection step of detecting the individual in the image, a position identification step of identifying a position of a body part of the detected individual, an information acquisition step of acquiring time-series information representing a change in the identified position within a predetermined period of time, and a behavioral analysis step of analyzing the behavioral pattern of the individual by referring to the acquired time-series information.
9) The behavioral analysis program is a behavioral analysis program for causing a computer to function as the behavioral analysis device described in any one of 1) to 7), and causes the computer to function as the image acquisition unit, the detection unit, the position identification unit, the information acquisition unit, and the behavioral analysis unit.
10) A computer-readable recording medium has the behavioral analysis program described in 9) recorded thereon.

本発明の一態様によれば、様々な個体に適用できる汎用性の高い、映像からの行動解析システムを実現することができる。 One aspect of the present invention makes it possible to realize a highly versatile video-based behavior analysis system that can be applied to a variety of individuals.

本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の要部構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a learning data generation device according to an aspect of the present invention; 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。1 is a diagram illustrating a learning data generation process of a learning data generation device according to an aspect of the present invention. FIG. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。1 is a diagram illustrating a learning data generation process of a learning data generation device according to an aspect of the present invention. FIG. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。1 is a diagram illustrating a learning data generation process of a learning data generation device according to an aspect of the present invention. FIG. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。1 is a diagram illustrating a learning data generation process of a learning data generation device according to an aspect of the present invention. FIG. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。1 is a diagram illustrating a learning data generation process of a learning data generation device according to an aspect of the present invention. FIG. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。1 is a diagram illustrating a learning data generation process of a learning data generation device according to an aspect of the present invention. FIG. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。1 is a diagram illustrating a learning data generation process of a learning data generation device according to an aspect of the present invention. FIG. 学習用データ生成装置による学習用データ生成処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a learning data generation process performed by the learning data generation device. 本発明の一態様に係る学習装置の要部構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a learning device according to an aspect of the present invention; 学習装置による学習処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a learning process performed by the learning device. 本発明の一態様に係る個体識別装置の要部構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a main part of an individual identification device according to an embodiment of the present invention; 個体識別装置による個体識別処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an individual identification process performed by the individual identification device. 本発明の一態様に係る行動分析装置の要部構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a behavior analysis device according to an aspect of the present invention. 行動分析装置による行動分析処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a behavior analysis process performed by the behavior analysis device. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置で利用する個体識別の一例を説明する図である。1 is a diagram illustrating an example of individual identification used in a learning data generation device according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置において画像中の個体を検出するために用いられる物体検出機械学習モデルの一例を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an object detection machine learning model used to detect individuals in an image in a learning data generation device according to an aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置において画像中の個体を検出するために用いられる骨格検知機械学習モデルの一例を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a skeleton detection machine learning model used to detect individuals in an image in a learning data generation device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置において体領域を特定する形態の一例を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating an example of a form in which a body region is identified in the learning data generation device according to an aspect of the present invention. 本発明の一態様に係る学習用データ生成装置において体の一部を表す画像から体全体の画像を特定するために用いられる姿勢推定モデルの一例を説明する図である。1 is a diagram illustrating an example of a posture estimation model used to identify an image of the entire body from an image showing a part of the body in a learning data generation device according to an aspect of the present invention. FIG. 本発明の一態様に係る行動型分析システムの要部構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a behavioral analysis system according to an embodiment of the present invention. 行動型分析装置において特定される個体の体の部位を例示する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating examples of body parts of an individual identified by the behavioral analysis device. 行動型分析装置において分析される個体の行動型を例示する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an individual's behavioral pattern analyzed by the behavioral analysis device. 行動型分析装置による行動型分析処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a behavioral analysis process performed by the behavioral analysis device.

〔学習用データ生成装置〕
本発明の一態様に係る学習用データ生成装置は、個体を含む画像を取得する画像取得部と、取得した前記画像中の動体を検知する動体検知部と、検知した前記動体のうちの前記個体の体全体を含む体領域に枠囲みを付与する枠囲み部と、枠囲みが付与された前記体領域の体領域画像を抽出する抽出部と、抽出した前記体領域画像から、個体を識別する個体識別モデルの学習用データを生成する生成部とを備えている。
[Learning data generation device]
A learning data generation device according to one aspect of the present invention includes an image acquisition unit that acquires an image including an individual, a moving object detection unit that detects a moving object in the acquired image, a framing unit that frames a body region of the detected moving object that includes the entire body of the individual, an extraction unit that extracts a body region image of the framed body region, and a generation unit that generates learning data for an individual identification model that identifies individuals from the extracted body region image.

図1は、本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の要部構成を示すブロック図である。学習用データ生成装置10は、画像取得部11、動体検知部12、枠囲み部13、抽出部14、学習用データ生成部(生成部)15、及び学習用データ記憶部16を備えている。学習用データ生成装置10は、機械学習により個体識別モデルを構築するために用いられる学習用データを生成する。 Figure 1 is a block diagram showing the main components of a training data generation device according to one embodiment of the present invention. The training data generation device 10 includes an image acquisition unit 11, a moving object detection unit 12, a framing unit 13, an extraction unit 14, a training data generation unit (generation unit) 15, and a training data storage unit 16. The training data generation device 10 generates training data used to build an individual identification model through machine learning.

(個体)
学習用データ生成装置10により生成する学習用データを機械学習させた個体識別モデルは、複数の個体が撮影された画像において個体を識別する機械学習済モデルである。個体識別モデルにより識別する個体は、ヒト、動物、他の移動体等であり得るが、閉鎖された空間内で群毎に管理される個体であることが好ましい。個体識別モデルにより識別する個体は、多頭飼育されている家畜個体であることがより好ましく、ウシ個体であることがさらに好ましく、乳牛個体であることがさらにより好ましく、最も好ましくはホルスタイン種の乳牛個体である。なお、以下では、識別する個体の例としてホルスタイン種の乳牛個体について説明するが、本発明はこれに限定されず、他の乳牛個体又は他の動物個体であっても、紋様や体型の違い、あるいは簡易なマーカー等を利用することにより、ホルスタイン種の乳牛個体と同様に適用することができる。例えば、錦鯉、豚、猫や犬等にも、本発明を適用することができる。簡易なマーカーを利用する構成の例として、図16に示すように、首輪に数値などの標識を装着する構成が挙げられる。図16は、本発明の一態様に係る学習用データ生成装置で利用する個体識別の一例を説明する図である。このような簡易なマーカーを利用することによって、紋様による識別が難しい種であっても容易に個体識別することが可能であり、様々な種の個体に本発明を適用することができる。
(individual)
The individual identification model, which is machine-learned using training data generated by the training data generation device 10, is a machine-learned model that identifies individuals in images of multiple individuals. The individuals identified by the individual identification model may be humans, animals, other moving objects, etc., but are preferably individuals managed in groups within a closed space. The individuals identified by the individual identification model are preferably livestock individuals raised in large numbers, even more preferably cattle, even more preferably dairy cows, and most preferably Holstein dairy cows. While the following describes Holstein dairy cows as an example of individuals to be identified, the present invention is not limited thereto. Other dairy cows or other animals can be identified in the same manner as Holstein dairy cows by utilizing differences in patterns, body shapes, or simple markers. For example, the present invention can also be applied to koi carp, pigs, cats, dogs, etc. An example of a configuration using simple markers is a configuration in which a label such as a number is attached to a collar, as shown in FIG. 16 . FIG. 16 is a diagram illustrating an example of individual identification used in a training data generation device according to one aspect of the present invention. By using such simple markers, it is possible to easily identify individuals even of species that are difficult to identify by pattern, and the present invention can be applied to individuals of various species.

なお、多頭飼育されている個体は、図2に示すように、屋内で放し飼いにされている個体であってもよいし、鎖等に繋がれてつなぎ飼いにされている個体であってもよい。図2は、本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。また、多頭飼育されている個体は、屋外の管理区域内で飼育されている個体であってもよい。本実施形態においては、個体がウシ個体である場合を例として説明する。 The individuals kept in large numbers may be free-roaming indoors, as shown in Figure 2, or may be tethered and kept on a chain or the like. Figure 2 is a diagram illustrating the training data generation process of a training data generation device according to one aspect of the present invention. The individuals kept in large numbers may also be kept in a controlled outdoor area. In this embodiment, an example will be described in which the individuals are cows.

(画像取得部11)
画像取得部11は、ウシ個体を含む画像を取得する。画像取得部11は、入出力部(図示せず)を介して、ウシ個体を撮像したカメラ20から個体を含む画像を取得する。画像取得部11は、無線通信又は有線通信によりカメラ20からウシ個体を含む画像を取得する。画像取得部11は、カメラ20によりウシ個体を撮像する度毎に画像を取得してもよいし、所定時間毎に画像を取得してもよい。
(Image acquisition unit 11)
The image acquisition unit 11 acquires images including individual cattle. The image acquisition unit 11 acquires images including the individual cattle from the camera 20 that captured the image of the individual cattle via an input/output unit (not shown). The image acquisition unit 11 acquires images including the individual cattle from the camera 20 by wireless communication or wired communication. The image acquisition unit 11 may acquire images every time the camera 20 captures an image of the individual cattle, or may acquire images at predetermined time intervals.

カメラ20は、ウシ個体を上から撮影するものであってもよいし、斜め上方から撮影するものであってもよい。学習用データ生成装置10においては、ウシ個体を上から撮影した画像のみならず、斜め上方から撮影した画像であっても好適に使用可能である。一例として、ウシ個体が屋内において飼育されている場合には、カメラ20を天井に設置していてもよいし、壁面に設置していてもよい。また、ウシ個体が屋外において飼育されている場合には、カメラ20をポールや柵等に固定して設置していてもよい。 The camera 20 may photograph the individual cattle from above, or from an obliquely upward angle. The learning data generation device 10 can suitably use not only images of the individual cattle photographed from above, but also images photographed from an obliquely upward angle. As an example, if the individual cattle are raised indoors, the camera 20 may be installed on the ceiling or on a wall. Furthermore, if the individual cattle are raised outdoors, the camera 20 may be installed by fixing it to a pole, fence, etc.

ウシ個体を含む画像は、ウシ個体が撮像された画像であり、可視光画像であってもよいし、サーモカメラ等で撮影した赤外線画像であってもよいし、3次元レーザーセンサー等により得られた3次元画像であってもよい。赤外線画像やレーザーセンサーによる3次元画像を用いることにより、照明を用いずに夜間の画像を取得することができる。また、ウシ個体を含む画像は、静止画であっても、動画であってもよい。画像取得部11は、複数のカメラ20からウシ個体を含む画像を取得することが好ましく、複数のカメラ20がそれぞれ異なる方向からウシ個体を撮像した画像を取得することがより好ましい。画像取得部11は、取得したウシ個体を含む画像を動体検知部12に送る。 The image including the individual cattle is an image of the individual cattle, and may be a visible light image, an infrared image taken with a thermal camera or the like, or a three-dimensional image obtained with a three-dimensional laser sensor or the like. By using an infrared image or a three-dimensional image taken with a laser sensor, it is possible to obtain images at night without using lighting. Furthermore, the image including the individual cattle may be a still image or a video. The image acquisition unit 11 preferably acquires images including the individual cattle from multiple cameras 20, and more preferably, the multiple cameras 20 acquire images of the individual cattle from different directions. The image acquisition unit 11 sends the acquired image including the individual cattle to the moving object detection unit 12.

(動体検知部12)
動体検知部12は、取得したウシ個体を含む画像中の動体を検知する。動体検知部12は、ウシ個体を含む画像において物体の動きを検知し、動いた物体を動体として検知する。動体検知部12は、例えば、撮像された時間が異なる複数の画像フレーム間で比較を行うフレーム間差分処理、撮像された画像と事前に取得した背景画像とで比較を行う背景差分処理等により、画像中の動体を検知する。動体検知部12は、検知した動体の、画像中の位置情報を取得し、枠囲み部13に送る。
(Moving object detection unit 12)
The moving object detection unit 12 detects moving objects in the acquired images including the individual cattle. The moving object detection unit 12 detects the movement of objects in the images including the individual cattle and detects the moving objects as moving objects. The moving object detection unit 12 detects moving objects in the images by, for example, inter-frame difference processing that compares multiple image frames captured at different times, or background difference processing that compares the captured image with a background image acquired in advance. The moving object detection unit 12 acquires position information of the detected moving object in the image and sends it to the enclosing unit 13.

(枠囲み部13)
枠囲み部13は、検知した動体のうちのウシ個体の体全体を含む体領域に枠囲みを付与する。枠囲み部13は、検知した動体がウシ個体である場合に、当該ウシ個体の体領域に枠囲みを付与する。枠囲み部13は、取得した動体の位置情報に対応する部分領域の画像において、ウシ個体の体領域を特定し、枠囲みを付与する。
(Framed portion 13)
The framing unit 13 frames a body region including the entire body of a bovine individual among the detected moving objects. When the detected moving object is a bovine individual, the framing unit 13 frames the body region of the bovine individual. The framing unit 13 identifies the body region of the bovine individual in an image of a partial region corresponding to the acquired position information of the moving object and frames the body region.

