JP2022025863A - Apparatus and method for detecting abnormality and program - Google Patents
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Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り ・2020年2月20日、https://ncsp.jp/registration/proc.htmlにて、異常検知装置、異常検知方法及びプログラムに関する研究について公開した。 ・2020年2月28日~3月2日、RISP International Workshop on Nonlinear Circuits,Communications and Signal Processing 2020にて、異常検知装置、異常検知方法及びプログラムに関する研究について公開した。Application for application of Article 30,
本発明は異常検知装置、異常検知方法及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to an abnormality detection device, an abnormality detection method and a program.
特許文献1は従来の異常検知装置を開示している。この異常検知装置は入力される画像データに表示されている判定対象物の異常を判定する。この異常検知装置は、正常画像データ群から抽出される特徴量から再構成画像データを生成し、生成した再構成画像データと入力した画像データとの差異情報に基づいて異常判定を行う。特徴量は、ニューラルネットワークモデルの一つであるオートエンコーダを利用して取得することができる。
しかし、一般的にオートエンコーダは入力画像と出力画像とが同じになるように学習させるため、入力される正常画像と異常画像との大部分が似ていると、オートエンコーダを利用して取得した特徴量から生成した再構成画像データと入力した画像データとの差異が出づらい。このため、一般的な学習モデルのオートエンコーダを利用した場合、特許文献1の異常検知装置は異常検知の精度が出づらい。
However, in general, the autoencoder trains the input image and the output image to be the same, so if most of the input normal image and the abnormal image are similar, it was acquired using the autoencoder. It is difficult to make a difference between the reconstructed image data generated from the feature amount and the input image data. Therefore, when an autoencoder of a general learning model is used, it is difficult for the abnormality detection device of
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、異常検知の精度が高い異常検知装置、異常検知方法及びプログラムを提供することを解決すべき課題としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and it is an object to be solved to provide an abnormality detection device, an abnormality detection method and a program having high accuracy of abnormality detection.
本発明の異常検知装置は、発生する時系列の波形が正常時と異常時とにおいて異なることを利用して異常を検知する。この異常検知装置は、変換部、機械学習部、及び判断部を備えている。変換部は波形を時間成分と周波数成分を有するグラフ化した多次元画像に変換する。機械学習部は、変換部において正常時の波形を変換して得られた変換画像の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更した画像を変換画像に戻すように学習する。判断部は、変換部において評価対象の波形を変換して得られた評価画像の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更した画像を学習済みの機械学習部に入力して出力される予測画像と、評価画像とを比較して異常を判断する。 The abnormality detection device of the present invention detects an abnormality by utilizing the fact that the generated time-series waveform is different between the normal time and the abnormal time. This abnormality detection device includes a conversion unit, a machine learning unit, and a determination unit. The conversion unit converts the waveform into a graphed multidimensional image having a time component and a frequency component. The machine learning unit learns to return an image in which at least one region of the converted image obtained by converting the waveform in the normal state to a different image is returned to the converted image in the conversion unit. The judgment unit is a prediction image that is output by inputting an image in which at least one area of the evaluation image obtained by converting the waveform to be evaluated in the conversion unit is changed to a different image into the trained machine learning unit. , Judge the abnormality by comparing with the evaluation image.
本発明の異常検知方法は、発生する時系列の波形が正常時と異常時とにおいて異なることを利用して異常を検知する。この異常検知方法は、変換工程、学習工程、及び判断工程を備えている。変換工程は波形を時間成分と周波数成分を有するグラフ化した多次元画像に変換する。学習工程は、変換工程を実行し、正常時の波形を変換して得られた変換画像の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更した画像を変換画像に戻すように機械学習部に学習させる。判断工程は、変換工程を実行し、評価対象の波形を変換して得られた評価画像の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更した画像を学習済みの機械学習部に入力して出力される予測画像と、評価画像とを比較して異常を判断する。 The abnormality detection method of the present invention detects an abnormality by utilizing the fact that the generated time-series waveform is different between the normal time and the abnormal time. This abnormality detection method includes a conversion step, a learning step, and a determination step. The conversion step converts the waveform into a graphed multidimensional image with time and frequency components. In the learning step, the conversion step is executed, and the machine learning unit is made to learn to return the image in which at least one area of the converted image obtained by converting the waveform in the normal state is changed to a different image. In the judgment step, a conversion step is executed, and an image in which at least one area of the evaluation image obtained by converting the waveform to be evaluated is changed to a different image is input to the trained machine learning unit and output. The abnormality is judged by comparing the predicted image with the evaluation image.
