JP7417095B2 - Sintered ore structure learning device, structure learning method, and structure learning program - Google Patents
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Description
本発明は、焼結鉱の組織構成を学習する組織構成学習装置、組織構成学習方法及び組織構成学習プログラムに関する。 The present invention relates to a structure learning device, a structure learning method, and a structure learning program for learning the structure of sintered ore.
焼結鉱は、高炉に装入される8割を占める原料であり、高炉に装入される主要な原料である。焼結鉱の品質は、高炉の操業状態を決定する要因の1つであり、焼結鉱の気孔の構造、及び基質を成す鉱物の構成で決定される。高炉の原料として現在多く使用される自溶性焼結鉱では、基質はヘマタイト(Fe2O3)、マグネタイト(Fe3O4)、カルシウムフェライト(CaO・Fe2O3)、シリケートスラグ(CaO・SiO2)の4つの鉱物相を有する。鉱物相及び気孔の焼結鉱に占める比率、径分布及び形状等の焼結鉱の組織構成を定量的に測定することにより取得されるデータは、焼結鉱の品質制御に関する知見を得る上で有用である。 Sintered ore is a raw material that accounts for 80% of what is charged into a blast furnace, and is the main raw material that is charged into a blast furnace. The quality of sintered ore is one of the factors that determines the operational status of a blast furnace, and is determined by the pore structure of sintered ore and the composition of minerals forming the matrix. In self-fluxing sinter, which is currently widely used as a raw material for blast furnaces, the substrates are hematite (Fe 2 O 3 ), magnetite (Fe 3 O 4 ), calcium ferrite (CaO・Fe 2 O 3 ), and silicate slag (CaO・It has four mineral phases: SiO 2 ). Data obtained by quantitatively measuring the structural composition of sintered ore, such as the proportion of mineral phases and pores in sintered ore, diameter distribution, and shape, is useful for gaining knowledge about quality control of sintered ore. Useful.
光学顕微鏡及び走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)等で観察される焼結鉱の断面を撮像装置により撮像した断面画像を画像解析することによって、焼結鉱の組織構成を定量化する技術が知られている(例えば、特許文献1及び2を参照)。特許文献1及び2に記載される技術では、焼結鉱の組織構成は、焼結鉱を撮像した画像を形成する画素の輝度に基づいて推定される。しかしながら、画像の輝度は、撮像条件及び試料の撮像場所毎に相違するため、特許文献1及び2に記載される技術では、推定される焼結鉱の組織構成が画像毎に相違し、焼結鉱の組織構成を精度高く推定することは容易ではない。
A technology for quantifying the structure of sintered ore is developed by analyzing the cross-sectional images of the sintered ore observed with an optical microscope, scanning electron microscope (SEM), etc. using an imaging device. known (for example, see
また、焼結鉱の断面を撮像した断面画像から、鉱物相の位置関係を定量化する技術が知られている(例えば、非特許文献1及び特許文献3を参照)。非特許文献1には、マグネタイトとシリケートスラグとの間の接触面積、及びカルシウムフェライトとシリケートスラグとの間の接触面積と、焼結鉱の還元粉化性との相関関係が記載されている。特許文献3には、焼結鉱の断面を撮像装置により撮像された断面画像から、焼結鉱に含まれる鉱物層が互いに隣接する割合を示す隣接率を計算し、計算した隣接率から焼結鉱の特性を推定する技術が記載されている。
Furthermore, a technique is known for quantifying the positional relationship of mineral phases from a cross-sectional image of a cross-section of sintered ore (see, for example, Non-Patent
一方、画像を示す画像データを教師データとして使用して、ディープラーニングにより機械学習された学習モデルを使用することで、画像に含まれる種々の特徴を高精度に識別する技術が知られている(例えば、特許文献4を参照)。しかしながら、機械学習された学習モデルを使用して焼結鉱の組織構成を推定する技術は、知られていない。 On the other hand, there is a known technology that uses image data representing an image as training data and uses a learning model that is machine learned using deep learning to identify various features included in an image with high accuracy ( For example, see Patent Document 4). However, there is no known technique for estimating the structure of sintered ore using a machine-learned learning model.
本発明の発明者らは、焼結鉱の断面画像を使用して焼結鉱の組織構成を学習モデルに機械学習させるときに、教師データとして使用する断面画像を適宜選択することで、焼結鉱の特性を高精度に推定可能な情報を提供する学習モデルを生成することを見出した。より具体的には、本発明の発明者らは、焼結鉱に含有される焼結鉱の鉱物相の組織構成ではなく、鉱物相により形成される複合組織の組織構成を推定可能な学習モデルを生成することで、焼結鉱の特性を推定可能な情報を提供することを見出した。 The inventors of the present invention have discovered that when a learning model uses cross-sectional images of sintered ore to machine learn the structure of sintered ore, by appropriately selecting cross-sectional images to be used as training data, We have found that we can generate a learning model that provides information that allows highly accurate estimation of ore properties. More specifically, the inventors of the present invention have developed a learning model that is capable of estimating not the structure of the mineral phase of sintered ore contained in sintered ore, but the structure of a composite structure formed by the mineral phase. It was discovered that by generating sintered ore, information from which the properties of sintered ore can be estimated can be provided.