ウシ個体の体領域を特定せずに、動体の位置情報に対応する部分領域の画像に枠囲みを付与すると、図3に示すように、ウシ個体の頭部や尾部のみのような体の一部にのみ枠囲みが付与される場合がある。また、ウシ個体以外の動体に枠囲みが付与される場合もある。 If a frame is added to an image of a partial region corresponding to the position information of a moving object without specifying the body region of the bovine individual, the frame may be added to only a part of the body, such as the head or tail of the bovine individual, as shown in Figure 3. In addition, a frame may be added to a moving object other than the bovine individual.

一方、枠囲み部13は、動体の位置情報に対応する部分領域の画像において、ウシ個体の体領域を特定して枠囲みを付与するので、図4に示すように、ウシ個体の体全体が枠の内側に存在するように枠囲みが付与される。図4は、本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。 On the other hand, the framing unit 13 identifies and frames the body region of the individual cow in the image of the partial region corresponding to the position information of the moving object, so that the entire body of the individual cow is framed so that it is inside the frame, as shown in Figure 4. Figure 4 is a diagram illustrating the learning data generation process of a learning data generation device according to one aspect of the present invention.

枠囲み部13におけるウシ個体の体領域の特定は、例えば、ウシ個体の体領域を特定するように機械学習した学習済みモデルを用いる方法や、特徴点マッチング、パターンマッチング等の方法により行うことができる。すなわち、枠囲み部13は、ウシ個体を含む画像から当該ウシ個体の体全体を含む体領域を抽出するように機械学習した判別モデルに、検知した前記動体の画像データを入力データとして入力することにより出力される体領域に枠囲みを付与する。このような機械学習済みの判別モデルは、例えば、数千~数万頭のウシ個体の体全体を撮像した画像を蓄積した、図5に示すような学習用データを用いて、サポートベクターマシン、ランダムフォレスト、k-means法、畳み込みニューラルネットワークのような公知の学習アルゴリズムを適用することで得られる。図5は、本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。 The body region of the individual bovine animal in the framing unit 13 can be identified, for example, by using a trained model that has been machine-learned to identify the body region of the individual bovine animal, or by methods such as feature point matching and pattern matching. That is, the framing unit 13 applies a frame to the body region output by inputting image data of the detected moving object as input data into a discrimination model that has been machine-learned to extract a body region including the entire body of the individual bovine animal from an image containing the individual bovine animal. Such a machine-learned discrimination model can be obtained by applying known learning algorithms such as support vector machines, random forests, k-means methods, and convolutional neural networks to training data such as that shown in Figure 5, which contains accumulated images of the entire bodies of thousands to tens of thousands of individual bovine animals. Figure 5 is a diagram illustrating the training data generation process of a training data generation device according to one embodiment of the present invention.

また、枠囲み部13は、撮像された画像にウシ個体の一部しか含まれていない、ウシ個体同士が重なっている、柱や壁のような障害物にウシ個体の一部が隠れている等の場合には、ウシ個体の一部を表す画像から体領域画像を生成し、生成した体領域画像に枠囲みを付与する。すなわち、枠囲み部13は、個体の体の一部を表す画像から当該個体の体全体を表す画像を生成するように機械学習した生成モデルに、検知した前記動体の画像データを入力データとして入力することにより出力される個体の体全体を表す画像を体領域とし、当該体領域に枠囲みを付与する。 Furthermore, in cases where the captured image contains only part of the individual cow, where the individual cows are overlapping, or where part of the individual cow is hidden by an obstacle such as a pillar or wall, the framing unit 13 generates a body region image from the image representing part of the individual cow and adds a frame to the generated body region image. In other words, the framing unit 13 inputs image data of the detected moving object as input data into a generative model that has been machine-learned to generate an image representing the entire body of an individual from an image representing part of the individual's body, and uses the image representing the entire body of the individual that is output as the body region, and adds a frame to the body region.

このような生成モデルとして、変分オートエンコーダ(VAE)、敵対的生成ネットワーク(GAN)等の公知の生成モデルを用いることができる。例えば、変分オートエンコーダを用いる場合、図6に示すように、ウシ個体の体の一部の画像データから、エンコーダの畳み込みにより画像データの特徴を表す数値が得られる。そして、特徴を表す数値を逆畳み込みすることにより、ウシ個体の体全体の画像が復元される。図6は、本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。例えば、図6に示すような、数千~数万頭のウシ個体の体全体を撮像した画像を蓄積した学習用データを用いて、公知の生成モデルを適用することで、機械学習済みの生成モデルが得られる。このように、ウシ個体の体の一部の画像から体全体の体領域画像を復元するように学習した生成モデルを用いることで、入力画像データとしてウシ個体の体の一部の画像を用いて、ウシ個体の体全体の画像を復元することができる。なお、図6に示す例において生成モデルから出力されるデータは、体全体を囲む枠のみであってもよく、模様や色等は出力されなくてもよい。 Such generative models can include known generative models such as variational autoencoders (VAEs) and generative adversarial networks (GANs). For example, when using a variational autoencoder, as shown in Figure 6, a numerical value representing the features of image data is obtained by convolution in the encoder from image data of a portion of a cow's body. Then, an image of the entire body of the cow is reconstructed by deconvolving the numerical value representing the features. Figure 6 is a diagram illustrating the training data generation process of a training data generation device according to one aspect of the present invention. For example, as shown in Figure 6, a machine-learned generative model can be obtained by applying a known generative model to training data accumulated from images of the entire bodies of thousands to tens of thousands of cows. In this way, by using a generative model trained to reconstruct a body region image of the entire body from an image of a portion of the body of a cow, an image of the entire body of the cow can be reconstructed using an image of a portion of the body of the cow as input image data. Note that in the example shown in Figure 6, the data output from the generative model may be only a frame surrounding the entire body; patterns, colors, etc. may not be output.

図7及び8は、本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の学習用データ生成処理を説明する図である。機械学習済みの生成モデルに、図7に示すように、ウシ個体の体の一部を表す画像データを入力すると、デコーダの畳み込みにより画像データの特徴を表す数値Zが得られる。数値Zは、入力された画像の特徴を表す数値であり、例えば、画像の縮尺や、画像に含まれる領域が体全体のどの範囲に該当するか等に関する情報を表す数値である。そして、得られた数値Zを逆畳み込みにより復元することで、ウシ個体の体領域を表す体領域画像が生成され、出力される。また、この機械学習済みの生成モデルに、図7に示すように、学習データに含まれていないような特徴を含むウシ個体の体の一部を表す画像データを入力すると、ウシ個体の体領域画像が生成され、出力される。このように、未知のウシ画像データを生成モデルに入力した場合でも、ウシ個体の体全体を枠囲みしたデータが出力される。このように、学習データに含まれていないような特徴を含むウシ個体の体の一部を表す画像データを生成モデルに入力した場合でも、ウシ個体の体全体を枠囲みしたデータが出力される。また、図8に示す入力データのように、ウシ個体の体の一部を表す画像の縮尺が図7と比較して大きい場合でも、入力画像の縮尺に応じた大きさで枠囲みされたウシ個体の体領域画像が出力される。 Figures 7 and 8 are diagrams illustrating the training data generation process of a training data generation device according to one embodiment of the present invention. When image data representing a portion of a bovine body is input to a machine-learned generative model, as shown in Figure 7, a value Z representing the characteristics of the image data is obtained by convolution in the decoder. The value Z is a value representing the characteristics of the input image, such as information about the scale of the image or the extent of the body to which the area included in the image corresponds. The obtained value Z is then restored by deconvolution to generate and output a body region image representing the body region of the bovine body. Furthermore, when image data representing a portion of a bovine body that includes features not included in the training data is input to this machine-learned generative model, as shown in Figure 7, a body region image of the bovine body is generated and output. In this way, even when unknown bovine image data is input to the generative model, data framing the entire body of the bovine body is output. In this way, even when image data representing a portion of a bovine body that includes features not included in the training data is input to the generative model, data framing the entire body of the bovine body is output. Furthermore, even when the scale of an image showing a part of a cow's body is larger than that of Figure 7, as in the input data shown in Figure 8, an image of the body region of the cow surrounded by a frame of a size according to the scale of the input image is output.

このように、動体の画像がウシ個体の一部のみである場合、枠囲み部13は、個体の体の一部を表す画像から当該個体の体全体を表す画像を生成するように機械学習した生成モデルを用いることで、ウシ個体の体領域を生成し、枠囲みを付与する。 In this way, when the image of the moving object is only part of a cow, the framing unit 13 generates the body region of the cow and applies a frame by using a generative model that has been machine-learned to generate an image representing the entire body of the cow from an image representing part of the body.

(抽出部14)
抽出部14は、枠囲みが付与された体領域画像を抽出する。抽出部14は、カメラ20が撮像した画像から、枠囲みの外側の画像を取り除き、枠囲みの内側の体領域画像を切り出す。抽出部14は、抽出した体領域画像を学習用データ生成部15に送る。
(Extraction part 14)
The extraction unit 14 extracts the body region image with the frame added. The extraction unit 14 removes the image outside the frame from the image captured by the camera 20 and cuts out the body region image inside the frame. The extraction unit 14 sends the extracted body region image to the learning data generation unit 15.

(学習用データ生成部15)
学習用データ生成部15は、抽出した前記体領域画像から、個体を識別する個体識別モデルの学習用データを生成する。学習用データは、ラベル付されていない教師なしデータであり得、例えば、数百~数万の体領域画像データを含む。学習用データ生成部15は、体領域画像を同一個体毎に分類して蓄積し、学習用データを生成し得る。学習用データ生成部15は、予め定められた数の体領域画像が蓄積された時点、又は、ユーザからの学習用データ生成指示を受け付けた時点において、蓄積されている体領域画像により学習用データを生成してもよい。
(Learning Data Generation Unit 15)
The training data generation unit 15 generates training data for an individual identification model that identifies individuals from the extracted body region images. The training data may be unlabeled, unsupervised data, and may include, for example, hundreds to tens of thousands of pieces of body region image data. The training data generation unit 15 may generate training data by classifying and accumulating the body region images for each individual. The training data generation unit 15 may generate training data from the accumulated body region images when a predetermined number of body region images have been accumulated or when an instruction to generate training data is received from a user.

なお、学習用データ生成部15による体領域画像の同一個体毎の分類は、一例として、体領域画像の類似度、時系列における前後の画像との位置関係等の情報を参照することによって行うことができる。このような体領域画像の同一個体毎の分類は、体領域画像から当該体領域画像の類似度による推定や時系列における前後の画像との位置関係による推定をするように機械学習した分類推定モデルを用いて実行してもよい。 The classification of body region images for each individual by the learning data generation unit 15 can be performed, for example, by referring to information such as the similarity of the body region images and their positional relationship with previous and next images in the time series. Such classification of body region images for each individual may be performed using a classification estimation model that has been machine-learned to estimate the body region images based on their similarity or their positional relationship with previous and next images in the time series.

学習用データ生成部15は、個体識別モデルが識別する個体群に対応した学習用データを生成する。例えば、学習用データにより機械学習する個体識別モデルが、ウシ個体No.1~ウシ個体No.10までの10頭のウシ個体が含まれる個体群Xを識別する場合、個体群Xに含まれる10頭のウシ個体の体領域画像データを含む学習用データを生成する。学習用データ生成部15は、生成した学習用データを、対応する個体群の情報と関連付けて学習用データ記憶部16に格納する。 The training data generation unit 15 generates training data corresponding to the population identified by the individual identification model. For example, if the individual identification model, which performs machine learning using the training data, identifies population X, which includes 10 cattle individuals, from cattle individual No. 1 to cattle individual No. 10, the training data generation unit 15 generates training data including body region image data of the 10 cattle individuals included in population X. The training data generation unit 15 associates the generated training data with information about the corresponding population and stores it in the training data storage unit 16.

(学習用データ記憶部16)
学習用データ記憶部16には、生成された学習用データが格納される。また、学習用データ記憶部16には、画像取得部11が取得した画像や、動体検知部12が検知した動体の、画像における位置情報等のデータが格納されてもよい。また、学習用データ記憶部16には、学習用データ生成装置10が行う動作に必要な一連の処理を示すプログラムが格納されていてもよい。
(Learning Data Storage Unit 16)
The generated learning data is stored in the learning data storage unit 16. The learning data storage unit 16 may also store data such as images acquired by the image acquisition unit 11 and position information in the images of moving objects detected by the moving object detection unit 12. The learning data storage unit 16 may also store a program indicating a series of processes required for the operation performed by the learning data generation device 10.

(学習用データ生成処理)
図9を参照して、学習用データ生成装置10による学習用データ生成処理の一例について説明する。図9は、図1の学習用データ生成装置10による学習用データ生成処理を示すフローチャートである。
(Learning data generation process)
An example of the learning data generation process performed by the learning data generation device 10 will be described with reference to Fig. 9. Fig. 9 is a flowchart showing the learning data generation process performed by the learning data generation device 10 of Fig. 1.

まず、ステップS91において、画像取得部11は、ウシ個体を含む画像を取得する。なお、学習用データ生成装置10による学習用データ生成処理は、カメラ20から撮像画像データの入力を受け付けることにより開始してもよい。 First, in step S91, the image acquisition unit 11 acquires an image including an individual cow. Note that the learning data generation process by the learning data generation device 10 may begin by accepting input of captured image data from the camera 20.

