JP6063756B2 - Teacher data creation support device, teacher data creation device, image classification device, teacher data creation support method, teacher data creation method, and image classification method - Google Patents
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Description
本発明は、画像を分類する分類器の学習に使用される教師データの作成を支援する技術、当該技術を利用して教師データを作成する技術、および、画像を分類する技術に関する。 The present invention relates to a technique for supporting creation of teacher data used for learning of a classifier that classifies images, a technique for creating teacher data using the technique, and a technique for classifying images.
半導体基板、ガラス基板、プリント配線基板等の製造では、異物や傷、エッチング不良等の欠陥を検査するために光学顕微鏡や走査電子顕微鏡等を用いて外観検査が行われる。また、このような検査工程において検出された欠陥に対して、詳細な解析を行うことによりその欠陥の発生原因を特定し、欠陥に対する対策が施される。近年では、基板上のパターンの複雑化および微細化に伴い、検出される欠陥の種類および数量が増加する傾向にあり、検査工程で検出された欠陥を自動的に分類する自動分類も用いられる。自動分類により欠陥の解析を迅速かつ効率的に行うことが実現される。自動分類では、ニューラルネットワークや決定木、判別分析等を利用した分類器が用いられる。分類器に自動分類を行わせるには、欠陥画像およびそのカテゴリ(すなわち、欠陥画像の種類)を示す信号を含む教師データを用意して分類器を学習させる必要がある(分類器の生成について、例えば特許文献1参照)。典型的には、各欠陥画像のカテゴリを操作者が決定することにより、教師データが作成される。 In the manufacture of semiconductor substrates, glass substrates, printed wiring boards, and the like, appearance inspection is performed using an optical microscope, a scanning electron microscope, or the like in order to inspect defects such as foreign matters, scratches, and etching defects. In addition, the cause of the defect is specified by performing detailed analysis on the defect detected in such an inspection process, and countermeasures against the defect are taken. In recent years, as the pattern on the substrate becomes more complex and finer, the types and quantities of detected defects tend to increase, and automatic classification that automatically classifies defects detected in the inspection process is also used. Automatic classification enables defect analysis to be performed quickly and efficiently. In automatic classification, a classifier using a neural network, a decision tree, discriminant analysis, or the like is used. In order for the classifier to perform automatic classification, it is necessary to prepare the teacher data including a signal indicating the defect image and its category (that is, the type of the defect image) and to learn the classifier ( For example, see Patent Document 1). Typically, teacher data is created by the operator determining the category of each defect image.
教師データにおいて、例えば、間違ったカテゴリが付与された欠陥画像が含まれる場合には、当該欠陥画像を間違ったカテゴリに分類するように分類器が生成されるため、分類性能が低下する虞がある。そこで、教師データに対して交差検定を行い、当該教師データにより生成される分類器の性能を予測することにより、教師データの教示の妥当性を評価することが行われる。例えば、特許文献2では、予め分類された複数の欠陥(欠陥画像)を分割したNのグループのうち、1つのグループを分類グループ、残りのN−1のグループを教示グループとして選択し、教示グループに属する欠陥より分類基準を設定し、分類グループに属する欠陥を、設定した分類基準により分類する処理が行われる。上記処理は、分類グループを他のグループに変更しつつN回行われ、全欠陥の分類結果が得られる(いわゆる、K−分割交差検定が行われる。)。これにより、当該複数の欠陥を用いた場合の分類正解率が得られる。
If the teacher data includes, for example, a defect image to which the wrong category is assigned, the classifier is generated so as to classify the defect image into the wrong category, which may reduce the classification performance. . Therefore, cross-validation is performed on the teacher data, and the validity of the teaching of the teacher data is evaluated by predicting the performance of the classifier generated from the teacher data. For example, in
ところで、特許文献2の手法(K−分割交差検定)では、N個のグループに分割する際における欠陥画像の種類の偏りを避けるため、各グループがある程度の個数の欠陥画像を含む必要がある。しかしながら、母集団となる欠陥画像の個数が少ない場合には、グループ数Nが制限されてしまい、分類性能(教師データの教示の妥当性)を精度よく予測することができなくなる。また、高性能な分類器を生成するには、教師データの検定において誤ったカテゴリに分類された欠陥画像の取り扱いが重要となる。したがって、上記内容を考慮しつつ教師データを容易にかつ適切に作成する新規な手法が求められる。 By the way, according to the method of Patent Document 2 (K-division cross-validation), each group needs to include a certain number of defect images in order to avoid a bias in the types of defect images when dividing into N groups. However, when the number of defect images serving as a population is small, the number of groups N is limited, and the classification performance (the validity of teaching of teaching data) cannot be accurately predicted. In addition, in order to generate a high-performance classifier, it is important to handle a defect image classified into an incorrect category in the examination of teacher data. Therefore, there is a need for a new technique for easily and appropriately creating teacher data while taking the above contents into consideration.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、教師データを容易にかつ適切に作成することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to easily and appropriately create teacher data.
請求項1に記載の発明は、画像を分類する分類器の学習に使用される教師データの作成を支援する教師データ作成支援装置であって、それぞれが複数の初期カテゴリのいずれかに割り振られた複数の画像、および、前記複数の画像の初期カテゴリを示す初期データを記憶する記憶部と、前記複数の画像のうちの所定割合の画像をテスト画像群として選択し、残りの画像を用いて学習を行うことにより生成されるテスト分類器により前記テスト画像群に含まれる各画像の分類カテゴリを取得する処理を選択分類処理として、前記テスト画像群に含まれる画像を変更しつつ、前記選択分類処理を複数回繰り返すテスト分類部と、一の初期カテゴリおよび一の分類カテゴリの組合せの選択の入力を受け付ける入力部と、前記一の初期カテゴリに割り振られ、かつ、前記テスト分類部において前記一の分類カテゴリに1回以上分類された少なくとも1つの画像を表示部に表示する表示制御部とを備え、前記表示制御部が、前記少なくとも1つの画像のそれぞれに対して、初期カテゴリと前記選択分類処理による分類カテゴリとが相違する誤分類の頻度を前記表示部に表示可能である。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の教師データ作成支援装置であって、前記表示制御部が、前記少なくとも1つの画像のそれぞれに対して、複数の分類カテゴリのそれぞれの頻度を前記表示部に表示可能である。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の教師データ作成支援装置であって、前記複数の画像において同一の初期カテゴリに割り振られた画像の集合を画像集合として、前記テスト分類部において、前記複数の初期カテゴリに対する複数の画像集合のそれぞれから前記所定割合の画像が選択されることにより、前記テスト画像群が構成される。 A third aspect of the present invention is the teacher data creation support apparatus according to the first or second aspect , wherein the set of images assigned to the same initial category in the plurality of images is used as the image set, and the test classification is performed. The test image group is configured by selecting the predetermined ratio of images from each of a plurality of image sets for the plurality of initial categories.