この異常検知装置及び異常検知方法は、変換部及び変換工程において、正常時の波形を変換して得られた変換画像の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更した画像を変換画像に戻すように機械学習部が学習する。このように、機械学習部が学習する問題を難しくさせることによって、この異常検知装置及び異常検知方法は、学習モデルの精度を向上させることができる。これによって、この異常検知装置及び異常検知方法は、判断部における予測画像と評価画像との比較において、正常時と異常値との差を明確にすることができる。このため、この異常検知装置及び異常検知方法は、判断部における評価基準を簡略化することができる。また、この異常検知装置及び異常検知方法は、異常検知の精度を高くすることができる。 In this abnormality detection device and abnormality detection method, in the conversion unit and the conversion process, at least one area of the conversion image obtained by converting the waveform at the normal time is changed to a different image, and the image is returned to the conversion image. The machine learning department learns. As described above, by making the problem learned by the machine learning unit difficult, the abnormality detection device and the abnormality detection method can improve the accuracy of the learning model. Thereby, the abnormality detection device and the abnormality detection method can clarify the difference between the normal state and the abnormal value in the comparison between the predicted image and the evaluation image in the determination unit. Therefore, this abnormality detection device and the abnormality detection method can simplify the evaluation criteria in the determination unit. Further, the abnormality detection device and the abnormality detection method can improve the accuracy of abnormality detection.
本発明の異常検知装置及び異常検知方法において、異なる画像は所定の輝度の画像であり得る。この場合、機械学習部において学習する問題を容易に難しくすることができる。 In the anomaly detection device and the anomaly detection method of the present invention, different images can be images of predetermined brightness. In this case, the problem to be learned in the machine learning unit can be easily made difficult.
本発明の異常検知装置及び異常検知方法における異なる画像の所定の輝度は、所定の輝度に変更する前の領域内の輝度の平均値であり得る。この場合、機械学習部において学習する問題を適度に難しくすることができる。 The predetermined luminance of different images in the anomaly detection device and the anomaly detection method of the present invention may be the average value of the luminance in the region before changing to the predetermined luminance. In this case, the problem to be learned in the machine learning unit can be made moderately difficult.
本発明の異常検知装置及び異常検知方法における機械学習部は、異なる画像に変更する一箇所の領域の位置、大きさ、形状、及び数のうち少なくとも一つをランダムに変更し得る。この場合、機械学習部において学習する問題の偏りをなくすことができる。 The machine learning unit in the anomaly detection device and the anomaly detection method of the present invention can randomly change at least one of the position, size, shape, and number of one region to be changed to a different image. In this case, it is possible to eliminate the bias of the problem to be learned in the machine learning unit.