次に、動体検知部12は、取得したウシ個体を含む画像中の動体を検知する(ステップS92)。続いて、ステップS93において、枠囲み部13は、検知した動体のうちのウシ個体の体領域に枠囲みを付与する。次に、ステップS94において、抽出部14は、枠囲みが付与された体領域画像を抽出する。そして、学習用データ生成部15は、体領域画像から学習用データを生成する(ステップS94)。学習用データ生成部15は、生成した学習用データを学習用データ記憶部16に格納し、学習用データ生成処理を終了する。 Next, the moving object detection unit 12 detects a moving object in the acquired image containing the individual cow (step S92). Subsequently, in step S93, the framing unit 13 frames the body region of the individual cow among the detected moving objects. Next, in step S94, the extraction unit 14 extracts the framed body region image. Then, the learning data generation unit 15 generates learning data from the body region image (step S94). The learning data generation unit 15 stores the generated learning data in the learning data storage unit 16, and the learning data generation process ends.

このように、学習用データ生成装置10は、動体検知したウシ個体の体領域画像を抽出して蓄積することで、機械学習により個体識別モデルを構築するために用いられる学習用データを自動生成する。これにより、個体識別モデルを構築するための学習用データの生成が容易である。そのため、個体構成や撮影条件が異なる様々な個体群に対して、個体群毎に簡便に学習用データを生成することができる。また、学習用データ生成装置10により生成した学習用データには、様々な向きのウシ個体の体領域画像が含まれる。そのため、このような学習用データを用いて学習した個体識別モデルを用いて個体識別することによって、識別する画像におけるウシ個体の向きに関わらず個体識別が可能となる。 In this way, the training data generation device 10 automatically generates training data used to build an individual identification model through machine learning by extracting and storing body region images of individual cattle detected as moving objects. This makes it easy to generate training data for building an individual identification model. Therefore, training data can be easily generated for each individual population, with various individual populations having different individual structures and shooting conditions. Furthermore, the training data generated by the training data generation device 10 includes body region images of individual cattle in various orientations. Therefore, by identifying individuals using an individual identification model trained using such training data, it becomes possible to identify individual cattle regardless of the orientation of the individual cattle in the image to be identified.

画像認識の機械学習においては、従来、学習用データの準備に時間及び労力がかかる点が問題となっている。学習用データ生成装置10によれば、個体識別モデルの機械学習に用いられる学習用データを自動的に蓄積できる。これにより、例えば、ウシ個体群の個体構成や撮影条件が異なる酪農現場毎に対応した個体識別モデルを簡便に構築することが可能であり、個体識別モデルの汎用利用を実現できる。 A traditional problem with machine learning for image recognition is the time and effort required to prepare training data. The training data generation device 10 automatically accumulates training data used in machine learning for individual identification models. This makes it possible to easily build individual identification models that are compatible with each dairy farming site, where the individual composition of cattle populations and photography conditions vary, for example, enabling the general-purpose use of individual identification models.

〔学習装置〕
本発明の一実施形態に係る学習装置は、本発明の一実施形態に係る学習用データ生成装置が生成した学習用データを取得する学習用データ取得部と、取得した前記学習用データを用いて、画像に含まれる個体を識別するように機械学習することによって、個体を識別する個体識別モデルを構築する学習部とを備えている。
[Learning device]
A learning device according to one embodiment of the present invention includes a learning data acquisition unit that acquires learning data generated by a learning data generation device according to one embodiment of the present invention, and a learning unit that constructs an individual identification model that identifies individuals by using the acquired learning data to perform machine learning to identify individuals contained in an image.

図10は、本発明の一態様に係る学習装置の要部構成を示すブロック図である。学習装置100は、学習用データ取得部101、学習部102、及び学習モデル記憶部103を備えている。学習装置100は、個体を識別する個体識別モデルを構築する。 Figure 10 is a block diagram showing the main components of a learning device according to one embodiment of the present invention. The learning device 100 includes a learning data acquisition unit 101, a learning unit 102, and a learning model storage unit 103. The learning device 100 constructs an individual identification model that identifies individuals.

(学習用データ取得部101)
学習用データ取得部101は、学習用データ生成装置10の学習用データ記憶部16に格納された学習用データを、入出力部(図示せず)を介して取得する。学習用データ取得部101は、学習部102において機械学習する個体識別モデルが識別する個体群に対応した学習用データを取得する。例えば、個体識別モデルが、ウシ個体No.1~ウシ個体No.10までの10頭のウシ個体が含まれる個体群Xのウシ個体を識別する学習済みモデルである場合、学習用データ取得部101は、個体群Xに対応した学習用データを取得する。学習用データ取得部101は、取得した学習用データを学習部102に送る。
(Learning Data Acquisition Unit 101)
The training data acquisition unit 101 acquires training data stored in the training data storage unit 16 of the training data generation device 10 via an input/output unit (not shown). The training data acquisition unit 101 acquires training data corresponding to a population to be identified by an individual identification model that is machine-learned in the training unit 102. For example, if the individual identification model is a trained model that identifies cattle individuals of population X that includes 10 cattle individuals, cattle individual No. 1 to cattle individual No. 10, the training data acquisition unit 101 acquires training data corresponding to population X. The training data acquisition unit 101 sends the acquired training data to the training unit 102.

(学習部102)
学習部102は、取得した学習用データを用いて、個体を識別する個体識別モデルを構築する。学習部102は、取得した学習用データを用いて、サポートベクタ―マシン、ランダムフォレスト、k-means法、畳み込みニューラルネットワークのような公知の学習アルゴリズムを適用して個体識別モデルを機械学習する。
(Learning unit 102)
The learning unit 102 uses the acquired learning data to construct an individual identification model that identifies individuals. The learning unit 102 uses the acquired learning data to perform machine learning of the individual identification model by applying a known learning algorithm such as a support vector machine, a random forest, a k-means method, or a convolutional neural network.

学習部102において構築した機械学習済みの個体識別モデルは、個体を含む画像データを入力データとして入力することにより、当該個体を識別する識別情報を出力する学習済みモデルである。例えば、個体識別モデルが個体群Xのウシ個体を識別する場合、個体識別モデルは、入力された画像データ中のウシ個体が、個体群X中の何れのウシ個体(ウシ個体No.1、ウシ個体No.2、・・・又はウシ個体No.10)であるかを出力する。学習部102は、機械学習済みの個体識別モデルを、学習モデル記憶部103に格納する。 The machine-learned individual identification model constructed by the learning unit 102 is a trained model that outputs identification information that identifies an individual when image data including the individual is input as input data. For example, when the individual identification model identifies a cow individual in population X, the individual identification model outputs which cow individual in population X (cow individual No. 1, cow individual No. 2, ..., or cow individual No. 10) the cow individual in the input image data corresponds to. The learning unit 102 stores the machine-learned individual identification model in the learning model storage unit 103.

(学習モデル記憶部103)
学習モデル記憶部103には、機械学習済みの個体識別モデルが格納される。また、学習モデル記憶部103には、学習用データ取得部101が取得した学習用データ等が格納されてもよい。また、学習モデル記憶部103には、学習装置100が行う動作に必要な一連の処理を示すプログラムが格納されていてもよい。
(Learning model storage unit 103)
The learning model storage unit 103 stores an individual identification model that has undergone machine learning. The learning model storage unit 103 may also store learning data acquired by the learning data acquisition unit 101. The learning model storage unit 103 may also store a program that indicates a series of processes required for the operation of the learning device 100.

(学習処理)
図11を参照して、学習装置100による学習処理の一例について説明する。図11は、図10の学習装置100による学習処理を示すフローチャートである。
(Learning process)
An example of the learning process performed by the learning device 100 will be described with reference to Fig. 11. Fig. 11 is a flowchart showing the learning process performed by the learning device 100 of Fig. 10.

まず、ステップS111において、学習用データ取得部101は、学習用データ生成装置10から学習用データを取得する。次に、学習部102は、取得した学習用データを用いて、個体を識別する個体識別モデルを機械学習させる(ステップS112)。そして、学習部102は、機械学習済みの個体識別モデルを学習モデル記憶部103に格納し(ステップS113)、学習処理を終了する。 First, in step S111, the training data acquisition unit 101 acquires training data from the training data generation device 10. Next, the training unit 102 uses the acquired training data to train an individual identification model that identifies individuals (step S112). The training unit 102 then stores the trained individual identification model in the training model storage unit 103 (step S113), and ends the training process.

このように、学習装置100は、個体群毎に対応して生成された学習用データを用いて機械学習により個体識別モデルを構築するので、例えば、ウシ個体群の個体構成や撮影条件が異なる酪農現場毎に対応した個体識別モデルを簡便に構築することが可能である。その結果、個体識別モデルの汎用利用を実現できる。 In this way, the learning device 100 constructs an individual identification model through machine learning using learning data generated for each population. This makes it possible to easily construct an individual identification model that corresponds to each dairy farm site, where the individual composition of cattle populations and photography conditions vary. As a result, the individual identification model can be used for general purposes.

〔個体識別装置〕
本発明の一実施形態に係る個体識別装置は、個体を含む画像を取得する画像取得部と、本発明の一実施形態に係る学習装置によって構築された前記個体識別モデルに、取得した前記画像のデータを入力データとして入力することにより、当該画像に含まれる個体の個体識別情報を出力する識別部とを備えている。
[Individual Identification Device]
An individual identification device according to one embodiment of the present invention includes an image acquisition unit that acquires an image including an individual, and an identification unit that outputs individual identification information of the individual included in the image by inputting data of the acquired image as input data into the individual identification model constructed by a learning device according to one embodiment of the present invention.

図12は、本発明の一態様に係る個体識別装置の要部構成を示すブロック図である。個体識別装置120は、画像取得部121、識別部122、及び識別画像蓄積部123を備えている。個体識別装置は、個体識別モデルを用いて個体群中の個体を識別する。 Figure 12 is a block diagram showing the main components of an individual identification device according to one embodiment of the present invention. The individual identification device 120 includes an image acquisition unit 121, an identification unit 122, and an identification image storage unit 123. The individual identification device identifies individuals in a population using an individual identification model.

(個体)
個体識別装置120により識別する個体は、ヒト、動物、他の移動体等であり得るが、閉鎖された空間内で群毎に管理される個体であることが好ましい。個体識別モデルにより識別する個体は、多頭飼育されている家畜個体であることがより好ましく、ウシ個体であることがさらに好ましく、乳牛個体であることがさらにより好ましく、最も好ましくはホルスタイン種の乳牛個体である。なお、多頭飼育されている個体は、図2に示すように、屋内で放し飼いにされている個体であってもよいし、鎖等に繋がれてつなぎ飼いにされている個体であってもよい。また、多頭飼育されている個体は、屋外の管理区域内で飼育されている個体であってもよい。本実施形態においては、個体がウシ個体である場合を例として説明する。
(individual)
The individual identified by the individual identification device 120 may be a human, an animal, another moving object, etc., but is preferably an individual managed in groups in a closed space. The individual identified by the individual identification model is more preferably a livestock individual raised in large numbers, even more preferably a cattle individual, even more preferably a dairy cow individual, and most preferably a Holstein dairy cow individual. Note that the raised large numbers of individuals may be individuals that are allowed to roam free indoors, as shown in FIG. 2, or individuals that are kept tethered by a chain or the like. The raised large numbers of individuals may also be individuals that are raised in a managed outdoor area. In this embodiment, a case in which the individuals are cattle individuals will be described as an example.

(画像取得部121)
画像取得部121は、ウシ個体を含む画像を取得する。画像取得部121は、入出力部(図示せず)を介して、ウシ個体を撮像したカメラ20から個体を含む画像を取得する。画像取得部121は、無線通信又は有線通信によりカメラ20からウシ個体を含む画像を取得する。画像取得部121は、カメラ20によりウシ個体を撮像する度毎に画像を取得してもよいし、所定時間毎に画像を取得してもよい。
(Image acquisition unit 121)
The image acquisition unit 121 acquires images including the individual bovine cattle. The image acquisition unit 121 acquires images including the individual bovine cattle from the camera 20 that captured the image of the individual bovine cattle via an input/output unit (not shown). The image acquisition unit 121 acquires images including the individual bovine cattle from the camera 20 by wireless communication or wired communication. The image acquisition unit 121 may acquire an image every time the camera 20 captures an image of the individual bovine cattle, or may acquire an image at predetermined time intervals.

カメラ20は、ウシ個体を上から撮影するものであってもよいし、斜め上方から撮影するものであってもよい。個体識別装置120においては、ウシ個体を上から撮影した画像のみならず、斜め上方から撮影した画像であっても好適に使用可能である。一例として、ウシ個体が屋内において飼育されている場合には、カメラ20を天井に設置していてもよいし、壁面に設置していてもよい。また、ウシ個体が屋外において飼育されている場合には、カメラ20をポールや柵等に固定して設置していてもよい。 The camera 20 may photograph the individual cattle from above, or from an obliquely upward angle. The individual identification device 120 can suitably use not only images of the individual cattle photographed from above, but also images photographed from an obliquely upward angle. As an example, if the individual cattle are raised indoors, the camera 20 may be installed on the ceiling or on a wall. Furthermore, if the individual cattle are raised outdoors, the camera 20 may be installed by fixing it to a pole, fence, etc.