請求項4に記載の発明は、画像を分類する分類器の学習に使用される教師データを作成する教師データ作成装置であって、請求項1ないし3のいずれかに記載の教師データ作成支援装置と、操作者の入力に従って前記初期データを修正する初期データ修正部とを備える。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、画像を分類する画像分類装置であって、請求項4に記載の教師データ作成装置と、前記教師データ作成装置により作成された教師データを用いて学習が行われるとともに、画像を分類する分類器とを備える。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、画像を分類する分類器の学習に使用される教師データの作成を支援する教師データ作成支援方法であって、a)それぞれが複数の初期カテゴリのいずれかに割り振られた複数の画像、および、前記複数の画像の初期カテゴリを示す初期データを準備する工程と、b)前記複数の画像のうちの所定割合の画像をテスト画像群として選択し、残りの画像を用いて学習を行うことにより生成されるテスト分類器により前記テスト画像群に含まれる各画像の分類カテゴリを取得する処理を選択分類処理として、前記テスト画像群に含まれる画像を変更しつつ、前記選択分類処理を複数回繰り返す工程と、c)一の初期カテゴリおよび一の分類カテゴリの組合せの選択の入力を受け付ける工程と、d)前記一の初期カテゴリに割り振られ、かつ、前記b)工程において前記一の分類カテゴリに1回以上分類された少なくとも1つの画像を表示部に表示する工程とを備え、前記d)工程において、前記少なくとも1つの画像のそれぞれに対して、初期カテゴリと前記選択分類処理による分類カテゴリとが相違する誤分類の頻度が前記表示部に表示可能である。 The invention according to claim 6 is a teacher data creation support method for supporting creation of teacher data used for learning of a classifier that classifies images, and a) each of which is assigned to one of a plurality of initial categories. Preparing a plurality of images and initial data indicating an initial category of the plurality of images; b) selecting a predetermined percentage of the plurality of images as a test image group, and selecting the remaining images The process of acquiring the classification category of each image included in the test image group by the test classifier generated by performing learning using as a selection classification process, while changing the image included in the test image group, the selection sorting process comprising the steps of repeating multiple times, a step of accepting input of selection of the combination of the initial category and a class categories of c) one, d) on the one of the initial category Ri is swung, and the b) and a step of displaying at least one image is classified at least once to the classification categories of the one on the display unit in step, in the step d), of the at least one image for each frequency of misclassification of the classification categories according to the selected sorting process and the initial category is differences Ru displayable der on the display unit.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の教師データ作成支援方法であって、前記d)工程において、前記少なくとも1つの画像のそれぞれに対して、複数の分類カテゴリのそれぞれの頻度が前記表示部に表示可能である。 The invention according to claim 7 is the teacher data creation support method according to claim 6 , wherein, in the step d), the frequency of each of the plurality of classification categories is set for each of the at least one image. It can be displayed on the display unit.
請求項8に記載の発明は、請求項6または7に記載の教師データ作成支援方法であって、前記複数の画像において同一の初期カテゴリに割り振られた画像の集合を画像集合として、前記b)工程において、前記複数の初期カテゴリに対する複数の画像集合のそれぞれから前記所定割合の画像が選択されることにより、前記テスト画像群が構成される。
The invention according to
請求項9に記載の発明は、画像を分類する分類器の学習に使用される教師データを作成する教師データ作成方法であって、請求項6ないし8のいずれかに記載の教師データ作成支援方法と、前記初期データを修正する工程とを備える。 The invention according to claim 9 is a teacher data creation method for creating teacher data used for learning of a classifier that classifies images, and the teacher data creation support method according to any one of claims 6 to 8 And a step of correcting the initial data.
請求項10に記載の発明は、画像を分類する画像分類方法であって、請求項9に記載の教師データ作成方法により作成された教師データを用いて分類器を学習させる工程と、前記分類器により画像を分類する工程とを備える。 The invention according to claim 10 is an image classification method for classifying images, the step of learning a classifier using the teacher data created by the teacher data creation method according to claim 9 , and the classifier And a step of classifying the images.
本発明によれば、初期データにおける分類性能を精度よく予測することができる。また、一の初期カテゴリおよび一の分類カテゴリの組合せに係る画像を表示することにより、当該画像の初期カテゴリの適否や教師画像としての適格性等を容易に判断することができる。その結果、教師データを容易にかつ適切に作成することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately predict the classification performance in the initial data. In addition, by displaying an image related to a combination of one initial category and one classification category, it is possible to easily determine the suitability of the initial category of the image, eligibility as a teacher image, and the like. As a result, teacher data can be created easily and appropriately.