本発明の異常検知装置及び異常検知方法を具体化した実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。 The first embodiment which embodies the abnormality detection device and the abnormality detection method of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施形態1>
実施形態1の異常検知装置は、図1及び図2に示すように、変換部1、機械学習部2A,2B、及び判断部3を備えている。変換部1は加速度データをスペクトログラムY1,Y2に変換する。スペクトログラムY1,Y2は、横軸方向に時間成分、縦軸方向に周波数成分を有し、色を使用して各周波数帯域のパワーを表すグラフ化した多次元画像である。機械学習部2Aが学習する段階(以下、「学習段階」という。)において、変換部1で変換されたスペクトログラムY1は変換画像に相当する。異常検知装置が異常を検知する段階(以下、「異常検知段階」という。)において、変換部1で変換されたスペクトログラムY2は評価画像に相当する。また、変換部1は加速度データをマスクしたスペクトログラムX1,X2に変換する。「マスクしたスペクトログラムX1,X2」とは、変換部1で変換されたスペクトログラム(変換画像Y1及び評価画像Y2)の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更したスペクトログラムである。つまり、「マスクをする」とはスペクトログラムY1,Y2の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更することである。「少なくとも一箇所」とは、一箇所に限らず複数箇所であっても良いことである。
<
As shown in FIGS. 1 and 2, the abnormality detection device of the first embodiment includes a
学習段階における異常検知装置は、図1に示すように、機械学習部2AがマスクしたスペクトログラムX1を元のスペクトログラムY1に戻す学習をする。機械学習部2Aに入力される「マスクしたスペクトログラム」は、正常時の加速度データを変換部1においてマスクしたスペクトログラムX1に変換したものである。機械学習部2Aに入力される「元のスペクトログラム」は、正常時の加速度データを変換部1においてスペクトログラムY1に変換したものであり、変換画像に相当する。このように、機械学習部2Aは、正常時の加速度データのマスクしたスペクトログラムX1を正常時の加速度データのスペクトログラムY1(変換画像)に戻すように学習する。この機械学習部2Aは、オートエンコーダ(以下「AE」という。)の一種であり、深い畳み込みエンコーダ/デコーダアーキテクチャを備えている。
As shown in FIG. 1, the abnormality detection device in the learning stage learns to return the spectrogram X1 masked by the
異常検知段階における異常検知装置は、図2に示すように、評価対象の加速度データを変換部1においてスペクトログラムY2に変換する。このスペクトログラムY2は評価画像に相当する。また、異常検知段階における異常検知装置は、評価対象の加速度データを変換部1において、マスクしたスペクトログラムX2に変換する。マスクしたスペクトログラムX2は評価画像Y2の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更したスペクトログラムである。異常検知装置は、マスクしたスペクトログラムX2を学習済みの機械学習部2Bに入力する。
As shown in FIG. 2, the abnormality detection device in the abnormality detection stage converts the acceleration data to be evaluated into the spectrogram Y2 in the
判断部3は、学習済みの機械学習部2Bから出力される予測画像Zと、評価画像Y2とを比較する。判断部3は、予測画像Zと評価画像Y2との差が所定の閾値よりも小さい場合、正常と判断し、大きい場合、異常と判断する。この判断を行うにあたって、ピーク信号対雑音比(以下、「PSNR」という。)によって得られた重み付きの移動分散を異常度として利用する。PSNRは予測画像Zと評価画像Y2とから計算される。重み付けされた移動分散は、PSNRを順番に並べ替えることによって計算される。重み付けのウィンドウサイズは161フレームであり、シフトは1フレームである。外れ値を除外するために各フレームの上部と下部の3%をフレームから削除する。分散はフレームのPSNRから取得される。
The
PSNRは2つの画像の同じピクセルの輝度値の差分の2乗をみる指標値である。PSNRの値が高いほど、二つの画像の類似度は高い。m×nの画像Iと画像Kにおいて、PSNRの式を式1に示し、平均二乗誤差の式を式2に示す。MAXは輝度地の最高値(ここでは255)である。
PSNR is an index value that looks at the square of the difference between the brightness values of the same pixel in two images. The higher the PSNR value, the higher the similarity between the two images. In the image I and the image K of m × n, the equation of PSNR is shown in the
このような異常検知装置を利用した異常検知方法は、正常時の加速度データを利用して機械学習部2Aを学習する(学習段階)。その後、学習済みの機械学習部2Bを利用して評価対象の加速度データの正常及び異常を判断する(異常検知段階)。
In the abnormality detection method using such an abnormality detection device, the
<学習段階>
図1に示すように、変換部1において複数の正常時の加速度データをマスクしたスペクトログラムX1とスペクトログラムY1に変換する変換工程を実行する。次に、正常時の加速度データから変換したマスクしたスペクトログラムX1を同じ正常時の加速度データから変換した評価画像であるスペクトログラムY1に戻すように機械学習部2Aに学習させる学習工程を実行する。学習工程は複数の正常時の加速度データから変換したマスクしたスペクトログラムX1及びスペクトログラムY1に対して所定のエポック数を繰り返し実行する。