ウシ個体を含む画像は、ウシ個体が撮像された画像であり、可視光画像であってもよいし、サーモカメラ等で撮影した赤外線画像であってもよいし、3次元レーザーセンサー等により得られた3次元画像であってもよい。赤外線画像やレーザーセンサーによる3次元画像を用いることにより、照明を用いずに夜間の画像を取得することができる。また、ウシ個体を含む画像は、静止画であっても、動画であってもよい。画像取得部121は、取得したウシ個体を含む画像を識別部122に送る。 The image including the individual cattle is an image of the individual cattle, and may be a visible light image, an infrared image taken with a thermal camera or the like, or a three-dimensional image obtained with a three-dimensional laser sensor or the like. By using an infrared image or a three-dimensional image taken with a laser sensor, it is possible to obtain images at night without using lighting. Furthermore, the image including the individual cattle may be a still image or a video. The image acquisition unit 121 sends the obtained image including the individual cattle to the identification unit 122.

(識別部122)
識別部122は、学習装置100によって構築された個体識別モデルに、取得した画像のデータを入力データとして入力することにより、当該画像中のウシ個体の個体識別情報を出力する。識別部122は、学習装置100の学習モデル記憶部103に格納された個体識別モデルを、入出力部(図示せず)を介して取得する。個体識別モデルは、個体識別装置120により識別する個体群に対応した機械学習済みモデルである。例えば、個体識別装置120により識別する個体群が、ウシ個体No.1~ウシ個体No.10までの10頭のウシ個体が含まれる個体群Xである場合、個体識別モデルは、個体群Xに対応した機械学習済みモデルである。
(Identification unit 122)
The identification unit 122 inputs the data of the acquired image as input data into the individual identification model constructed by the learning device 100, and outputs individual identification information of the individual cattle in the image. The identification unit 122 acquires the individual identification model stored in the learning model storage unit 103 of the learning device 100 via an input/output unit (not shown). The individual identification model is a machine-learned model corresponding to the population identified by the individual identification device 120. For example, if the population identified by the individual identification device 120 is population X including 10 individual cattle, from cattle individual No. 1 to cattle individual No. 10, the individual identification model is a machine-learned model corresponding to population X.

識別部122は、取得した画像に含まれるウシ個体が何れのウシ個体であるかを表す個体識別情報と、当該画像データとを関連付けて識別画像蓄積部123に格納する。また、識別部122は、図4に示すように、個体識別情報を画像データに付して表示部(図示せず)に表示してもよい。例えば、識別部122は、図4に示すように、画像中のウシ個体にそのウシ個体を識別するウシ個体No.を付して表示する。 The identification unit 122 associates the image data with individual identification information indicating which individual bovine animal is included in the acquired image, and stores the associated image data in the identified image storage unit 123. Furthermore, as shown in FIG. 4, the identification unit 122 may also attach the individual identification information to the image data and display it on a display unit (not shown). For example, as shown in FIG. 4, the identification unit 122 displays the individual bovine animal in the image by attaching a bovine individual number that identifies the individual bovine animal.

識別部122が識別する画像は、画像取得部121からウシ個体の体全体を含む体領域画像を抽出した画像であり得る。すなわち、個体識別装置120は、画像取得部121が取得した画像中のウシ個体の体領域に枠囲みを付与する枠囲み部と、枠囲みが付与された体領域画像を抽出する抽出部とをさらに備えていてもよい。また、画像取得部121が取得した画像中の動体を検知する動体検知部をさらに備えていてもよい。そして、識別部122は、抽出部が抽出した体領域画像を入力データとして個体識別モデルに入力することにより、当該画像中のウシ個体の個体識別情報を出力する。なお、識別部122が識別する画像は、例えば画像中のウシ個体が単独である場合には、画像取得部121がカメラ20から取得した画像そのものであってもよい。 The image identified by the identification unit 122 may be an image obtained by extracting a body region image including the entire body of the individual bovine animal from the image acquisition unit 121. That is, the individual identification device 120 may further include a framing unit that adds a frame to the body region of the individual bovine animal in the image acquired by the image acquisition unit 121, and an extraction unit that extracts the framed body region image. The individual identification device 120 may also include a moving object detection unit that detects moving objects in the image acquired by the image acquisition unit 121. The identification unit 122 then inputs the body region image extracted by the extraction unit as input data into an individual identification model, thereby outputting individual identification information for the individual bovine animal in the image. Note that the image identified by the identification unit 122 may be the image itself acquired by the image acquisition unit 121 from the camera 20, for example, if the individual bovine animal in the image is alone.

このように、個体識別装置120は、個体識別の対象となる画像を、カメラ20から取得した画像そのものではなく、学習用データ生成装置10による学習用データ生成処理と同様の処理が施された体領域画像としてもよい。これにより、個体識別の対象となる画像に個体識別に不要な部分が含まれず、より正確な個体識別が可能である。 In this way, the individual identification device 120 may use, as the image to be identified, a body region image that has been subjected to processing similar to the learning data generation processing performed by the learning data generation device 10, rather than the image itself acquired from the camera 20. This prevents the image to be identified from including parts unnecessary for individual identification, enabling more accurate individual identification.

(識別画像蓄積部123)
識別画像蓄積部123には、個体識別された画像が格納される。また、識別画像蓄積部123には、個体識別装置120が行う動作に必要な一連の処理を示すプログラムが格納されていてもよい。
(Identification image storage unit 123)
The identified image storage unit 123 stores an image of an individual identified. The identified image storage unit 123 may also store a program indicating a series of processes required for the operation of the individual identification device 120.

(個体識別処理)
図13を参照して、個体識別装置120による個体識別処理の一例について説明する。図13は、図12の個体識別装置120による個体識別処理を示すフローチャートである。
(Individual identification processing)
An example of the individual identification process performed by the individual identification device 120 will be described with reference to Fig. 13. Fig. 13 is a flowchart showing the individual identification process performed by the individual identification device 120 of Fig. 12.

まず、ステップS131において、画像取得部121は、ウシ個体を含む画像を取得する。なお、個体識別装置120による個体識別処理は、カメラ20から撮像画像データの入力を受け付けることにより開始してもよい。 First, in step S131, the image acquisition unit 121 acquires an image including an individual cow. Note that the individual identification process by the individual identification device 120 may begin by accepting input of captured image data from the camera 20.

次に、識別部122は、学習装置100から学習済みの個体識別モデルを読み出す(ステップS132)。続いて、ステップS133において、識別部122は、読み出した個体識別モデルに画像データを入力する。そして、ステップS134において、識別部122は、個体識別モデルが出力したウシ個体の個体識別情報と画像とを関連付けて識別画像蓄積部123に格納し、個体識別処理を終了する。 Next, the identification unit 122 reads out the trained individual identification model from the learning device 100 (step S132). Subsequently, in step S133, the identification unit 122 inputs the image data into the read individual identification model. Then, in step S134, the identification unit 122 associates the individual identification information of the individual cow output by the individual identification model with the image, stores the associated information in the identification image storage unit 123, and terminates the individual identification process.

このように、個体識別装置120は、個体群毎に対応した個体識別モデルを用いて個体を識別するので、例えば、ウシ個体群の個体構成や撮影条件が異なる酪農現場毎に対応した個体識別が可能である。また、学習装置100により学習済みの個体識別モデルを用いることによって、識別する画像中のウシ個体の向きに関わらず個体識別可能である。個体識別装置120によれば、個体識別モデルの汎用利用が可能である。 In this way, the individual identification device 120 identifies individuals using an individual identification model that corresponds to each population, making it possible to identify individuals that are suited to each dairy farm site, where the individual composition of the cattle population and the photographing conditions vary. Furthermore, by using an individual identification model that has been trained by the learning device 100, it is possible to identify cattle regardless of the orientation of the individual cattle in the image to be identified. The individual identification device 120 allows for general-purpose use of the individual identification model.

〔行動分析装置〕
本発明の一実施形態に係る行動分析装置は、個体を含む画像を取得する画像取得部と、上記学習用データ生成装置により生成した学習用データを用いて、画像に含まれる個体を識別するように機械学習することによって構築された、個体を識別する識別モデルに、取得した前記画像のデータを入力データとして入力することにより、当該画像に含まれる個体の個体識別情報を出力する識別部と、識別した個体の時系列の画像を取得する識別画像取得部と、取得した前記画像を参照して、前記個体の行動を分析する分析部とを備えている。すなわち、行動分析装置は、本発明の一実施形態に係る個体識別装置により識別した個体の時系列の画像を取得する識別画像取得部と、取得した前記画像を参照して、前記個体の行動を分析する分析部とを備えている。
[Behavior analysis device]
A behavioral analysis device according to one embodiment of the present invention includes an image acquisition unit that acquires images including individuals, an identification unit that outputs individual identification information for the individuals included in the images by inputting data from the acquired images as input data into an identification model for identifying individuals constructed by machine learning to identify the individuals included in the images using learning data generated by the learning data generation device, an identification image acquisition unit that acquires time-series images of the identified individuals, and an analysis unit that analyzes the behavior of the individuals by referring to the acquired images. That is, the behavioral analysis device includes an identification image acquisition unit that acquires time-series images of the individuals identified by the individual identification device according to one embodiment of the present invention, and an analysis unit that analyzes the behavior of the individuals by referring to the acquired images.

図14は、本発明の一態様に係る行動分析装置の要部構成を示すブロック図である。行動分析装置140は、識別画像取得部141、分析部142、及び分析結果記憶部143を備えている。行動分析装置は、識別した個体の行動を追跡して分析する。 Figure 14 is a block diagram showing the main components of a behavior analysis device according to one embodiment of the present invention. The behavior analysis device 140 includes an identification image acquisition unit 141, an analysis unit 142, and an analysis result storage unit 143. The behavior analysis device tracks and analyzes the behavior of identified individuals.

(識別画像取得部141)
識別画像取得部141は、個体識別装置120の識別画像蓄積部123に蓄積されたウシ個体の画像を、入出力部(図示せず)を介して取得する。識別画像取得部141は、個体識別装置120において識別したウシ個体の時系列の画像を取得する。識別画像取得部141は、取得したウシ個体の時系列の画像を分析部142に送る。
(Identification image acquisition unit 141)
The identification image acquisition unit 141 acquires, via an input/output unit (not shown), images of individual cattle stored in the identification image storage unit 123 of the individual identification device 120. The identification image acquisition unit 141 acquires time-series images of individual cattle identified by the individual identification device 120. The identification image acquisition unit 141 sends the acquired time-series images of individual cattle to the analysis unit 142.

(分析部142)
分析部142は、ウシ個体の時系列の画像を参照して、ウシ個体の行動を分析する。ウシ個体の時系列の画像により、ウシ個体の行動を追跡することができる。分析部142は、ウシ個体の時系列の画像に基づいてウシ個体の行動を追跡することによって、所定時間内のウシの行動を分析する。分析部142は、ウシ個体の時系列の画像に基づいてウシ個体の行動を追跡することで、例えば、所定時間内のウシ個体の行動量、行動範囲、行動パターンを分析する。分析部142は、ウシ個体の分析結果を分析結果記憶部143に格納する。
(Analysis Department 142)
The analysis unit 142 analyzes the behavior of the individual cattle by referring to the time-series images of the individual cattle. The time-series images of the individual cattle can be used to track the behavior of the individual cattle. The analysis unit 142 analyzes the behavior of the individual cattle over a predetermined period of time by tracking the behavior of the individual cattle based on the time-series images of the individual cattle. The analysis unit 142 analyzes, for example, the amount of activity, range of activity, and behavior pattern of the individual cattle over a predetermined period of time by tracking the behavior of the individual cattle based on the time-series images of the individual cattle. The analysis unit 142 stores the analysis results of the individual cattle in the analysis result storage unit 143.

分析部142は、ウシ個体が座っている時間や立っている時間、動き回っている時間等の行動パターンを分析することによって、ウシ個体の身体状態、発情状態、疾患等を予測してもよい。また、分析部142は、ウシ個体が水を飲む回数や時間、餌を食べる回数や時間等の行動パターンを分析することによって、ウシ個体の飼養管理をしてもよい。 The analysis unit 142 may predict the physical condition, estrus state, disease, etc. of an individual cow by analyzing its behavioral patterns, such as the amount of time it spends sitting, standing, or moving around. The analysis unit 142 may also manage the feeding of an individual cow by analyzing its behavioral patterns, such as the number of times and times it drinks water and the number of times and times it eats feed.

分析部142は、ウシ個体の画像から、ウシ個体の画像における位置座標を取得し、当該位置座標をウシ個体が存在する空間の空間座標に変換することで、空間内におけるウシ個体の行動範囲、行動パターン等を追跡及び分析してもよい。位置座標から空間座標への変換は、例えば、画像上の空間座標が既知である基準点の情報を用いて、取得した位置座標をウシ個体が存在する空間の空間座標に変換することにより行うことができる。分析部142が参照するウシ個体の画像が、ウシ個体の体全体を含む体領域画像であれば、ウシ個体の足の位置座標を取得することができるので、空間内におけるウシ個体の行動を正確に追跡することができる。ウシ個体の足の位置座標又は空間座標は、図4に示すようにウシ個体の体領域画像と共に表示部(図示せず)に表示させてもよい。 The analysis unit 142 may acquire position coordinates in the image of the individual bovine animal from the image of the individual bovine animal and convert these position coordinates into spatial coordinates of the space in which the individual bovine animal exists, thereby tracking and analyzing the range and behavioral patterns of the individual bovine animal within space. The conversion from position coordinates to spatial coordinates can be performed, for example, by converting the acquired position coordinates into spatial coordinates of the space in which the individual bovine animal exists, using information on a reference point on the image whose spatial coordinates are known. If the image of the individual bovine animal referenced by the analysis unit 142 is a body region image that includes the entire body of the individual bovine animal, the position coordinates of the individual bovine animal's feet can be acquired, thereby enabling the behavior of the individual bovine animal within space to be accurately tracked. The position coordinates or spatial coordinates of the individual bovine animal's feet may be displayed on a display unit (not shown) together with the body region image of the individual bovine animal, as shown in FIG. 4.