図1は本発明の一の実施の形態に係る画像分類装置1の概略構成を示す図である。画像分類装置1では、半導体基板9(以下、単に「基板9」という。)上の欠陥を示す欠陥画像が取得され、当該欠陥画像の分類が行われる。画像分類装置1は基板9上の検査対象領域を撮像する撮像装置2、撮像装置2からの画像データに基づいて欠陥検査を行って欠陥が検出された場合に欠陥が属すべきカテゴリへと欠陥を自動分類する検査・分類装置4、並びに、画像分類装置1の全体動作を制御するとともに検査・分類装置4における欠陥の分類に利用される分類器421を生成するホストコンピュータ5を有する。基板9上に存在する欠陥の種類(カテゴリ)は、例えば、欠損、突起、断線、ショート、異物である。また、撮像装置2は基板9の製造ラインに組み込まれ、画像分類装置1はいわゆるインライン型のシステムとなっている。画像分類装置1は、欠陥検査装置に自動欠陥分類の機能を付加した装置と捉えることもできる。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an
撮像装置2は、基板9上の検査対象領域を撮像して画像データを取得する撮像部21、基板9を保持するステージ22、および、撮像部21に対してステージ22を相対的に移動するステージ駆動部23を有する。撮像部21は、照明光を出射する照明部211、基板9に照明光を導くとともに基板9からの光が入射する光学系212、および、光学系212により結像された基板9の像を電気信号に変換する撮像デバイス213を有する。ステージ駆動部23はボールねじ、ガイドレール、モータ等により構成され、ホストコンピュータ5がステージ駆動部23および撮像部21を制御することにより、基板9上の検査対象領域が撮像される。
The
検査・分類装置4は、検査対象領域の画像データを処理しつつ欠陥を検出する欠陥検出部41、および、欠陥画像を分類する自動欠陥分類部42を有する。欠陥検出部41は検査対象領域の画像データを高速に処理する専用の電気的回路を有し、撮像された画像と欠陥が存在しない参照画像との比較や画像処理により検査対象領域の欠陥検査を行う。自動欠陥分類部42は各種演算処理を行うCPUや各種情報を記憶するメモリ等により構成され、ニューラルネットワーク、決定木、判別分析等を利用する分類器421を用いて欠陥の分類(すなわち、欠陥画像の分類)を実行する。
The inspection /
図2は画像分類装置1による欠陥画像の分類の流れを示す図である。まず、図1に示す撮像装置2が基板9を撮像することにより検査・分類装置4の欠陥検出部41が画像データを取得する(ステップS11)。次に、欠陥検出部41が検査対象領域の欠陥検査を行い、欠陥が検出されると(ステップS12)、欠陥部分の画像(すなわち、欠陥画像)のデータが自動欠陥分類部42へと送信される。自動欠陥分類部42は欠陥画像の複数種類の特徴量の値を算出し(ステップS13)、欠陥画像の特徴量の値が自動欠陥分類部42の分類器421に入力されて分類結果が出力される。すなわち、分類器421により欠陥画像が複数のカテゴリのいずれかに分類される(ステップS14)。画像分類装置1では、欠陥検出部41にて欠陥が検出される毎に特徴量の値の算出がリアルタイムにて行われ、多数の欠陥画像の自動分類が高速に行われる。
FIG. 2 is a diagram showing a flow of defect image classification by the
次に、ホストコンピュータ5による分類器の学習について説明する。図3はホストコンピュータ5の構成を示す図である。ホストコンピュータ5は各種演算処理を行うCPU51、基本プログラムを記憶するROM52および各種情報を記憶するRAM53をバスラインに接続した一般的なコンピュータシステムの構成となっている。バスラインにはさらに、情報記憶を行う固定ディスク54、画像等の各種情報の表示を行う表示部であるディスプレイ55、操作者からの入力を受け付けるキーボード56aおよびマウス56b(以下、「入力部56」と総称する。)、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体8から情報の読み取りを行う読取装置57、並びに、画像分類装置1の他の構成との間で信号を送受信する通信部58が、適宜、インターフェイス(I/F)を介する等して接続される。
Next, classifier learning by the
ホストコンピュータ5には、事前に読取装置57を介して記録媒体8からプログラム80が読み出されて固定ディスク54に記憶され、さらに、プログラム80はRAM53にコピーされるとともにCPU51によりRAM53内のプログラムに従って演算処理が実行される。
In the
図4はホストコンピュータ5のCPU51、ROM52、RAM53、固定ディスク54等により実現される、分類器を学習させるための機能構成を示すブロック図であり、検査・分類装置4も示している。ホストコンピュータ5は分類器の学習に使用される教師データを作成する教師データ作成部61、および、教師データを用いて分類器を学習させる学習部62を有する。
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration for learning the classifier realized by the
教師データは、欠陥画像である教師画像のデータ、教師画像の特徴量の値、および、欠陥のカテゴリを示す情報である教示信号を含み、教師画像の特徴量として、例えば、欠陥の面積、明度平均、周囲長、扁平度、欠陥を楕円に近似した場合の長軸の傾き等が採用される。学習部62では、教師データから読み出された教師画像の特徴量の値がホストコンピュータ5内の分類器(図示省略)に入力され、分類器の出力が欠陥のカテゴリを示す教示信号と同じとなるように学習が行われ、学習結果、すなわち、学習後の分類器421(正確には、分類器421の構造や変数の値を示す情報)が自動欠陥分類部42へと転送される。
The teacher data includes teacher image data that is a defect image, a feature value of the teacher image, and a teaching signal that is information indicating the category of the defect. Examples of the feature amount of the teacher image include, for example, the defect area and brightness. The average, circumference, flatness, inclination of the major axis when the defect is approximated to an ellipse, and the like are employed. In the
図5はホストコンピュータ5の教師データ作成部61の機能構成を示すブロック図であり、学習部62も示している。教師データ作成部61は、データ演算部610、ディスプレイ55および入力部56を有する。データ演算部610は、テスト分類部611、表示制御部612、記憶部613、初期データ修正部614および特徴量算出部615を有する。データ演算部610の処理の詳細については後述する。なお、データ演算部610および学習部62の機能は専用の電気回路により構築されてもよく、部分的に専用の電気回路が利用されてもよい。
FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of the teacher
図6および図7は、教師データを作成して分類器を学習させる処理の流れを示す図である。教師データ作成部61では、まず、教師データ作成用の欠陥画像である多数の教師画像(例えば、数千個の教師画像)のデータが図5に示す記憶部613に記憶されて準備される(ステップS21)。なお、教師画像は図1に示す撮像装置2および欠陥検出部41を利用して取得されてもよいし、別途用意されてもよい。
6 and 7 are diagrams showing a flow of processing for creating teacher data and learning a classifier. In the teacher
特徴量算出部615では、全ての教師画像の複数種類の(例えば、100〜200種類の)特徴量が算出される(ステップS22)。算出された特徴量は記憶部613に記憶される。また、ディスプレイ55では、各教師画像が表示されるとともに当該教師画像のカテゴリの入力を促す表示が行われ、入力部56において操作者によるカテゴリの入力が受け付けられる(ステップS23)。以下の説明では、ステップS23の処理において各教師画像に対して操作者により入力(教示)されたカテゴリを「初期カテゴリ」という。なお、各教師画像の初期カテゴリは、所定のアルゴリズムにより、複数種類の特徴量を利用して自動的に決定されてもよい。
The feature
このようにして、それぞれが複数の初期カテゴリのいずれかに割り振られた複数の教師画像、および、当該複数の教師画像の初期カテゴリを示す初期データ710が準備されて記憶部613にて記憶される。本実施の形態では、各教師画像における複数種類の特徴量も初期データ710に含まれる。また、複数種類のカテゴリのそれぞれに対して番号が割り当てられており、各教師画像に対する初期カテゴリの決定により、当該教師画像に関連付けられたカテゴリ変数の値が初期カテゴリの番号に変更される。