<Learning stage>
As shown in FIG. 1, the
<異常検知段階>
機械学習部2Aが学習を終えた後、図2に示すように、変換部1において評価対象の加速度データをマスクしたスペクトログラムX2とスペクトログラムY2に変換する変換工程を実行する。次に、以下に示す判断工程を実行して、加速度データの正常及び異常を判断する。判断工程は、まず、評価対象の加速度データから変換したマスクしたスペクトログラムX2を学習済みの機械学習部2Bに入力する。次に、機械学習部2Bから出力される予測画像Zと評価画像であるスペクトログラムY2とを判断部3において比較して異常を判断する。
<Anomaly detection stage>
After the
上述した異常検知装置において異常検知方法を実行する各部の機能はコンピュータによって実現する。異常検知装置は、ドライブ装置、メモリ装置、CPU、及びインターフェース装置等を有する。異常検知装置における各部として機能させるプログラムは、CD-ROM等の記録媒体によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体がドライブ装置にセットされると、プログラムが記録媒体からドライブ装置を介してメモリ装置にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。CPUは、メモリ装置に格納されたプログラムに従って異常検知装置における各部の機能を実行する。インターフェース装置は、ネットワークに接続するためのインターフェースとして用いられる。異常検知装置はインターフェース装置を介して加速度データを取得する。 The functions of each part that executes the abnormality detection method in the above-mentioned abnormality detection device are realized by a computer. The abnormality detection device includes a drive device, a memory device, a CPU, an interface device, and the like. The program to function as each part in the abnormality detection device is provided by a recording medium such as a CD-ROM. When the recording medium in which the program is stored is set in the drive device, the program is installed in the memory device from the recording medium via the drive device. However, the program does not necessarily have to be installed from the recording medium, and may be downloaded from another computer via the network. The CPU executes the functions of each part in the abnormality detection device according to the program stored in the memory device. The interface device is used as an interface for connecting to a network. The anomaly detection device acquires acceleration data via the interface device.
以上説明した異常検知装置は、機械装置の振動データの異常な挙動を検出して、機械装置の故障の対策に利用することができる。この異常検知装置を利用してチェーンコンベアを備えた機械装置の異常検知を行った場合(実施例1及び実施例2)と、通常のAEの学習モデルによって学習した機械学習部2Bを利用して異常検知を行った場合(比較例1)との異常度を比較した。通常のAEの学習モデルとは、入力画像と出力画像とが同じになるように学習するモデルのことである。また、比較例1では、学習段階における機械学習部2Aに入力する画像及び異常検知段階における学習済み機械学習部2Bに入力する画像は、マスクをしていないスペクトログラムである。つまり、比較例1では、元のスペクトログラムを機械学習部2A,2Bの入力画像と出力画像の両方として使用する。以下に実施例1、実施例2及び比較例1について説明する。
The abnormality detection device described above can detect abnormal behavior of vibration data of a mechanical device and can be used as a countermeasure against a failure of the mechanical device. When anomaly detection of a mechanical device equipped with a chain conveyor is performed using this anomaly detection device (Example 1 and Example 2), the
実施例1、実施例2及び比較例1において、振動データはチェーンコンベアを備えた機械装置に取り付けられた加速度計によって収集した。加速度計によって収集した加速度データは、時系列の波形で示される。 In Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, vibration data was collected by an accelerometer attached to a mechanical device equipped with a chain conveyor. The accelerometer data collected by the accelerometer is shown as a time series waveform.