(行動分析処理)
図15を参照して、行動分析装置140による行動分析処理の一例について説明する。図15は、図14の行動分析装置140による行動分析処理を示すフローチャートである。
(Behavioral analysis processing)
An example of behavior analysis processing by behavior analysis apparatus 140 will be described with reference to Fig. 15. Fig. 15 is a flowchart showing behavior analysis processing by behavior analysis apparatus 140 of Fig. 14.

まず、ステップS151において、識別画像取得部141は、ウシ個体の時系列の画像データを取得する。次に、分析部142は、ウシ個体の時系列の画像によりウシ個体の行動を追跡して、ウシ個体の行動を分析する(ステップS152)。分析部142は、分析結果を分析結果記憶部143に格納し、行動分析処理を終了する。 First, in step S151, the identification image acquisition unit 141 acquires time-series image data of the individual cow. Next, the analysis unit 142 tracks the behavior of the individual cow using the time-series images of the individual cow and analyzes the behavior of the individual cow (step S152). The analysis unit 142 stores the analysis results in the analysis result storage unit 143 and terminates the behavior analysis process.

このように、行動分析装置140は、個体群毎に対応した個体識別モデルを用いて識別した個体の画像を追跡することで個体の行動を分析するので、例えば、ウシ個体群の個体構成や撮影条件が異なる酪農現場毎に対応した正確かつ容易な個体の行動分析が可能である。なお、図1に示す学習用データ生成装置10、図10に示す学習装置100、図12に示す個体識別装置120、及び、図14に示す行動分析装置140を備えた行動分析システムについても本発明の範疇に含まれる。 In this way, the behavior analysis device 140 analyzes the behavior of individuals by tracking images of individuals identified using an individual identification model corresponding to each population, making it possible to perform accurate and easy individual behavior analysis that is suited to each dairy farm site, for example, where the individual composition of the cattle population and the shooting conditions vary. Note that behavior analysis systems equipped with the learning data generation device 10 shown in FIG. 1, the learning device 100 shown in FIG. 10, the individual identification device 120 shown in FIG. 12, and the behavior analysis device 140 shown in FIG. 14 are also included within the scope of the present invention.

〔学習用データ生成方法及び行動分析方法〕
本発明の一態様に係る学習用データ生成方法は、個体を含む画像を取得する画像取得ステップと、取得した前記画像中の動体を検知する動体検知ステップと、検知した前記動体のうちの前記個体の体全体を含む体領域に枠囲みを付与する枠囲みステップと、枠囲みが付与された前記体領域の体領域画像を抽出する抽出ステップと、抽出した前記体領域画像から、個体を識別する識別モデルの学習用データを生成する生成ステップとを含む。一例として、本発明の一態様に係る学習用データ生成方法は、上述した本発明の一態様に係る学習用データ生成装置により実現されるものである。したがって、本発明の一態様に係る学習用データ生成方法の説明は、上述した本発明の一態様に係る学習用データ生成装置の説明に準じる。
[Method for generating learning data and method for analyzing behavior]
A training data generation method according to one aspect of the present invention includes an image acquisition step of acquiring an image including an individual, a moving object detection step of detecting a moving object in the acquired image, a framing step of framing a body region of the detected moving object that includes the entire body of the individual, an extraction step of extracting a body region image of the framing-added body region, and a generation step of generating training data for a discriminative model that identifies the individual from the extracted body region image. As an example, the training data generation method according to one aspect of the present invention is realized by the training data generation device according to one aspect of the present invention described above. Therefore, the description of the training data generation method according to one aspect of the present invention follows the description of the training data generation device according to one aspect of the present invention described above.

本発明の一態様に係る行動分析方法は、個体を含む画像を取得する画像取得ステップと、上記学習用データ生成方法により生成した学習用データを用いて、画像に含まれる個体を識別するように機械学習することによって構築された、個体を識別する識別モデルに、取得した前記画像のデータを入力データとして入力することにより、当該画像に含まれる個体の個体識別情報を出力する識別ステップと、識別した個体の時系列の画像を取得する識別画像取得ステップと、取得した前記画像を参照して、前記個体の行動を分析する分析ステップとを含む。一例として、本発明の一態様に係る行動分析方法は、上述した本発明の一態様に係る行動分析装置により実現されるものである。したがって、本発明の一態様に係る行動分析方法の説明は、上述した本発明の一態様に係る行動分析装置の説明に準じる。 A behavioral analysis method according to one aspect of the present invention includes an image acquisition step of acquiring images containing individuals; an identification step of inputting data from the acquired images as input data into an identification model for identifying individuals, constructed by machine learning to identify individuals included in the images using learning data generated by the learning data generation method described above, thereby outputting individual identification information for the individuals included in the images; an identification image acquisition step of acquiring time-series images of the identified individuals; and an analysis step of analyzing the behavior of the individuals by referring to the acquired images. As an example, the behavioral analysis method according to one aspect of the present invention is realized by the behavioral analysis device according to one aspect of the present invention described above. Therefore, the description of the behavioral analysis method according to one aspect of the present invention follows the description of the behavioral analysis device according to one aspect of the present invention described above.

〔ソフトウェアによる実現例〕
学習用データ生成装置10、学習装置100、個体識別装置120、及び行動分析装置140の制御ブロックは、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
[Software implementation example]
The control blocks of the learning data generation device 10, the learning device 100, the individual identification device 120, and the behavioral analysis device 140 may be realized by logic circuits (hardware) formed on an integrated circuit (IC chip) or the like, or may be realized by software.

後者の場合、上述した各装置は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば1つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。 In the latter case, each of the above-mentioned devices includes a computer that executes instructions from a program, which is software that realizes each function. This computer includes, for example, one or more processors and a computer-readable recording medium that stores the program. The object of the present invention is achieved when the processor in the computer reads and executes the program from the recording medium. The processor may be, for example, a CPU (Central Processing Unit). The recording medium may be a "non-transitory tangible medium," such as a ROM (Read Only Memory), tape, disk, card, semiconductor memory, or programmable logic circuit. The device may also include a RAM (Random Access Memory) for expanding the program. The program may also be supplied to the computer via any transmission medium capable of transmitting the program (such as a communications network or broadcast waves). One aspect of the present invention may also be realized when the program is embodied through electronic transmission in the form of a data signal embedded in a carrier wave.

すなわち、本発明の各態様に係る学習用データ生成装置、学習装置、個体識別装置、行動分析装置140は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記各装置が備える各部(ソフトウェア要素)として動作させることにより前記各装置をコンピュータにて実現させるプログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。 In other words, the learning data generation device, learning device, individual identification device, and behavioral analysis device 140 according to each aspect of the present invention may be realized by a computer. In this case, the scope of the present invention also includes programs that cause the computer to operate as the respective parts (software elements) of each of the devices, thereby realizing each of the devices on the computer, and computer-readable recording media on which such programs are recorded.

具体的には、下記のプログラムについても、本発明の範疇に入る:
本発明の各態様に係る学習用データ生成装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、個体を含む画像を取得する画像取得ステップと、取得した前記画像中の動体を検知する動体検知ステップと、検知した前記動体のうちの前記個体の体全体を含む体領域に枠囲みを付与する枠囲みステップと、枠囲みが付与された前記体領域の体領域画像を抽出する抽出ステップと、抽出した前記体領域画像から、個体を識別する識別モデルの学習用データを生成する生成ステップとを実行することを特徴とする、プログラム:
本発明の各態様に係る行動分析装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、個体を含む画像を取得する画像取得ステップと、本発明の各態様に係る学習用データ生成装置により生成した学習用データを用いて、画像に含まれる個体を識別するように機械学習することによって構築された、個体を識別する識別モデルに、取得した前記画像のデータを入力データとして入力することにより、当該画像に含まれる個体の個体識別情報を出力する識別ステップと、識別した個体の時系列の画像を取得する識別画像取得ステップと、取得した前記画像を参照して、前記個体の行動を分析する分析ステップとを実行することを特徴とする、プログラム:
本発明の各態様に係る学習装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、本発明の各態様に係る学習用データ生成装置が生成した学習用データを取得する学習用データ取得ステップと、取得した前記学習用データを用いて、画像に含まれる個体を識別するように機械学習することによって、個体を識別する識別モデルを構築する学習ステップとを実行することを特徴とする、プログラム:
本発明の各態様に係る個体識別装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、個体を含む画像を取得する画像取得ステップと、本発明の各態様に係る学習装置によって構築された前記識別モデルに、取得した前記画像のデータを入力データとして入力することにより、当該画像に含まれる個体の個体識別情報を出力する識別ステップとを実行することを特徴とする、プログラム。
Specifically, the following programs also fall within the scope of the present invention:
A program for causing a computer to function as a learning data generation device according to each aspect of the present invention, the program comprising: an image acquisition step for acquiring an image including an individual; a moving object detection step for detecting a moving object in the acquired image; a framing step for adding a frame to a body region including the entire body of the individual among the detected moving objects; an extraction step for extracting a body region image of the body region to which the frame has been added; and a generation step for generating learning data for a discriminative model that identifies individuals from the extracted body region image:
A program for causing a computer to function as a behavioral analysis device according to any one of the aspects of the present invention, the program comprising: an image acquisition step of acquiring images including individuals; an identification step of inputting data from the acquired images as input data into an identification model for identifying individuals, the identification model being constructed by machine learning to identify individuals included in the images using learning data generated by the learning data generation device according to any one of the aspects of the present invention, thereby outputting individual identification information for the individuals included in the images; an identification image acquisition step of acquiring time-series images of the identified individuals; and an analysis step of analyzing the behavior of the individuals by referring to the acquired images.
A program for causing a computer to function as a learning device according to each aspect of the present invention, the program comprising: a learning data acquisition step for acquiring learning data generated by the learning data generation device according to each aspect of the present invention; and a learning step for constructing an identification model for identifying individuals by machine learning using the acquired learning data to identify individuals included in an image.
A program for causing a computer to function as an individual identification device relating to each aspect of the present invention, characterized in that the program executes an image acquisition step of acquiring an image including an individual, and an identification step of inputting data of the acquired image as input data into the identification model constructed by the learning device relating to each aspect of the present invention, thereby outputting individual identification information of the individual included in the image.

〔変形例〕
本発明の他の態様に係る学習用データ生成装置は、個体を含む画像を取得する画像取得部と、取得した前記画像中の前記個体を検出する検出部と、検出した前記個体の体全体を含む体領域を特定する体領域特定部と、特定した前記体領域の体領域画像を抽出する抽出部と、抽出した前記体領域画像から、個体を識別する識別モデルの学習用データを生成する生成部とを備えている。
[Modification]
A learning data generation device according to another aspect of the present invention includes an image acquisition unit that acquires an image including an individual, a detection unit that detects the individual in the acquired image, a body region identification unit that identifies a body region including the entire body of the detected individual, an extraction unit that extracts a body region image of the identified body region, and a generation unit that generates learning data for a discrimination model that identifies individuals from the extracted body region image.

すなわち、学習用データ生成装置において、画像中の個体を検出する方法は、動体検知方法に限定されず、個体を検出する他の方法により実現してもよい。画像中の個体を検出する他の例として、機械学習を利用した方法が挙げられる。よって、学習用データ生成装置において、動体検知部に替えて機械学習を利用して画像中の個体を検出する検出部を用いる構成についても、本発明の範疇に含まれる。 In other words, the method for detecting individuals in an image in a learning data generation device is not limited to a moving object detection method, and other methods for detecting individuals may be used. Other examples of detecting individuals in an image include methods that utilize machine learning. Therefore, a configuration in a learning data generation device that uses a detection unit that detects individuals in an image using machine learning instead of a moving object detection unit is also included in the scope of the present invention.

機械学習を利用して画像中の個体を検出する場合、画像の撮影方向に応じて、個体の検出に適した機械学習モデルを作成することが好ましい。例えば、個体を斜め上方から撮影した画像を用いる場合、斜め上方から撮影した画像中の個体の検出に適するように生成した機械学習モデルを用いる。機械学習を利用して画像中の個体を検出する方法には、機械学習を利用して物体を検出する方法及び個体の骨格を検出する方法が含まれる。そして、このような検出部は、本発明の一態様に係る個体識別装置において使用することもできる。 When using machine learning to detect individuals in an image, it is preferable to create a machine learning model suitable for detecting individuals depending on the direction in which the image was taken. For example, when using an image of an individual taken from diagonally above, a machine learning model created to be suitable for detecting individuals in an image taken from diagonally above is used. Methods for detecting individuals in an image using machine learning include methods for detecting objects and methods for detecting the skeleton of an individual using machine learning. Such a detection unit can also be used in an individual identification device according to one aspect of the present invention.