In this way, a plurality of teacher images each assigned to one of a plurality of initial categories and
初期データ710が準備されると、テスト分類部611では、初期データ710に含まれる複数の教師画像のうちの所定割合(例えば、30%であり、以下、「テスト画像割合」という。)の画像がテスト画像群として選択される(ステップS24)。このとき、当該複数の教師画像において同一の初期カテゴリに割り振られた画像の集合を画像集合として、複数の初期カテゴリに対する複数の画像集合のそれぞれから上記テスト画像割合の画像がランダムに選択されることにより、テスト画像群が構成される。テスト画像割合は、例えば、1/3以下である。
When the
複数の教師画像のうちの残りの画像は訓練画像群とされ、テスト分類部611では、訓練画像群の複数種類の特徴量を用いて学習を行うことによりテスト分類器が生成される(ステップS25)。テスト分類器の生成は、学習部62における後述の分類器421の生成と同様であり、訓練画像群の各教師画像に対するテスト分類器の出力が、当該教師画像の初期カテゴリと同じとなるように学習が行われ、テスト分類器が生成される。なお、テスト分類器の生成は学習部62にて行われてもよく、この場合に、学習部62がテスト分類部611の一部として捉えられてもよい。
The remaining images of the plurality of teacher images are set as a training image group, and the
続いて、テスト分類器によりテスト画像群に含まれる各教師画像がいずれかのカテゴリに分類される(ステップS26)。すなわち、テスト分類器により分類されたカテゴリを分類カテゴリとして、テスト画像群に含まれる複数の教師画像の分類カテゴリが取得される。テスト画像群の各教師画像に対する分類カテゴリは、記憶部613にて記憶される。また、訓練画像群の各教師画像に対して、未分類(または訓練画像群)を示すカテゴリが割り当てられる。
Subsequently, each teacher image included in the test image group is classified into any category by the test classifier (step S26). That is, a classification category of a plurality of teacher images included in the test image group is acquired with the category classified by the test classifier as a classification category. The classification category for each teacher image in the test image group is stored in the
上記ステップS24〜S26におけるテスト画像群の選択(ランダムな選択)、テスト分類器の生成、および、テスト画像群の分類は、操作者により予め指定された回数(例えば、100回)だけ繰り返される(ステップS27)。このとき、テスト画像群の分類を行う毎に、各教師画像に対する分類カテゴリが記憶される。 The selection of the test image group (random selection), the generation of the test classifier, and the classification of the test image group in steps S24 to S26 are repeated a number of times (for example, 100 times) designated in advance by the operator (for example, 100 times). Step S27). At this time, every time the test image group is classified, the classification category for each teacher image is stored.
以上のように、テスト分類部611では、複数の教師画像からテスト画像群を選択し、残りの教師画像を用いて生成されるテスト分類器により当該テスト画像群の分類カテゴリを取得する処理を選択分類処理として、テスト画像群に含まれる画像を変更しつつ、選択分類処理が多数回繰り返される。選択分類処理の繰り返し回数は、好ましくは、1つの教師画像の平均分類回数が2以上(より好ましくは、10以上、さらに好ましくは、30以上)となる回数である。
As described above, the
選択分類処理の指定回数の繰り返しが終了すると(ステップS27)、表示制御部612により、分類結果を示す表1の混同行列(分類表や混同対照表とも呼ばれる。)がディスプレイ55に表示される(ステップS28)。
When the repetition of the designated number of times of the selected classification process is completed (step S27), the
表1では、3種類の初期カテゴリを「初期カテゴリA」、「初期カテゴリB」、「初期カテゴリC」として行見出しに記し、3種類の分類カテゴリを「分類カテゴリA」、「分類カテゴリB」、「分類カテゴリC」として列見出しに記している。表1では、例えば、初期カテゴリAとして操作者により教示された教師画像のうち、上記多数回の選択分類処理においてテスト分類器により分類カテゴリAとして分類された教師画像の延べ数が、45359個であることを示している。なお、見出しに「Sum」と記す行は、各分類カテゴリに分類された教師画像の延べ数を示し、見出しに「Purity」と記す行は、各分類カテゴリに分類された教師画像の延べ数のうち、初期カテゴリが当該分類カテゴリと一致する教師画像の延べ数の比率を示す(見出しに「Sum」と記す列、および、「Accuracy」と記す列において同様)。また、「Purity」の行と「Accuracy」の列とが交差するセルは、分類が行われた教師画像の延べ数のうち、初期カテゴリと分類カテゴリとが一致した教師画像の延べ数の比率(すなわち、正答率であり、初期データにおける分類性能である。)を示す。 In Table 1, three types of initial categories are described in the row header as “initial category A”, “initial category B”, and “initial category C”, and the three types of classification categories are “classification category A” and “classification category B”. , “Category category C” is written in the column heading. In Table 1, for example, among the teacher images taught by the operator as the initial category A, the total number of teacher images classified as the classification category A by the test classifier in the above-described many selection classification processes is 45359. It is shown that. The row marked “Sum” in the heading indicates the total number of teacher images classified into each classification category, and the row marked “Purity” in the heading represents the total number of teacher images classified in each classification category. The ratio of the total number of teacher images whose initial category matches the classification category is indicated (the same applies to the column labeled “Sum” and the column labeled “Accuracy”). Further, the cell where the “Purity” row and the “Accuracy” column intersect is the ratio of the total number of teacher images in which the initial category and the classification category match among the total number of classified teacher images (that is, This is the correct answer rate and the classification performance in the initial data.