加速度データは、チェーンコンベアが故障、チェーン交換、正常に稼働した状況で収集を行った。つまり、チェーンコンベアは、データ収集中に1回故障して、応急処置をし、その後、チェーンを交換した。チェーンの交換後は、チェーンの状態が不安定になり、全長が長くなる傾向がある。このため、チェーンコンベアは、交換から少し経つとチェーンを切断して長さを調整し、その後、正常に稼働するようになった。加速度データは、図3に示すように、チェーンを切断して長さを調整した後のデータを正常とし、故障前のデータを異常とした。調整後の正常データの一部を機械学習部2Aの学習に利用した。加速度データを収集するための条件を表1に示す。正常時の加速度データを図4に示す。異常時の加速度データを図5に示す。
Acceleration data was collected when the chain conveyor failed, the chain was replaced, and it was operating normally. That is, the chain conveyor broke down once during data acquisition, took first aid, and then replaced the chain. After replacing the chain, the condition of the chain becomes unstable and the total length tends to be long. For this reason, the chain conveyor cut the chain and adjusted the length shortly after the replacement, and then started to operate normally. As for the acceleration data, as shown in FIG. 3, the data after cutting the chain and adjusting the length was regarded as normal, and the data before the failure was regarded as abnormal. A part of the adjusted normal data was used for learning of the
実施例1及び実施例2において、機械学習部2A,2Bに入力されるマスクしたスペクトログラムX1,X2は、変換部1で変換されたスペクトログラム(変換画像Y1及び評価画像Y2)の一箇所を異なる画像に変更したものである。つまり、マスクしたスペクトログラムX1,X2は、変換画像Y1及び評価画像Y2の一箇所を異なる画像によってマスクしたものである。異なる画像は、所定の輝度を有している。所定の輝度は、変更される範囲内の輝度の平均値にした。
In the first and second embodiments, the masked spectrograms X1 and X2 input to the
実施例1におけるマスクしたスペクトログラムX1,X2は、スペクトログラムY1,Y2の全体の上下幅に対して、1/32の幅を有し、時間軸に平行な水平方向にスペクトログラムY1,Y2の左右幅全体に伸びた画像によってマスクされている。マスクしたスペクトログラムX1,X2は、機械学習部2A,2Bへ入力される度に、マスクする位置を上下方向にランダムに移動させる。
The masked spectrograms X1 and X2 in the first embodiment have a width of 1/32 with respect to the total vertical width of the spectrograms Y1 and Y2, and the entire horizontal width of the spectrograms Y1 and Y2 parallel to the time axis. It is masked by the stretched image. Each time the masked spectrograms X1 and X2 are input to the
実施例2におけるマスクしたスペクトログラムX1,X2は、スペクトログラムY1,Y2の全体の上下幅に対して、1/8の幅を有し、水平方向にスペクトログラムY1,Y2の左右幅全体に伸びた画像によってマスクされている。マスクしたスペクトログラムX1,X2は、機械学習部2A,2Bへ入力される度に、マスクする位置を上下方向にランダムに移動させる。
The masked spectrograms X1 and X2 in the second embodiment have a width of 1/8 with respect to the entire vertical width of the spectrograms Y1 and Y2, and are horizontally extended by an image extending over the entire horizontal width of the spectrograms Y1 and Y2. It is masked. Each time the masked spectrograms X1 and X2 are input to the
スペクトログラムX1,X2,Y1,Y2のパラメータを表2に示し、学習パラメータを表3に示す。実施例1及び比較例1において、機械学習部2Aにおける学習のエポック数は301である。実施例2において、機械学習部2Aにおける学習のエポック数は1001である。
The parameters of the spectrograms X1, X2, Y1 and Y2 are shown in Table 2, and the learning parameters are shown in Table 3. In Example 1 and Comparative Example 1, the number of learning epochs in the
比較例、実施例1、及び実施例2において、図6~図8に示すように、故障前に閾値を超える異常度を示している。閾値は異常の90%とした。これらから、比較例1、実施例1及び実施例2において、閾値を超えた後に障害が発生すると予測できる。 In Comparative Example, Example 1, and Example 2, as shown in FIGS. 6 to 8, the degree of abnormality exceeding the threshold value is shown before the failure. The threshold was 90% of the abnormality. From these, in Comparative Example 1, Example 1 and Example 2, it can be predicted that the failure will occur after the threshold value is exceeded.