画像から物体を検出するように作成した機械学習モデルを用いる場合、図17に示すように、ウシ個体の画像データを入力データとして物体検出機械学習モデルに入力することにより、画像中におけるウシ個体部分の検出結果が出力される。また、画像から骨格を検出するように作成した機械学習モデルを用いる場合、図18に示すように、ウシ個体の画像データを入力データとして骨格検知機械学習モデルに入力する。これにより、画像中のウシ個体の骨格位置が検出されて個体毎にまとめられ、画像中におけるウシ個体部分の検出結果が出力される。 When using a machine learning model created to detect objects from images, as shown in Figure 17, image data of individual cows is input as input data into the object detection machine learning model, and the detection result of the cow individual part in the image is output. When using a machine learning model created to detect skeletons from images, as shown in Figure 18, image data of individual cows is input as input data into the skeleton detection machine learning model. This detects the skeleton positions of individual cows in the image and organizes them for each individual, and the detection result of the cow individual part in the image is output.

また、学習用データ生成装置において、検出した個体の体全体を含む体領域を特定する方法は、枠囲みを付与する方法に限定されず、個体の体領域を特定する他の方法により実現してもよい。個体の体領域を特定する他の例として、図19に示すように、画像セグメンテーションを利用した方法が挙げられる。図19は、本発明の一態様に係る学習用データ生成装置において体領域を特定する形態の一例を説明する図である。図19に示すように、ウシ個体を含む画像において画像セグメンテーションにより体領域を特定し、例えば、特定した体領域範囲のみを示す位置座標を取得する。このように、学習用データ生成装置において、枠囲み部に替えて画像セグメンテーションにより個体の体領域を特定する体領域特定部を用いる構成についても、本発明の範疇に含まれる。また、このような体領域特定部は、本発明の一態様に係る個体識別装置において使用することもできる。 In addition, in the training data generation device, the method for identifying the body region including the entire body of a detected individual is not limited to the method of adding a frame, and other methods for identifying the body region of an individual may be used. Another example of identifying the body region of an individual is a method using image segmentation, as shown in FIG. 19. FIG. 19 is a diagram illustrating an example of how body regions are identified in a training data generation device according to one aspect of the present invention. As shown in FIG. 19, a body region is identified using image segmentation in an image including a cow individual, and, for example, position coordinates indicating only the identified body region range are obtained. In this way, a configuration in which a training data generation device uses a body region identification unit that identifies the body region of an individual using image segmentation instead of a frame is also included in the scope of the present invention. Furthermore, such a body region identification unit can also be used in an individual identification device according to one aspect of the present invention.

さらに、学習用データ生成装置において、個体の体の一部を表す画像から体全体の画像を特定する方法は、体の他の部分を表す画像を復元する方法に限定されず、体の一部を表す画像から体全体の画像を特定する他の方法により実現してもよい。体の一部を表す画像から体全体の画像を特定する他の例として、機械学習を利用した骨格検知に基づいて推定された姿勢を参照する方法が挙げられる。 Furthermore, in the learning data generation device, the method for identifying an image of the entire body from an image representing a portion of the individual's body is not limited to the method of restoring images representing other portions of the body, and may be realized by other methods for identifying an image of the entire body from an image representing a portion of the body. Another example of identifying an image of the entire body from an image representing a portion of the body is a method that refers to a posture estimated based on skeletal detection using machine learning.

骨格検知に基づいて推定された姿勢を参照して、体の一部を表す画像から体全体の画像を特定する例を、図20に示す。図20は、本発明の一態様に係る学習用データ生成装置において体の一部を表す画像から体全体の画像を特定するために用いられる姿勢推定モデルの一例を説明する図である。図20に示すように、ウシ個体の一部のみが含まれる画像データを取得した場合に、画像に含まれる部位(見えている部位)から推定した姿勢を参照して、画像に含まれない部位(見えない部位)の位置を特定する。 Figure 20 shows an example of identifying an image of the entire body from an image showing a portion of the body by referencing the posture estimated based on skeleton detection. Figure 20 is a diagram illustrating an example of a posture estimation model used to identify an image of the entire body from an image showing a portion of the body in a learning data generation device according to one aspect of the present invention. As shown in Figure 20, when image data containing only a portion of an individual cow is acquired, the positions of the parts not included in the image (invisible parts) are identified by referencing the posture estimated from the parts included in the image (visible parts).

例えば、図20の画像データにおいて見えているのは鼻、左目、右目、左耳、右耳、左肩、及び左腰の7箇所のみである。この画像データを姿勢推定モデルに入力すると、機械学習により、見えている部位の骨格を検知する。そして、見えていない10箇所の部位の位置(右肩、右腰、左前足首、左前蹄、左後足首、左後蹄、右前足首、右前蹄、右後足首、右後蹄)を含む骨格フレーム情報が姿勢の推定結果として出力される。なお、ここに示したウシ個体の部位は例示であり、画像に含まれる部位及び画像に含まれない部位の種類や数はこれらに限定されず、適宜設定可能である。 For example, in the image data of Figure 20, only seven parts are visible: the nose, left eye, right eye, left ear, right ear, left shoulder, and left hip. When this image data is input into the posture estimation model, machine learning is used to detect the skeleton of the visible parts. Skeletal frame information including the positions of the 10 invisible parts (right shoulder, right hip, left front ankle, left front hoof, left hind ankle, left hind hoof, right front ankle, right front hoof, right hind ankle, right hind hoof) is then output as the posture estimation result. Note that the parts of the cow shown here are examples, and the types and numbers of parts included and not included in the image are not limited to these and can be set as appropriate.

これにより、画像中に遮蔽物があり、個体の一部しか含まれないような場合であっても、体領域の全体を特定し、個体の行動解析に利用することができる。このように、画像に含まれない部位を推定するための情報として、画像中に含まれる部位の情報を用いている。また、入力データとして、例えば、対象となる画像の時系列の前後の画像において検出した各部位の位置を利用してもよい。 This makes it possible to identify the entire body region and use it in analyzing the individual's behavior, even when there is an obstruction in the image and only a portion of the individual is included. In this way, information about the body parts included in the image is used as information for estimating parts not included in the image. Furthermore, the position of each body part detected in images before and after the target image in the time series may also be used as input data, for example.

このように、学習用データ生成装置において、体領域特定部が、個体の体の一部を表す画像から当該個体の骨格を検知して姿勢を推定するように機械学習した姿勢推定モデルに、検知した前記動体の画像データを入力データとして入力することにより出力される個体の姿勢を参照して、個体の体全体を表す体領域を特定する構成についても、本発明の範疇に含まれる。また、このような体領域特定部は、本発明の一態様に係る個体識別装置において使用することもできる。 In this way, the scope of the present invention also includes a configuration in which, in a learning data generation device, a body region identification unit identifies a body region representing an individual's entire body by referring to the individual's posture output by inputting image data of the detected moving object as input data into a posture estimation model that has been machine-trained to detect the skeleton of the individual from an image representing part of the individual's body and estimate the posture. Such a body region identification unit can also be used in an individual identification device according to one aspect of the present invention.

〔行動型分析システム〕
動物各個体の行動種別(行動型)は動物を管理する上で重要な情報である。例えば、採食行動や休息行動は維持行動が確保されていることの指標となる。また、反芻家畜において、行動型の中でも特に反芻行動は、飼料摂取量をはじめ各種疾病の徴候や回復状態、あるいはストレス状態を反映するバロメーターとなる有用な情報とされている。従来、ウェアラブルセンサ等を利用して行動型を把握するシステムが実用化しているがコストや管理に係る労力の点で問題がある。一方、従来の画像解析では、特に反芻のような動作の把握が必要な行動の検出が困難であった。本発明の一形態によれば、画像解析を利用して動物の行動型を把握することで、省力的かつ容易に行動型データを取得することができる。また、本発明の一形態によれば、動作の把握が必要な行動型であっても検出することができる。
[Behavioral Analysis System]
The behavioral type (behavioral pattern) of each individual animal is important information for animal management. For example, feeding behavior and resting behavior are indicators of whether maintenance behavior is being ensured. Furthermore, in ruminant livestock, rumination, among other behavioral patterns, is considered useful information that serves as a barometer reflecting feed intake, signs of various diseases, recovery status, or stress conditions. Previously, systems for determining behavioral patterns using wearable sensors and the like have been put into practical use, but have problems in terms of cost and management effort. Meanwhile, conventional image analysis has had difficulty detecting behaviors that require behavioral monitoring, such as rumination. According to one embodiment of the present invention, by using image analysis to determine an animal's behavioral pattern, behavioral pattern data can be obtained easily and labor-savingly. Furthermore, according to one embodiment of the present invention, even behavioral patterns that require behavioral monitoring can be detected.

図21を参照して、本発明の一態様に係る行動型分析システムについて説明する。図21は、本発明の一態様に係る行動型分析システム200の要部構成を示すブロック図である。行動型分析システム200は、行動型分析装置220を備えている。また、行動型分析システム200は、カメラ20、学習用データ生成装置210及び学習装置100を備えている。 With reference to Figure 21, a behavioral analysis system according to one aspect of the present invention will be described. Figure 21 is a block diagram showing the main components of a behavioral analysis system 200 according to one aspect of the present invention. The behavioral analysis system 200 includes a behavioral analysis device 220. The behavioral analysis system 200 also includes a camera 20, a learning data generation device 210, and a learning device 100.

(行動型分析装置220)
行動型分析装置220は、画像取得部221、検出部222、識別部223、位置特定部224、情報取得部225、及び、行動型分析部226を備えている。行動型分析装置220は、さらに、分析結果記憶部227を備えている。行動型分析装置220は、個体の行動型を検出して分析する。
(Behavioral analysis device 220)
The behavioral analysis device 220 includes an image acquisition unit 221, a detection unit 222, an identification unit 223, a position identification unit 224, an information acquisition unit 225, and a behavioral analysis unit 226. The behavioral analysis device 220 further includes an analysis result storage unit 227. The behavioral analysis device 220 detects and analyzes the behavioral patterns of individuals.

<個体>
行動型分析装置220により行動型を分析する個体は、ヒト、動物、他の移動体等であり得るが、閉鎖された空間内で群毎に管理される個体であってもよいし、個体毎に管理されている個体であってもよい。このような個体には、多頭飼育されている家畜個体及び単頭飼育されている家畜個体が含まれる。家畜個体は、ウシ個体のような反芻動物個体であってもよく、例えば、乳牛個体、より具体的には、ホルスタイン種の乳牛個体であってもよい。多頭飼育されている個体は、屋内で放し飼いにされている個体であってもよいし、鎖等に繋がれてつなぎ飼いにされている個体であってもよい。また、多頭飼育されている個体は、屋外の管理区域内で飼育されている個体であってもよい。本実施形態においては、個体がウシ個体である場合を例として説明する。
<Individual>
The individuals whose behavioral patterns are analyzed by the behavioral analysis device 220 may be humans, animals, other mobile objects, etc., but may also be individuals managed in groups in a closed space, or individuals managed individually. Such individuals include livestock individuals raised in large numbers and livestock individuals raised alone. Livestock individuals may be ruminant animals such as cattle, for example, dairy cows, more specifically, Holstein dairy cows. Individuals raised in large numbers may be individuals allowed to roam free indoors, or individuals kept tethered by chains or the like. Additionally, individuals raised in large numbers may be individuals raised in a managed outdoor area. In this embodiment, an example will be described in which the individuals are cattle.

<画像取得部221>
画像取得部221は、カメラ20により撮影されたウシ個体を含む画像を取得する。画像取得部221は、上述した個体識別装置120の画像取得部121と同様に構成される。そのため、画像取得部221の説明として、個体識別装置120の画像取得部121の説明を援用し、その詳細な説明は省略する。カメラ20についても、個体識別装置120に関して説明したカメラ20と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
<Image Acquisition Unit 221>
The image acquisition unit 221 acquires an image including an individual cattle photographed by the camera 20. The image acquisition unit 221 is configured in the same manner as the image acquisition unit 121 of the individual identification device 120 described above. Therefore, the description of the image acquisition unit 121 of the individual identification device 120 will be used to explain the image acquisition unit 221, and a detailed description thereof will be omitted. The camera 20 is also the same as the camera 20 described in relation to the individual identification device 120, and a detailed description thereof will be omitted.

<検出部222>
検出部222は、画像取得部221が取得した画像中のウシ個体を検出する。画像中のウシ個体を検出する方法としては、動体検知方法、機械学習を利用した方法等が挙げられる。動体検知方法を利用する場合、検出部222は、学習用データ生成装置10の動体検知部12と同様に構成することができる。機械学習を利用する場合、図17に示す物体検出機械学習モデル、及び、図18に示す骨格検知機械学習モデルのような、機械学習モデルを用いることができる。なお、画像中にウシ個体が単体で含まれる場合には、ウシ個体の検出は不要であり、取得した画像において後述する位置特定が行なわれてもよい。
<Detection unit 222>
The detection unit 222 detects individual cattle in the image acquired by the image acquisition unit 221. Methods for detecting individual cattle in an image include a moving object detection method and a method using machine learning. When using a moving object detection method, the detection unit 222 can be configured in the same manner as the moving object detection unit 12 of the learning data generation device 10. When using machine learning, a machine learning model such as the object detection machine learning model shown in FIG. 17 and the skeleton detection machine learning model shown in FIG. 18 can be used. Note that when a single individual cattle is included in the image, detection of the individual cattle is not necessary, and position identification, which will be described later, may be performed on the acquired image.