続いて、入力部56において、一の初期カテゴリおよび一の分類カテゴリの組合せの選択の入力が受け付けられる(図7:ステップS29)。当該組合せの選択の入力は、例えば、ディスプレイ55に表示された混同行列において、一の初期カテゴリの行と、一の分類カテゴリの列とが交差するセルを選択することにより行われる。以下の説明では、選択された組合せにおける初期カテゴリおよび分類カテゴリを、それぞれ「選択初期カテゴリ」および「選択分類カテゴリ」という。
Subsequently, the
選択初期カテゴリおよび選択分類カテゴリの入力が受け付けられると、選択初期カテゴリに割り振られ、かつ、上記多数回の選択分類処理において選択分類カテゴリに1回以上分類された教師画像(以下、「対象画像」という。)が、表示制御部612によりディスプレイ55に表示される(ステップS30)。
When input of the selection initial category and the selection classification category is received, a teacher image (hereinafter referred to as “target image”) assigned to the selection initial category and classified into the selection classification category at least once in the multiple selection classification processing. Is displayed on the
図8は、ディスプレイ55に表示されるウィンドウを示す図である。ウィンドウ内のテーブル表示領域71には混同行列が表示され、混同行列において一のセルの色を他のセルの色と相違させることにより、当該一のセルが選択されていることを示している。また、テーブル表示領域71の上方には画像表示領域72が設けられ、画像表示領域72に、複数の対象画像721が表示される。
FIG. 8 is a diagram showing a window displayed on the
図8では、初期カテゴリAおよび分類カテゴリBが、それぞれ選択初期カテゴリおよび選択分類カテゴリとして選択されており、画像表示領域72には、初期カテゴリAを教示したにもかかわらず、テスト分類器により1度でも分類カテゴリBに誤分類された教師画像が、対象画像721として画像表示領域72に表示される。
In FIG. 8, the initial category A and the classification category B are selected as the selection initial category and the selection classification category, respectively, and the
続いて、複数の対象画像721から一の対象画像721を選択する入力が入力部56にて受け付けられると(ステップS31)、選択された対象画像721(以下、「選択対象画像721」という。)に対して、上記多数回の選択分類処理にて取得される複数の分類カテゴリのそれぞれの頻度がディスプレイ55に表示される(ステップS32)。図8の例では、テーブル表示領域71の下方に分類情報表示領域73が設けられており、選択対象画像721における複数の分類カテゴリの頻度(すなわち、どのカテゴリに何回分類されたか)が、その値と共に棒グラフにより分類情報表示領域73に表示される。既述のように、選択対象画像721は初期カテゴリAを教示した教師画像であるため、分類情報表示領域73における分類カテゴリBおよび分類カテゴリCの頻度の合計は、初期カテゴリと、上記多数回の選択分類処理による分類カテゴリとが相違する誤分類の頻度を示す。すなわち、分類情報表示領域73には、選択対象画像721における誤分類の頻度が実質的に表示される。
Subsequently, when an input for selecting one
画像表示領域72に表示された対象画像721や、分類情報表示領域73に表示される選択対象画像721における各分類カテゴリの頻度は操作者により確認され、対象画像721の初期カテゴリの変更が必要な場合には(ステップS33)、当該対象画像721を特定するとともに変更後の初期カテゴリを示す入力が入力部56にて受け付けられる。初期データ修正部614では、操作者の入力に従って初期データ710における当該対象画像721の初期カテゴリが変更され(すなわち、カテゴリ変数の値が変更され)、初期データ710が修正される(ステップS34)。ステップS34の処理では、例えば、異なる2つの分類カテゴリの頻度が比較的高い(すなわち、カテゴリが紛らわしい)対象画像721が、初期データ710から除外されてもよい。
The frequency of each classification category in the
以上のようにして、対象画像721を表示する選択初期カテゴリおよび選択分類カテゴリの組合せや、誤分類の頻度を表示する選択対象画像721を変更しつつ、操作者により初期データ710が必要に応じて修正される(ステップS35,S29〜S34)。これにより、各教師画像に対して最終的なカテゴリが決定される。
As described above, the
各教師画像の最終的なカテゴリが決定されると(ステップS35)、全ての教師画像のデータ、並びに、これらの特徴量およびカテゴリの情報を含む最終的な初期データ710が、教師データとして記憶部613から学習部62に転送され、学習部62にて教師データを用いて分類器の学習が行われる(ステップS36)。すなわち、分類器(図4参照)を構成する変数の値が決定されたり、構造が決定されて分類器421が生成される。これにより、教師データを作成して分類器を学習させる図6および図7の処理が完了する。
When the final category of each teacher image is determined (step S35), the data of all the teacher images and the final
ここで、初期データの教示の妥当性(すなわち、初期データにおける分類性能)を評価する際における比較例の手法について述べる。比較例の手法では、全ての教師画像を用いてテスト分類器が生成され、当該テスト分類器にて全ての教師画像が分類されるため、以下、比較例の手法を「全数学習−全数分類」と呼ぶ。表1の混同行列の取得時と同じ初期データに含まれる複数の教師画像に対して、全数学習−全数分類を用いた場合における分類結果である混同行列を表2に示す。 Here, a method of a comparative example in evaluating the validity of the teaching of the initial data (that is, the classification performance in the initial data) will be described. In the method of the comparative example, a test classifier is generated using all the teacher images, and all the teacher images are classified by the test classifier. Therefore, the method of the comparative example is hereinafter referred to as “all-number learning—all-number classification”. Call it. Table 2 shows a confusion matrix which is a classification result when exhaustive learning-exhaustive classification is used for a plurality of teacher images included in the same initial data as when the confusion matrix of Table 1 is acquired.