比較例1における異常度は、図6に示すように、故障前に徐々に増加している。これは、故障前にチェーンコンベアの状態が徐々に悪化したことを示している。比較例1における異常度は、故障からチェーン交換まで、正常時の異常度よりも高くなっている。これは、チェーンコンベアの状態が、大まかな修理では完全に直らないことを示している。 As shown in FIG. 6, the degree of abnormality in Comparative Example 1 gradually increases before the failure. This indicates that the condition of the chain conveyor gradually deteriorated before the failure. The degree of abnormality in Comparative Example 1 is higher than the degree of abnormality in the normal state from failure to chain replacement. This indicates that the condition of the chain conveyor cannot be completely repaired by a rough repair.
実施例1及び実施例2における異常度は、図7及び図8に示すように、チェーンを交換後とチェーンの長さを調整した後に異常度が一時的に増加している。これは、チェーンの交換後とチェーンの長さを調整した後の少しの間、チェーンがうまく噛み合わないことを示している。 As shown in FIGS. 7 and 8, the degree of abnormality in Examples 1 and 2 temporarily increases after the chain is replaced and after the length of the chain is adjusted. This indicates that the chain does not mesh well for a short time after replacing the chain and after adjusting the length of the chain.
実施例1と実施例2の異常度のグラフを比較すると、実施例2の方が故障前の異常度が高くなっている。これによって、実施例1に比べて実施例2の方が、不明な原因による異常度の増加が相対的に小さく現れている。これは、マスク幅が大きいほど、故障前の異常度が大きくなり、未知のエラーによる値の変化が小さくなったと考えられる。また、スペクトログラムにマスクをすると、スペクトログラムの再構築が困難になり、小さな異変よりも大きな異変による影響を受けやすくなると考えられる。 Comparing the graphs of the degree of abnormality of Example 1 and Example 2, the degree of abnormality before failure is higher in Example 2. As a result, the increase in the degree of abnormality due to an unknown cause appears to be relatively small in Example 2 as compared with Example 1. It is considered that the larger the mask width, the larger the degree of abnormality before the failure, and the smaller the change in the value due to the unknown error. It is also believed that masking the spectrogram makes it difficult to reconstruct the spectrogram and makes it more susceptible to major incidents than minor ones.
実施例1及び実施例2の異常検知装置は、発生する時系列の波形が正常時と異常時とにおいて異なることを利用して異常を検知する。この異常検知装置は、変換部1、機械学習部2A,2B、及び判断部3を備えている。変換部1は波形を時間成分と周波数成分を有するスペクトログラムX1,X2,Y1,Y2に変換する。機械学習部2Aは、変換部1において正常時の波形を変換して得られたスペクトログラムY1(変換画像)の一箇所の領域である水平方向に左右幅全体に伸びた領域をその領域内の輝度の平均値の輝度の画像に変更したマスクしたスペクトログラムX1を元のスペクトログラムY1(変換画像)に戻すように学習する。判断部3は、変換部1において評価対象の波形を変換して得られたスペクトログラムY2(評価画像)の一箇所の領域である水平方向に左右幅全体に伸びた領域をその領域内の輝度の平均値の輝度の画像に変更したマスクしたスペクトログラムX2を学習済みの機械学習部2Bに入力して出力される予測画像Zと、元のスペクトログラムY2(評価画像)とを比較して異常を判断する。
The abnormality detection device of the first embodiment and the second embodiment detects an abnormality by utilizing the fact that the waveform of the time series generated is different between the normal time and the abnormal time. This abnormality detection device includes a
実施例1及び実施例2の異常検知方法は、発生する時系列の波形が正常時と異常時とにおいて異なることを利用して異常を検知する。この異常検知方法は、変換工程、学習工程、及び判断工程を備えている。変換工程は波形を時間成分と周波数成分を有するスペクトログラムX1,X2,Y1,Y2に変換する。学習工程は、変換工程を実行し、正常時の波形を変換して得られたスペクトログラムY1(変換画像)の一箇所の領域である水平方向に左右幅全体に伸びた領域をその領域内の輝度の平均値の輝度の画像に変更したマスクしたスペクトログラムX1を元のスペクトログラムY1(変換画像)に戻すように機械学習部2Aに学習させる。判断工程は、変換工程を実行し、評価対象の波形を変換して得られたスペクトログラムY1(評価画像)の一箇所の領域である水平方向に左右幅全体に伸びた領域をその領域内の輝度の平均値の輝度の画像に変更したマスクしたスペクトログラムX2を学習済みの機械学習部2Bに入力して出力される予測画像Zと、元のスペクトログラムY2(評価画像)とを比較して異常を判断する。