<識別部223>
識別部223は、検出部222が検出したウシ個体を識別する。識別部223は、上述した個体識別装置120の識別部122と同様に構成される。そのため、識別部223の説明として、個体識別装置120の識別部122の説明を援用し、その詳細な説明は省略する。なお、画像中にウシ個体が単体で含まれる場合には、ウシ個体の識別は不要であり、取得した画像において後述する位置特定が行なわれてもよい。
<Identification unit 223>
The identification unit 223 identifies the individual cattle detected by the detection unit 222. The identification unit 223 is configured in the same manner as the identification unit 122 of the individual identification device 120 described above. Therefore, the description of the identification unit 122 of the individual identification device 120 will be used to explain the identification unit 223, and a detailed description thereof will be omitted. Note that when a single individual cattle is included in the image, it is not necessary to identify the individual cattle, and position identification, which will be described later, may be performed on the acquired image.

<位置特定部224>
位置特定部224は、識別した個体の体の部位の位置を特定する。位置特定部224が特定する個体の体の部位の位置は、例えば、鼻先、口元、前肢踵、前肢蹄、等の個体の体の部位である。図22に、位置特定部224がウシ個体の体の部位を特定する例を示す。図22の左側には、座位のウシ個体の鼻先、口元、前肢踵、及び前肢蹄を特定した例を、右側に立位のウシ個体の鼻先、口元、前肢踵、及び前肢蹄を特定した例を示す。なお、特定する個体の体の部位の数はこれに限定されず、より少なくても、より多くてもよい。
<Position specifying unit 224>
The position identifying unit 224 identifies the positions of the identified body parts of the individual. The positions of the body parts of the individual identified by the position identifying unit 224 are, for example, the nose tip, mouth, forelegs, hooves, etc. Figure 22 shows an example of the position identifying unit 224 identifying body parts of a bovine individual. The left side of Figure 22 shows an example in which the nose tip, mouth, forelegs, and hooves of a sitting bovine individual are identified, and the right side shows an example in which the nose tip, mouth, forelegs, and hooves of a standing bovine individual are identified. Note that the number of body parts of the individual to be identified is not limited to this and may be fewer or more.

位置特定部224は、機械学習を利用して個体の体の部位の位置を特定してもよい。例えば、個体を含む画像を入力データとして、当該画像中の当該個体の体の部位の位置を特定するように機械学習した位置特定モデルに、画像取得部が取得した画像を入力データとして入力することにより出力される位置を特定する。位置特定モデルに個体を含む画像を入力することにより、図22のように個体の体の部位が特定された画像が出力され得る。 The position identification unit 224 may use machine learning to identify the position of an individual's body part. For example, an image including an individual is used as input data, and an image acquired by the image acquisition unit is input as input data into a position identification model that has been machine-learned to identify the position of the individual's body part in the image, thereby identifying the output position. By inputting an image including an individual into the position identification model, an image in which the individual's body part is identified can be output, as shown in Figure 22.

位置特定部224は、個体の体の部位の位置の座標を取得することで、当該位置を特定してもよい。位置特定部224は、画像中における個体の体の部位の位置座標を取得する。位置特定部224は、取得した位置座標をウシ個体が存在する空間の空間座標に変換してもよい。位置特定部224は、撮像された時間が異なる複数のフレーム分の画像において位置座標を取得する。 The position identification unit 224 may identify the position by acquiring the coordinates of the position of the individual's body part. The position identification unit 224 acquires the position coordinates of the individual's body part in the image. The position identification unit 224 may convert the acquired position coordinates into spatial coordinates of the space in which the individual cow exists. The position identification unit 224 acquires position coordinates in multiple frames of images captured at different times.

位置特定部224は、個体の体の一部を表す画像から当該個体の骨格を検知して姿勢を推定するように機械学習した姿勢推定モデルに、検出した前記個体の画像データを入力データとして入力することにより出力される個体の姿勢を参照して、前記位置を特定してもよい。位置特定部224において用いる姿勢推定モデルは、図20に示す姿勢推定モデルと同一である。また、位置特定部224は、学習用データ生成装置10の枠囲み部13において用いられる個体の体の一部を表す画像から当該個体の体全体を表す画像を生成するように機械学習した生成モデルを用いてもよい。これにより、画像中に遮蔽物があり、個体の体の一部しか含まれないような場合であっても、個体の体の部位を特定することが可能であり、また、位置座標を取得することも可能である。 The position identification unit 224 may identify the position by referring to the posture of the individual that is output by inputting the detected image data of the individual as input data into a posture estimation model that has been machine-learned to detect the skeleton of the individual from an image representing a portion of the individual's body and estimate the posture. The posture estimation model used in the position identification unit 224 is the same as the posture estimation model shown in FIG. 20. The position identification unit 224 may also use a generative model that has been machine-learned to generate an image representing the entire body of the individual from an image representing a portion of the individual's body that is used in the enclosing unit 13 of the training data generation device 10. This makes it possible to identify the individual's body parts and obtain position coordinates even when there is an obstruction in the image and only a portion of the individual's body is included.

なお、位置特定部224は、画像データに個体の体の一部しか含まれていない場合、個体の体全体を表す画像を生成することなく、個体の体の一部の画像において個体の体の部位を特定し、位置座標を取得してもよい。この場合、例えば、個体の体の一部の画像から個体の体の部位を特定することが可能なように学習させた位置特定モデルを用いて、個体の体の部位を特定してもよい。個体の体の一部の画像から体全体の画像を復元することなく、個体の体の一部の画像をそのまま利用しても、行動型分析を行うことができる。 In addition, when the image data contains only a portion of the individual's body, the position identification unit 224 may identify the individual's body part in the image of the portion of the individual's body and acquire position coordinates, without generating an image representing the individual's entire body. In this case, for example, the individual's body part may be identified using a position identification model that has been trained to be able to identify the individual's body part from the image of the portion of the individual's body. Behavioral analysis can be performed even if the image of the portion of the individual's body is used as is, without reconstructing an image of the entire body from the image of the portion of the individual's body.

<情報取得部225>
情報取得部225は、特定した位置の所定時間内の変化を表す時系列情報を取得する。情報取得部225が取得する時系列情報は、所定時間内の連続する画像から得られるウシ個体の部位の変化を表す情報であり、位置特定部224が取得した位置座標に基づいて得られる各部位間の平均距離及び各部位の画像フレーム間の平均変位であり得る。
<Information acquisition unit 225>
The information acquisition unit 225 acquires time-series information that represents changes in the identified positions within a predetermined time. The time-series information acquired by the information acquisition unit 225 is information that represents changes in parts of the individual cow obtained from successive images within a predetermined time, and may be the average distance between each part and the average displacement between image frames of each part, which are obtained based on the position coordinates acquired by the position identification unit 224.

<行動型分析部226>
行動型分析部226は、取得した時系列情報を参照して、個体の行動型を分析する。行動型分析部226は、時系列情報を参照することで、ウシ個体の動作を検出することが可能であり、また、ウシ個体の行動を追跡することもできる。これにより、所定のタイミングや所定の時間内における、ウシ個体の動作や行動から行動型を分析することができる。行動型分析部226は、ウシ個体の行動型の分析結果を分析結果記憶部217に格納する。
<Behavioral analysis department 226>
The behavioral pattern analysis unit 226 analyzes the behavioral pattern of the individual cattle by referring to the acquired time-series information. By referring to the time-series information, the behavioral pattern analysis unit 226 can detect the movements of the individual cattle and can also track the movements of the individual cattle. This makes it possible to analyze the behavioral pattern from the movements and movements of the individual cattle at a predetermined timing or within a predetermined period of time. The behavioral pattern analysis unit 226 stores the analysis results of the behavioral patterns of the individual cattle in the analysis result storage unit 217.

行動型分析部226により分析されるウシ個体の行動型は、例えば、横臥休息、横臥反芻、立位休息、立位反芻、採食、等のような行動の種別である。図23に示すように、所定時間内の連続する画像から得られる時系列情報と、その時系列情報に対応するウシ個体の行動型とを対応付けた情報を予め取得しておくことで、時系列情報に基づいてウシ個体の行動型を分析することができる。 The behavioral patterns of individual cattle analyzed by the behavioral pattern analysis unit 226 are types of behavior, such as lying down resting, lying down ruminating, standing upright resting, standing upright ruminating, and feeding. As shown in Figure 23, by previously acquiring information that associates time-series information obtained from consecutive images within a predetermined period of time with the behavioral patterns of individual cattle corresponding to that time-series information, it is possible to analyze the behavioral patterns of individual cattle based on the time-series information.

行動型分析部226は、時系列情報とウシ個体の行動型とが対応付けられた教師データを用いて構築された分析モデルを用いて、ウシ個体の行動型を分析してもよい。このような分析モデルに、時系列情報を入力データとして入力することにより、ウシ個体の行動型が出力される。行動型分析部226は、図23に示すように、分析したウシ個体の行動型をウシ個体の画像と共に表示部(図示せず)に表示させてもよい。また、行動型分析部226は、画像データに個体の体の一部しか含まれていない場合、特定した体の一部の部位の位置座標の情報のみを用いて、個体の行動型を分析してもよい。この場合、体の部位の位置座標に欠損データがあっても行動型を分析することが可能なように学習させた分析モデルを用いて、個体の行動型を分析してもよい。 The behavioral pattern analysis unit 226 may analyze the behavioral pattern of an individual cow using an analytical model constructed using training data in which time-series information is associated with the behavioral pattern of the individual cow. By inputting time-series information as input data into such an analytical model, the behavioral pattern of the individual cow is output. As shown in FIG. 23, the behavioral pattern analysis unit 226 may display the analyzed behavioral pattern of the individual cow on a display unit (not shown) together with an image of the individual cow. Furthermore, if the image data contains only part of the individual's body, the behavioral pattern analysis unit 226 may analyze the individual's behavioral pattern using only the position coordinate information of the identified part of the body. In this case, the individual's behavioral pattern may be analyzed using an analytical model that has been trained to be able to analyze the behavioral pattern even if there is missing data in the position coordinates of the body part.

<学習用データ生成装置210>
行動型分析システム200が備える学習用データ生成装置210は、個体を含む画像を取得する画像取得部11と、取得した画像中の前記個体を検出する検出部212と、検出した個体の体領域を特定する特定部213と、特定した体領域の体領域画像を抽出する抽出部14と、抽出した体領域画像から、個体を識別する識別モデルの学習用データを生成する学習用データ生成部15とを備えている。学習用データ生成装置210は、生成した学習用データを記憶する学習用データ記憶部16をさらに備えている。
<Learning Data Generation Device 210>
The learning data generation device 210 included in the behavioral analysis system 200 includes an image acquisition unit 11 that acquires images including individuals, a detection unit 212 that detects the individuals in the acquired images, an identification unit 213 that identifies the body region of the detected individuals, an extraction unit 14 that extracts a body region image of the identified body region, and a learning data generation unit 15 that generates learning data for a discrimination model that identifies individuals from the extracted body region image. The learning data generation device 210 further includes a learning data storage unit 16 that stores the generated learning data.

検出部212は、動体検知法、機械学習を利用した方法等を用いて、画像中の個体を検出する。機械学習を利用して画像中の個体を検出する方法には、機械学習を利用して物体を検出する方法及び個体の骨格を検出する方法が含まれる。特定部213は、検出した個体の体全体を含む体領域に枠囲みを付与する方法、画像セグメンテーションを利用する方法等を用いて、検出した個体の体領域を特定する。 The detection unit 212 detects individuals in an image using a moving object detection method, a method using machine learning, or the like. Methods for detecting individuals in an image using machine learning include methods for detecting objects using machine learning and methods for detecting the skeleton of an individual. The identification unit 213 identifies the body region of the detected individual using a method for adding a frame to the body region including the entire body of the detected individual, a method using image segmentation, or the like.

画像取得部11、抽出部14、及び、学習用データ生成部15は、図1に示す学習用データ生成装置10におけるこれらの部材と同一である。すなわち、学習用データ生成装置210は、学習用データ生成装置10と同様に構成されている。そのため、学習用データ生成装置210の説明として、学習用データ生成装置10の説明を援用し、その詳細な説明は省略する。 The image acquisition unit 11, extraction unit 14, and training data generation unit 15 are identical to those components in the training data generation device 10 shown in Figure 1. That is, the training data generation device 210 is configured in the same way as the training data generation device 10. Therefore, the explanation of the training data generation device 210 will be based on the explanation of the training data generation device 10, and a detailed explanation will be omitted.

学習用データ生成装置210は、識別モデルを構築するための学習用データのみならず、行動型分析部226が行動型を分析するために用いる分析モデルを構築するための学習用データを生成するために用いることもできる。 The training data generation device 210 can be used not only to generate training data for constructing a discrimination model, but also to generate training data for constructing an analysis model that the behavioral type analysis unit 226 uses to analyze behavioral types.