表2のように、操作者が初期カテゴリAと教示した1578個の教師画像のうち、分類カテゴリAとして分類された教師画像の個数は1498であり、分類カテゴリBとして分類された教師画像の個数は79であり、分類カテゴリCとして分類された教師画像の個数は1であり、当該1578個の教師画像に対する正答率(分類の正確さ)は94.9%である。また、全数学習−全数分類におけるテスト分類器が分類カテゴリAとして分類した1744個の教師画像には、操作者が初期カテゴリAと教示した1498個の教師画像以外に、初期カテゴリBと教示した246個の教師画像が含まれており、当該1744個の教師画像に対する正答率(信頼性)は85.9%である。
As shown in Table 2, among the 1578 teacher images taught by the operator as the initial category A, the number of teacher images classified as the classification category A is 1498, and the number of teacher images classified as the
全数学習−全数分類では、初期データにおける複数の教師画像が全ての種類の欠陥を含む際には、初期データを教師データとして用いて分類器を生成した場合における欠陥画像の分類成績(分類性能)を精度よく予測することが可能である。しかしながら、初期データに全ての種類の欠陥を含ませることは容易ではなく、全数学習−全数分類では、初期データにおける分類性能を精度よく予測することができないことがある。 In exhaustive learning-exhaustive classification, when a plurality of teacher images in the initial data include all types of defects, the classification results of the defective images (classification performance) when the classifier is generated using the initial data as the teacher data Can be accurately predicted. However, it is not easy to include all kinds of defects in the initial data, and the classification performance in the initial data may not be accurately predicted by exhaustive learning- exhaustive classification.
また、K−分割交差検定を利用して初期データの教示の妥当性を評価する場合、母集団となる教師画像の個数(標本数)が少ないときには、分割するグループ数が制限されてしまい、分類性能(初期データの教示の妥当性)を精度よく予測することができなくなる。さらに、初期データから1つの教師画像だけを抜き出してテスト画像とし、残りを訓練画像群とする手法(leave-one-out cross-validation (LOOCV) )では、初期データに含まれる教師画像の数と同じ回数だけテスト分類器の生成を繰り返す必要があり、膨大な時間を要してしまう。 Further, when the validity of teaching of initial data is evaluated using K-division cross validation, the number of groups to be divided is limited when the number of teacher images as a population (the number of samples) is small. It becomes impossible to predict the performance (the validity of the teaching of the initial data) with high accuracy. Furthermore, in a method (leave-one-out cross-validation (LOOCV)) in which only one teacher image is extracted from initial data and used as a test image, and the rest is a training image group, the number of teacher images included in the initial data and It is necessary to repeat the generation of the test classifier the same number of times, which takes a lot of time.
これに対し、画像分類装置1のテスト分類部611では、複数の教師画像うちの所定割合の教師画像をテスト画像群として選択し、残りの教師画像を用いて生成されるテスト分類器により当該テスト画像群に含まれる各教師画像の分類カテゴリを取得する処理を選択分類処理として、テスト画像群に含まれる画像を変更しつつ、選択分類処理が多数回繰り返される。そして、分類結果を示す混同行列が取得されることにより、初期データを教師データとして用いて分類器を生成した場合における欠陥画像の分類成績(正答率)、すなわち、初期データにおける分類性能を、初期データにおける教師画像の個数の影響を受けることなく、精度よくかつ容易に予測することが可能となる。また、各初期カテゴリの教師画像がいずれの分類カテゴリに誤分類され易いか等の傾向も把握することができる。
On the other hand, the
ここで、全数学習−全数分類では、各教師画像がテスト分類器にて1回だけ分類されるため、図9に示すように、例えば、初期カテゴリAを教示したにもかかわらず、テスト分類器により分類カテゴリBに誤分類された教師画像を表示することは容易に実現可能である。K−分割交差検定やLOOCVを利用する場合も同様である。 Here, in the exhaustive learning-exhaustive classification, each teacher image is classified only once by the test classifier. Therefore, as shown in FIG. 9, for example, although the initial category A is taught, the test classifier Thus, it is possible to easily display the teacher image misclassified into the classification category B. The same applies when using K-division cross-validation or LOOCV.
一方、選択分類処理を多数回繰り返す場合、テスト分類器にて分類される回数が教師画像毎に相違するとともに、各教師画像が必ずしも毎回同じ分類カテゴリに分類されるとは限らない。したがって、上記表示制御部612を省略した装置を想定した場合に、このような装置において、上記のように誤分類された教師画像を特定するには、多数回の選択分類処理のそれぞれの分類結果を保存しておき、操作者自身が、当該分類結果を順に確認しなければならず、極めて煩雑な作業が必要となる。
On the other hand, when the selection classification process is repeated many times, the number of classifications by the test classifier differs for each teacher image, and each teacher image is not necessarily classified into the same classification category every time. Therefore, when assuming a device in which the
これに対し、画像分類装置1では、一の初期カテゴリおよび一の分類カテゴリの組合せの選択の入力が入力部56にて受け付けられた場合に、当該初期カテゴリに割り振られ、かつ、テスト分類部611において当該分類カテゴリに1回以上分類された対象画像721が、表示制御部612によりディスプレイ55に表示される。そして、操作者が、当該対象画像721を参照することにより、対象画像721の初期カテゴリの適否や、教師画像としての適格性等を容易に判断することができる。
On the other hand, in the
また、各教師画像がテスト分類器にて1回だけ分類される全数学習−全数分類、K−分割交差検定およびLOOCVと異なり、画像分類装置1では、選択分類処理が多数回繰り返されることにより、様々な誤分類例(例えば、人が理解できないような誤分類)が取得され、その教師画像が表示される。したがって、新たなカテゴリを設ける等、当該様々な誤分類例に対応するように初期データを修正することができ、その結果、教師データを容易にかつ適切に作成することができる。
Further, unlike the exhaustive learning- exhaustive classification, K-division cross validation, and LOOCV in which each teacher image is classified only once by the test classifier, the
また、画像分類装置1では、各対象画像721に対して、初期カテゴリと分類カテゴリとが相違する誤分類の頻度をディスプレイ55に表示することが可能である。誤分類の頻度(すなわち、誤分類が頻繁であるか、希であるか、あるいは、誤分類が全くされないか)は、ある初期カテゴリに教示された教師画像が、明らかにそのカテゴリに属するといえるものであるか、または、他のカテゴリの特徴に近似するものであるか等を示すため、教示の最適化に重要な情報であるといえる。したがって、誤分類の頻度を表示することにより、当該対象画像721の初期カテゴリの適否等をさらに容易にかつ適切に判断することができる。また、図6のステップS23の処理にて、仮に操作者が対象画像721の初期カテゴリを誤って教示した場合であっても、誤分類の頻度を確認することにより、当該対象画像721の初期カテゴリを容易に修正可能である。なお、全数学習−全数分類、K−分割交差検定およびLOOCVでは、各教師画像がテスト分類器にて1回だけ分類されるのみであるため、誤分類の頻度は取得不能である。