The abnormality detection method of the first embodiment and the second embodiment detects an abnormality by utilizing the fact that the generated time-series waveforms are different between the normal time and the abnormal time. This abnormality detection method includes a conversion step, a learning step, and a determination step. The conversion step converts the waveform into spectrograms X1, X2, Y1, Y2 having a time component and a frequency component. In the learning process, the conversion step is executed, and the region extending horizontally over the entire left-right width, which is one region of the spectrogram Y1 (converted image) obtained by converting the waveform at the normal time, is the brightness in the region. The
この異常検知装置及び異常検知方法は、変換部1及び変換工程において、マスクしたスペクトログラムX1を元のスペクトログラムY1(変換画像)に戻すように機械学習部2Aが学習する。このように、この異常検知装置及び異常検知方法は、機械学習部2Aが学習する問題を難しくさせることによって、学習モデルの精度を向上させることができる。これによって、この異常検知装置及び異常検知方法は、判断部3における予測画像Zと評価画像Y2との比較において、正常時と異常値との差を明確にすることができる。このため、この異常検知装置及び異常検知方法は、判断部3及び判断工程における評価基準を簡略化することができる。このように、この異常検知装置及び異常検知方法は、異常検知の精度を高くすることができる。
The abnormality detection device and the abnormality detection method are learned by the
実施例1及び実施例2の異常検知装置及び異常検知方法において、異なる画像は、変更前の領域内の輝度の平均値である輝度を有する画像である。この場合、機械学習部2Aにおいて学習する問題を適度に難しくすることができる。
In the anomaly detection device and the anomaly detection method of the first and second embodiments, the different images are images having a luminance which is an average value of the luminance in the region before the change. In this case, the problem to be learned in the
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態1に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)実施例1及び実施例2では、変更する前の領域の輝度の平均値である輝度を有した画像によってマスクしたが、マスクする画像は任意の輝度を有した画像でもよく、変更する前の領域の画像と異なる画像であればよい。
(2)実施例1及び実施例2では、変換画像及び評価画像の一箇所の領域を異なる画像に変更したが、複数箇所の領域を異なる画像に変更してもよい。
(3)実施例1及び実施例2では、変換画像及び評価画像の時間軸に平行な水平方向に伸びた領域をマスクしたが、周波数軸に平行な縦方向に伸びた領域をマスクしてもよい。
(4)実施例1及び実施例2では、機械学習部が学習段階において、マスクする領域の大きさは一定であったが、学習段階に応じてマスクする領域の大きさを変化させてもよい。この場合、学習段階の序盤はマスクする領域の大きさを小さくして簡単な問題とし、学習段階が進むにつれて、マスクする領域の大きさを大きくすることによって元の画像に戻すことが難しい問題にして学習させてもよい。
(5)実施例1及び実施例2では、異常検知装置をチェーンコンベアを備えた機械装置の異常の検知に利用したが、この異常検知装置は、発生する時系列の波形が正常時と異常時とにおいて異なるものであれば、チェーンコンベアを備えた機械装置に限らず異常を検知することができる。
The present invention is not limited to the first embodiment described by the above description and the drawings, and for example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1) In Examples 1 and 2, the image is masked with an image having brightness which is the average value of the brightness of the region before the change, but the image to be masked may be an image having arbitrary brightness and is changed. The image may be different from the image in the previous area.