<学習装置100>
学習装置100は、学習用データ生成装置210が生成した学習用データを用いて、識別モデル、分析モデル等を構築する。行動型分析システム200が備える学習装置100は、図10に示す学習装置100と同一である。したがって、行動型分析システム200が備える学習装置100の説明として、図10に示す学習装置100の説明を援用し、その詳細な説明は省略する。
<Learning device 100>
The learning device 100 constructs a discriminative model, an analytical model, etc. using the training data generated by the training data generation device 210. The learning device 100 included in the behavior-based analysis system 200 is the same as the learning device 100 shown in Fig. 10. Therefore, the description of the learning device 100 shown in Fig. 10 will be used to explain the learning device 100 included in the behavior-based analysis system 200, and a detailed description thereof will be omitted.

<行動型分析処理>
図24を参照して、行動型分析装置220による行動型分析処理の一例について説明する。図24は、図23の行動型分析装置220による行動型分析処理を示すフローチャートである。
<Behavioral analysis processing>
An example of the behavior-based analysis process performed by the behavior-based analysis device 220 will be described with reference to Fig. 24. Fig. 24 is a flowchart showing the behavior-based analysis process performed by the behavior-based analysis device 220 of Fig. 23 .

まず、ステップS241において、画像取得部221は、ウシ個体を含む画像を取得する。なお、行動型分析装置220による行動型分析処理は、カメラ20から撮像画像データの入力を受け付けることにより開始してもよいし、ユーザからの行動型分析処理を開始する操作入力を受け付けることにより開始してもよい。 First, in step S241, the image acquisition unit 221 acquires an image including an individual cow. Note that the behavioral analysis process by the behavioral analysis device 220 may be initiated by accepting input of captured image data from the camera 20, or by accepting operational input from the user to start the behavioral analysis process.

次に、検出部222は、骨格検知機械学習モデルに画像データを入力し、画像データ中のウシ個体を検出する(ステップS242)。そして、識別部223は、検出されたウシ個体の画像データを識別モデルに入力し、ウシ個体の個体識別情報を取得し、ウシ個体を識別する(ステップS243)。 Next, the detection unit 222 inputs the image data into a skeleton detection machine learning model and detects individual cattle in the image data (step S242). The identification unit 223 then inputs the image data of the detected individual cattle into an identification model, obtains individual identification information for the individual cattle, and identifies the individual cattle (step S243).

位置特定部224は、識別されたウシ個体の画像データを位置特定モデルに入力し、ウシ個体の体の部位を特定する位置座標を取得する(ステップS244)。そして、情報取得部225は、特定された位置座標を連続する数フレーム分取得し、各部位間の平均距離及び各部位のフレーム間の平均変位を時系列情報として算出する(ステップS245)。 The position identification unit 224 inputs the image data of the identified bovine individual into a position identification model and obtains position coordinates that identify the body parts of the bovine individual (step S244). The information acquisition unit 225 then obtains the specified position coordinates for several consecutive frames and calculates the average distance between each part and the average displacement between frames of each part as time-series information (step S245).

行動型分析部226は、時系列情報を分析モデルに入力し、ウシ個体の行動型を分析する(ステップS246)。行動型分析部226は、分析結果を分析結果記憶部227に格納し、行動型分析処理を終了する。 The behavioral pattern analysis unit 226 inputs the time-series information into the analysis model and analyzes the behavioral patterns of the individual cows (step S246). The behavioral pattern analysis unit 226 stores the analysis results in the analysis result storage unit 227 and terminates the behavioral pattern analysis process.

このように、行動型分析装置220は、画像データから個体の体の部位の位置を特定し、当該位置の変化を追跡することで、個体の行動型を分析することができる。これにより、省力的かつ容易に行動型分析することが可能であり、また、反芻行動のような動作の把握が必要な行動型であっても検出することができる。 In this way, the behavioral analysis device 220 can analyze an individual's behavioral pattern by identifying the location of an individual's body parts from image data and tracking changes in that location. This allows for labor-saving and easy behavioral analysis, and can also detect behavioral patterns that require understanding of actions such as rumination.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

10 学習用データ生成装置、11 画像取得部、12 動体検知部、13 枠囲み部、14 抽出部、15 学習用データ生成部(生成部)、100 学習装置、101 学習用データ取得部、102 学習部、120 個体識別装置、121 画像取得部、122 識別部、140 行動分析装置、141
識別画像取得部、142 分析部、200 行動型分析システム、220 行動型分析装置、221 画像取得部、222 検出部、223 識別部、224 位置特定部、225 情報取得部、226 行動型分析部
10 Learning data generation device, 11 Image acquisition unit, 12 Moving object detection unit, 13 Framing unit, 14 Extraction unit, 15 Learning data generation unit (generation unit), 100 Learning device, 101 Learning data acquisition unit, 102 Learning unit, 120 Individual identification device, 121 Image acquisition unit, 122 Identification unit, 140 Behavioral analysis device, 141
Identification image acquisition unit, 142 Analysis unit, 200 Behavioral analysis system, 220 Behavioral analysis device, 221 Image acquisition unit, 222 Detection unit, 223 Identification unit, 224 Position identification unit, 225 Information acquisition unit, 226 Behavioral analysis unit

Claims (12)

多頭飼育されている動物個体である個体を含む画像を取得する画像取得部と、
前記画像中の前記個体を検出する検出部と、
検出した前記個体の体の部位の位置を特定する位置特定部と、
特定した前記位置の所定時間内の変化を表す時系列情報を取得する情報取得部と、
取得した前記時系列情報を参照して、前記個体の行動型を分析する行動型分析部と
を備えている、行動型分析装置。
an image acquisition unit that acquires an image including an individual animal that is a member of a group of animals ;
a detection unit that detects the individual in the image;
a position specifying unit that specifies the position of the detected body part of the individual;
an information acquisition unit that acquires time-series information representing changes in the identified position within a predetermined time;
a behavioral pattern analysis unit that analyzes the behavioral pattern of the individual by referring to the acquired time-series information.
個体を含む画像を取得する画像取得部と、
前記画像中の前記個体を検出する検出部と、
検出した前記個体の体の部位の位置を特定する位置特定部と、
特定した前記位置の所定時間内の変化を表す時系列情報を取得する情報取得部と、
取得した前記時系列情報を参照して、前記個体の行動型を分析する行動型分析部と
を備えており、
前記行動型分析部が分析する前記個体の行動型は、横臥休息、横臥反芻、立位休息、立位反芻、及び採食からなる群から選択される、行動型分析装置。
an image acquisition unit that acquires an image including an individual;
a detection unit that detects the individual in the image;
a position specifying unit that specifies the position of the detected body part of the individual;
an information acquisition unit that acquires time-series information representing changes in the identified position within a predetermined time;
a behavior pattern analysis unit that refers to the acquired time-series information and analyzes the behavior pattern of the individual;
It is equipped with
A behavioral analysis device, wherein the behavioral pattern of the individual analyzed by the behavioral analysis unit is selected from the group consisting of recumbent resting, recumbent ruminating, standing resting, standing ruminating, and feeding.
個体を含む画像を取得する画像取得部と、an image acquisition unit that acquires an image including an individual;
前記画像中の前記個体を検出する検出部と、a detection unit that detects the individual in the image;
検出した前記個体の体の部位の位置を特定する位置特定部と、a position specifying unit that specifies the position of the detected body part of the individual;
特定した前記位置の所定時間内の変化を表す時系列情報を取得する情報取得部と、an information acquisition unit that acquires time-series information representing changes in the identified position within a predetermined time;
取得した前記時系列情報を参照して、前記個体の行動型を分析する行動型分析部とa behavior pattern analysis unit that refers to the acquired time-series information and analyzes the behavior pattern of the individual;
を備えており、It is equipped with
前記位置特定部は、個体の体の一部を表す画像から当該個体の骨格を検知して姿勢を推定するように機械学習した姿勢推定モデルに、前記個体の画像データを入力データとして入力することにより出力される個体の姿勢を参照して、前記位置を特定する、行動型分析装置。The position identification unit is a behavioral analysis device that identifies the position by referring to the posture of an individual that is output by inputting image data of the individual as input data into a posture estimation model that has been machine-trained to detect the skeleton of the individual from an image representing part of the individual's body and estimate the posture.
前記位置特定部は、個体を含む画像を入力データとして、当該画像中の当該個体の体の部位の位置を特定するように機械学習した位置特定モデルに、前記画像取得部が取得した前記画像を入力データとして入力することにより出力される前記位置を特定する、請求項1から3のいずれか1項に記載の行動型分析装置。 4. The behavioral analysis device according to claim 1, wherein the position identification unit identifies the position output by inputting the image acquired by the image acquisition unit as input data into a position identification model that has been machine-trained to use an image including an individual as input data and identify the position of a body part of the individual in the image. 前記位置特定部は、前記個体の体の部位の位置の座標を取得する、請求項1からのいずれか1項に記載の行動型分析装置。 The behavioral analysis device according to claim 1 , wherein the position specifying unit acquires coordinates of a position of a body part of the individual. 前記行動型分析部は、時系列情報を入力データとして、当該時系列情報に対応した行動型を推定するように機械学習した分析モデルに、前記情報取得部が取得した前記時系列情報を入力データとして入力することにより出力される行動型を分析結果として取得する、請求項1からのいずれか1項に記載の行動型分析装置。 6. The behavioral analysis device according to claim 1, wherein the behavioral type analysis unit inputs time-series information acquired by the information acquisition unit as input data into an analysis model that has been machine-learned to estimate a behavioral type corresponding to the time-series information, and acquires, as an analysis result, a behavioral type that is output by inputting the time-series information acquired by the information acquisition unit. 前記検出部が検出した前記個体を識別する識別部、
をさらに備えている、請求項1から6のいずれか1項に記載の行動型分析装置。
an identification unit that identifies the individual detected by the detection unit;
The behavioral analysis device according to claim 1 , further comprising:
多頭飼育されている動物個体である個体を含む画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像中の前記個体を検出する検出ステップと、
検出した前記個体の体の部位の位置を特定する位置特定ステップと、
特定した前記位置の所定時間内の変化を表す時系列情報を取得する情報取得ステップと、
取得した前記時系列情報を参照して、前記個体の行動型を分析する行動型分析ステップと
を含む、行動型分析方法。
an image acquisition step of acquiring an image including an individual animal that is a multi-headed animal ;
a detecting step of detecting the individual in the image;
a location determination step of determining the location of the detected body part of the individual;
an information acquisition step of acquiring time-series information representing a change in the identified position within a predetermined time;
a behavioral pattern analysis step of analyzing the behavioral pattern of the individual by referring to the acquired time-series information.
個体を含む画像を取得する画像取得ステップと、an image acquisition step of acquiring an image including the individual;
前記画像中の前記個体を検出する検出ステップと、a detecting step of detecting the individual in the image;
検出した前記個体の体の部位の位置を特定する位置特定ステップと、a location determination step of determining the location of the detected body part of the individual;
特定した前記位置の所定時間内の変化を表す時系列情報を取得する情報取得ステップと、an information acquisition step of acquiring time-series information representing a change in the identified position within a predetermined time;
取得した前記時系列情報を参照して、前記個体の行動型を分析する行動型分析ステップとa behavioral pattern analysis step of analyzing the behavioral pattern of the individual by referring to the acquired time-series information;
を含み、Including,
前記行動型分析ステップにおいて分析する前記個体の行動型は、横臥休息、横臥反芻、立位休息、立位反芻、及び採食からなる群から選択される、行動型分析方法。A behavioral pattern analysis method, wherein the behavioral pattern of the individual analyzed in the behavioral pattern analysis step is selected from the group consisting of recumbent resting, recumbent ruminating, standing resting, standing ruminating, and feeding.
個体を含む画像を取得する画像取得ステップと、an image acquisition step of acquiring an image including the individual;
前記画像中の前記個体を検出する検出ステップと、a detecting step of detecting the individual in the image;
検出した前記個体の体の部位の位置を特定する位置特定ステップと、a location determination step of determining the location of the detected body part of the individual;
特定した前記位置の所定時間内の変化を表す時系列情報を取得する情報取得ステップと、an information acquisition step of acquiring time-series information representing a change in the identified position within a predetermined time;
取得した前記時系列情報を参照して、前記個体の行動型を分析する行動型分析ステップとa behavioral pattern analysis step of analyzing the behavioral pattern of the individual by referring to the acquired time-series information;
を含み、Including,
前記位置特定ステップにおいて、個体の体の一部を表す画像から当該個体の骨格を検知して姿勢を推定するように機械学習した姿勢推定モデルに、前記個体の画像データを入力データとして入力することにより出力される個体の姿勢を参照して、前記位置を特定する、行動型分析方法。In the position identification step, the position is identified by referring to the posture of the individual output by inputting image data of the individual as input data into a posture estimation model that has been machine-learned to detect the skeleton of the individual from an image representing a part of the individual's body and estimate the posture.
請求項1から7のいずれか1項に記載の行動型分析装置としてコンピュータを機能させるための行動型分析プログラムであって、上記画像取得部、上記検出部、上記位置特定部、上記情報取得部、および上記行動型分析部としてコンピュータを機能させるための行動型分析プログラム。 A behavioral analysis program for causing a computer to function as the behavioral analysis device described in any one of claims 1 to 7, the behavioral analysis program causing a computer to function as the image acquisition unit, the detection unit, the position identification unit, the information acquisition unit, and the behavioral analysis unit. 請求項11に記載の行動型分析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium on which the behavioral analysis program according to claim 11 is recorded.
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