Further, the
さらに、各対象画像721に対して、複数の分類カテゴリのそれぞれの頻度が表示可能である。これにより、当該対象画像721が、いずれのカテゴリに誤分類され易いか(いずれのカテゴリの教師画像と特徴量が近似するか)、あるいは、当該対象画像721が、どの程度紛らわしいものであるか等についての情報を、操作者に直感的に提示することが実現される。これにより、各教師画像のカテゴリを最適化する作業を効率よく行うことが可能となる。また、教師データが、特徴量空間において矛盾したカテゴリに関連付けられる教師画像を含みにくくなるため、このような教師データを用いた学習結果(分類器)は高い分類性能を有することが期待できる。
Furthermore, the frequency of each of a plurality of classification categories can be displayed for each
以上に説明した画像分類装置1は、様々な変形が可能である。テスト分類部611における多数回の選択分類処理にて、テスト画像群に含まれる教師画像の組合せが、原則として毎回相違するのであるならば、初期データ710に含まれる複数の教師画像から所定の規則にて(例えば、当該複数の教師画像の数と互いに素となる数の教師画像を順にテスト画像群として選択する等)テスト画像群が選択されてもよい。また、テスト分類器を適切に生成するには、複数の初期カテゴリに対する複数の画像集合のそれぞれから所定割合の画像が選択されることが好ましい。
The
ディスプレイ55では、選択初期カテゴリおよび選択分類カテゴリに対応する全ての対象画像721が必ずしも表示される必要はなく、1つの対象画像721のみが表示されてもよい。この場合、操作者の入力により、表示される対象画像721が順次切り替えられる。このように、図7のステップS30の処理では、少なくとも1つの対象画像721がディスプレイ55に表示される。
On the
誤分類の頻度を示す情報は、図8の画像表示領域72における対象画像721の真下の画像情報領域722に表示されてもよい。この場合、全ての対象画像721のそれぞれの画像情報領域722に、当該対象画像721の誤分類の頻度が表示されることが好ましい。また、画像表示領域72における一の対象画像721にマウスカーソルをかざした際に、分類情報表示領域がポップアップで表示されてもよい(図8中にて符号74を付す領域参照)。さらに、誤答率(または正答率)の値のみが表示されることにより、実質的に、誤分類の頻度が提示されてもよい。
Information indicating the frequency of misclassification may be displayed in the
画像分類装置1において、教師データに利用される多数の教師画像の特徴量の値が検査・分類装置4にて算出されてもよい。また、教師データから特徴量が省略され、学習部62において教師画像のデータに基づいて特徴量の値が求められてもよい。
In the
上記実施の形態では、欠陥検査装置に自動欠陥分類の機能を付加した画像分類装置1について説明したが、他の欠陥検査装置にて検出された基板上の欠陥を観察する観察装置(レビュー装置とも呼ばれる。)に自動欠陥分類の機能を付加した装置(同様に、画像分類装置として捉えることができる。)において、上記教師データ作成部61が用いられてもよい。このような画像分類装置における撮像装置では、欠陥をより高度に解析するため、図1の撮像装置2に比べて高い解像度の画像が取得される。
In the above-described embodiment, the
図1の画像分類装置1では、半導体基板に代えてガラス基板(例えば、平面表示装置用のガラス基板)、プリント配線基板あるいは基板の露光に使用するマスク基板等の検査が行われてもよい。
In the
また、画像分類装置1が、血液や培養液等の所定の液中の細胞を撮像した細胞画像を分類する用途に用いられてもよい。このように、画像分類装置1は、様々な対象物を示す画像の分類に利用可能である。さらに、画像分類装置1では、可視光により撮像される画像以外に、電子線やX線等により撮像される画像が分類されてよい。
Further, the
上記実施の形態では、教師データの作成を適切に支援する教師データ作成支援装置が、教師データ作成部61に設けられるテスト分類部611、表示制御部612、記憶部613および入力部56を主たる構成として実現されるが、教師データ作成支援装置は、画像分類装置1から分離した専用の装置として実現されてもよい。また、上記教師データ作成支援装置および初期データ修正部614を主たる構成とする教師データ作成装置も同様である。
In the above embodiment, the teacher data creation support apparatus that appropriately supports the creation of teacher data includes the
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The configurations in the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.
1 画像分類装置
55 ディスプレイ
56 入力部
421 分類器
611 テスト分類部
612 表示制御部
613 記憶部
614 初期データ修正部
710 初期データ
721 対象画像
S14,S21〜S36 ステップ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
それぞれが複数の初期カテゴリのいずれかに割り振られた複数の画像、および、前記複数の画像の初期カテゴリを示す初期データを記憶する記憶部と、
前記複数の画像のうちの所定割合の画像をテスト画像群として選択し、残りの画像を用いて学習を行うことにより生成されるテスト分類器により前記テスト画像群に含まれる各画像の分類カテゴリを取得する処理を選択分類処理として、前記テスト画像群に含まれる画像を変更しつつ、前記選択分類処理を複数回繰り返すテスト分類部と、
一の初期カテゴリおよび一の分類カテゴリの組合せの選択の入力を受け付ける入力部と、
前記一の初期カテゴリに割り振られ、かつ、前記テスト分類部において前記一の分類カテゴリに1回以上分類された少なくとも1つの画像を表示部に表示する表示制御部と、
を備え、
前記表示制御部が、前記少なくとも1つの画像のそれぞれに対して、初期カテゴリと前記選択分類処理による分類カテゴリとが相違する誤分類の頻度を前記表示部に表示可能であることを特徴とする教師データ作成支援装置。 A teacher data creation support device that supports creation of teacher data used for learning of a classifier that classifies images,
A plurality of images each assigned to one of a plurality of initial categories, and a storage unit for storing initial data indicating initial categories of the plurality of images;
A predetermined category of the plurality of images is selected as a test image group, and the classification category of each image included in the test image group is determined by a test classifier generated by performing learning using the remaining images. as the selection classification process the process of acquiring, said while changing the images included in the test image group, the test classification unit to repeat multiple times the selection classification process,
An input unit that accepts input of selection of a combination of one initial category and one classification category;
A display control unit that displays on the display unit at least one image that is assigned to the one initial category and is classified into the one classification category at least once by the test classification unit;
Equipped with a,
Wherein the display control unit, wherein for each of the at least one image to the classification category by the selected sorting process and the initial category, wherein displayable der Rukoto on the display unit the frequency of misclassification of differences Teacher data creation support device.