(2) In Examples 1 and 2, one area of the converted image and the evaluation image is changed to a different image, but a plurality of areas may be changed to different images.
(3) In Examples 1 and 2, the region extending in the horizontal direction parallel to the time axis of the converted image and the evaluation image is masked, but the region extending in the vertical direction parallel to the frequency axis may be masked. good.
(4) In Examples 1 and 2, the size of the area to be masked by the machine learning unit was constant in the learning stage, but the size of the area to be masked may be changed according to the learning stage. .. In this case, the size of the masked area is reduced in the early stage of the learning stage to make it a simple problem, and as the learning stage progresses, the size of the masked area is increased to make it difficult to return to the original image. You may let them learn.
(5) In Examples 1 and 2, the abnormality detection device was used to detect an abnormality in a mechanical device equipped with a chain conveyor. In this abnormality detection device, when the generated time-series waveforms are normal and abnormal. If it is different from the above, it is possible to detect an abnormality not only in a mechanical device equipped with a chain conveyor.
1…変換部、2A,2B…機械学習部、3…判断部、X1,X2…マスクしたスペクトログラム、Y1…スペクトログラム(変換画像)、Y2…スペクトログラム(評価画像)、Z…予測画像 1 ... Conversion unit, 2A, 2B ... Machine learning unit, 3 ... Judgment unit, X1, X2 ... Masked spectrogram, Y1 ... Spectrogram (converted image), Y2 ... Spectrogram (evaluation image), Z ... Predicted image
Claims (6)
前記波形を時間成分及び周波数成分を有するグラフ化した多次元画像に変換する変換部と、
前記変換部において正常時の前記波形を変換して得られた変換画像の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更した画像を前記変換画像に戻すように学習する機械学習部と、
前記変換部において評価対象の前記波形を変換して得られた評価画像の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更した画像を学習済みの前記機械学習部に入力して出力される予測画像と、前記評価画像とを比較して異常を判断する判断部と、
を備えている異常検知装置。 It is an anomaly detection device that detects anomalies by utilizing the fact that the time-series waveforms that occur are different between normal and abnormal times.
A conversion unit that converts the waveform into a graphed multidimensional image having a time component and a frequency component,
A machine learning unit that learns to return an image in which at least one region of the converted image obtained by converting the waveform in the normal state to a different image in the conversion unit is returned to the converted image.
A predicted image output by inputting an image in which at least one region of the evaluation image obtained by converting the waveform to be evaluated in the conversion unit to a different image is input to the trained machine learning unit. A judgment unit that judges an abnormality by comparing with the evaluation image,
Anomaly detection device equipped with.
前記波形を時間成分と周波数成分を有するグラフ化した多次元画像に変換する変換工程と、
前記変換工程を実行し、正常時の前記波形を変換して得られた変換画像の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更した画像を前記変換画像に戻すように機械学習部に学習させる学習工程と、
前記変換工程を実行し、評価対象の前記波形を変換して得られた評価画像の少なくとも一箇所の領域を異なる画像に変更した画像を学習済みの前記機械学習部に入力して出力される予測画像と、前記評価画像とを比較して異常を判断する判断工程と、
を備えている異常検知方法。 It is an anomaly detection method that detects anomalies by utilizing the fact that the time-series waveforms that occur are different between normal and abnormal times.
A conversion step of converting the waveform into a graphed multidimensional image having a time component and a frequency component, and
A learning step of executing the conversion step and causing a machine learning unit to learn an image in which at least one region of the converted image obtained by converting the waveform in a normal state is changed to a different image and returned to the converted image. When,
Prediction that the conversion step is executed and an image in which at least one region of the evaluation image obtained by converting the waveform to be evaluated is changed to a different image is input to the trained machine learning unit and output. A judgment step of comparing an image with the evaluation image to determine an abnormality, and
Anomaly detection method equipped with.
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