前記表示制御部が、前記少なくとも1つの画像のそれぞれに対して、複数の分類カテゴリのそれぞれの頻度を前記表示部に表示可能であることを特徴とする教師データ作成支援装置。 The teacher data creation support device according to claim 1 ,
The teacher data creation support apparatus, wherein the display control unit can display the frequency of each of a plurality of classification categories on the display unit for each of the at least one image.
前記複数の画像において同一の初期カテゴリに割り振られた画像の集合を画像集合として、前記テスト分類部において、前記複数の初期カテゴリに対する複数の画像集合のそれぞれから前記所定割合の画像が選択されることにより、前記テスト画像群が構成されることを特徴とする教師データ作成支援装置。 The teacher data creation support device according to claim 1 or 2 ,
A set of images assigned to the same initial category in the plurality of images is set as an image set, and the test classification unit selects the predetermined ratio of images from each of the plurality of image sets for the plurality of initial categories. Thus, the test data group is constituted by the teacher data creation support apparatus.
請求項1ないし3のいずれかに記載の教師データ作成支援装置と、
操作者の入力に従って前記初期データを修正する初期データ修正部と、
を備えることを特徴とする教師データ作成装置。 A teacher data creation device for creating teacher data used for learning of a classifier that classifies images,
A teacher data creation support device according to any one of claims 1 to 3 ,
An initial data correction unit that corrects the initial data according to an operator's input;
A teacher data creation device comprising:
請求項4に記載の教師データ作成装置と、
前記教師データ作成装置により作成された教師データを用いて学習が行われるとともに、画像を分類する分類器と、
を備えることを特徴とする画像分類装置。 An image classification device for classifying images,
A teacher data creation device according to claim 4 ,
Learning is performed using the teacher data created by the teacher data creation device, and a classifier that classifies images;
An image classification apparatus comprising:
a)それぞれが複数の初期カテゴリのいずれかに割り振られた複数の画像、および、前記複数の画像の初期カテゴリを示す初期データを準備する工程と、
b)前記複数の画像のうちの所定割合の画像をテスト画像群として選択し、残りの画像を用いて学習を行うことにより生成されるテスト分類器により前記テスト画像群に含まれる各画像の分類カテゴリを取得する処理を選択分類処理として、前記テスト画像群に含まれる画像を変更しつつ、前記選択分類処理を複数回繰り返す工程と、
c)一の初期カテゴリおよび一の分類カテゴリの組合せの選択の入力を受け付ける工程と、
d)前記一の初期カテゴリに割り振られ、かつ、前記b)工程において前記一の分類カテゴリに1回以上分類された少なくとも1つの画像を表示部に表示する工程と、
を備え、
前記d)工程において、前記少なくとも1つの画像のそれぞれに対して、初期カテゴリと前記選択分類処理による分類カテゴリとが相違する誤分類の頻度が前記表示部に表示可能であることを特徴とする教師データ作成支援方法。 A teacher data creation support method for supporting creation of teacher data used for learning of a classifier that classifies images,
a) preparing a plurality of images each assigned to one of a plurality of initial categories, and initial data indicating an initial category of the plurality of images;
b) Classification of each image included in the test image group by a test classifier generated by selecting a predetermined ratio of the plurality of images as a test image group and performing learning using the remaining images. as the selection classification process the process for acquiring the category, while changing the image included in the test images, a step of repeating multiple times the selection classification process,
c) receiving input of selection of a combination of one initial category and one classification category;
d) displaying on the display unit at least one image assigned to the one initial category and classified at least once in the one classification category in the step b);
Equipped with a,
In the d) step, for each of the at least one image, the frequency of misclassification of the classification categories according to the selected sorting process and the initial category differs is characterized displayable der Rukoto on the display unit Teacher data creation support method.
前記d)工程において、前記少なくとも1つの画像のそれぞれに対して、複数の分類カテゴリのそれぞれの頻度が前記表示部に表示可能であることを特徴とする教師データ作成支援方法。 The teacher data creation support method according to claim 6 ,
In the step d), for each of the at least one image, the frequency of each of a plurality of classification categories can be displayed on the display unit.
前記複数の画像において同一の初期カテゴリに割り振られた画像の集合を画像集合として、前記b)工程において、前記複数の初期カテゴリに対する複数の画像集合のそれぞれから前記所定割合の画像が選択されることにより、前記テスト画像群が構成されることを特徴とする教師データ作成支援方法。 The teacher data creation support method according to claim 6 or 7 ,
A set of images assigned to the same initial category in the plurality of images is defined as an image set, and the predetermined ratio of images is selected from each of the plurality of image sets for the plurality of initial categories in the step b). The teacher image creation support method, wherein the test image group is configured by:
請求項6ないし8のいずれかに記載の教師データ作成支援方法と、
前記初期データを修正する工程と、
を備えることを特徴とする教師データ作成方法。 A teacher data creation method for creating teacher data used for learning a classifier that classifies images,
A teacher data creation support method according to any one of claims 6 to 8 ,
Modifying the initial data;
A method for creating teacher data, comprising:
請求項9に記載の教師データ作成方法により作成された教師データを用いて分類器を学習させる工程と、
前記分類器により画像を分類する工程と、
を備えることを特徴とする画像分類方法。 An image classification method for classifying images,
Learning a classifier using the teacher data created by the teacher data creation method according to claim 9 ;
Classifying images by the classifier;
An image classification method comprising:
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