本発明は、焼結鉱の組織構成を高精度に推定可能な学習モデルを生成可能な組織構成学習装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a structure learning device capable of generating a learning model capable of estimating the structure of sintered ore with high accuracy.
このような課題を解決する本発明は、以下に示す焼結鉱の組織構成学習装置、組織構成学習方法及び組織構成学習プログラムを要旨とするものである。
(1)焼結鉱の断面を撮像した複数の断面画像をそれぞれが示す複数の画像データを取得する画像データ取得部と、
断面画像の複数の領域のそれぞれを、焼結鉱に含まれる鉱物相により形成される複合組織の組織構成に関連付けて複数の学習用データを生成する学習用データ生成部と、
複数の学習用データを用いて複数の断面画像と複合組織の組織構成との関係性を学習モデルに学習させる学習処理部と、
学習した複数の断面画像と複合組織の組織構成との関係性に基づいて、焼結鉱の断面を撮像した断面画像から複合組織の組織構成を推定する学習モデルを出力する学習モデル出力部と、
を有することを特徴とする焼結鉱の組織構成学習装置。
(2)複合組織は、ヘマタイト及びマグネタイトの何れか一方がカルシウムフェライトに取り囲まれた組織である第1複合組織、カルシウムフェライトとシリケートスラグとの複合組織である第2複合組織、ヘマタイト及びマグネタイトの何れか一方とカルシウムフェライトとの複合組織である第3複合組織、ヘマタイト及びマグネタイトの何れか一方とシリケートスラグとの複合組織である第4複合組織を含む、(1)に記載の焼結鉱の組織構成学習装置。
(3)複数の学習用データは、ヘマタイト又はマグネタイトの何れか一方である第1鉱物相、カルシウムフェライトの初晶相である第2鉱物相と、複数の領域とを更に関連付けて生成される、(2)に記載の焼結鉱の組織構成学習装置。
(4)第1鉱物相は、残留元鉱である第10鉱物相、一次ヘマタイト又は一次マグネタイトである第11鉱物相、二次ヘマタイト又は二次マグネタイトである第12鉱物相を含む(3)に記載の焼結鉱の組織構成学習装置。
(5)第2鉱物相は、針状のカルシウムフェライトである第2a鉱物相、及び柱状のカルシウムフェライトである第2b鉱物相を含み、
第2複合組織は、針状のカルシウムフェライトとシリケートスラグとの複合組織である第2a複合組織、及び柱状のカルシウムフェライトとシリケートスラグとの複合組織である第2b複合組織を含む、(3)又は(4)に記載の焼結鉱の組織構成学習装置。
(6)焼結鉱の断面を撮像した複数の断面画像をそれぞれが示す複数の画像データを取得し、
断面画像の複数の領域のそれぞれを、焼結鉱に含まれる鉱物相により形成される複合組織の組織構成に関連付けて複数の学習用データを生成し、
複数の学習用データを用いて複数の断面画像と複合組織の組織構成との関係性を学習モデルに学習させ、
学習した複数の断面画像と複合組織の組織構成との関係性に基づいて、焼結鉱の断面を撮像した断面画像から複合組織の組織構成を推定する学習モデルを出力する、
処理をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする焼結鉱の組織構成学習プログラム。
(7)焼結鉱の断面を撮像した複数の断面画像をそれぞれが示す複数の画像データを取得し、
断面画像の複数の領域のそれぞれを、焼結鉱に含まれる鉱物相により形成される複合組織の組織構成に関連付けて複数の学習用データを生成し、
複数の学習用データを用いて複数の断面画像と複合組織の組織構成との関係性を学習モデルに学習させ、
学習した複数の断面画像と複合組織の組織構成との関係性に基づいて、焼結鉱の断面を撮像した断面画像から複合組織の組織構成を推定する学習モデルを出力する、
ことを含む、ことを特徴とする焼結鉱の組織構成学習方法。
The present invention, which solves these problems, is based on a sintered ore microstructure learning device, a microstructure learning method, and a microstructure learning program shown below.
(1) an image data acquisition unit that acquires a plurality of image data each showing a plurality of cross-sectional images taken of a cross-section of sintered ore;
a learning data generation unit that generates a plurality of learning data by associating each of the plurality of regions of the cross-sectional image with the structure of a composite structure formed by mineral phases contained in the sintered ore;
a learning processing unit that causes a learning model to learn the relationship between the plurality of cross-sectional images and the tissue configuration of the composite tissue using the plurality of learning data;
a learning model output unit that outputs a learning model that estimates the tissue structure of the composite tissue from a cross-sectional image of a cross section of the sintered ore based on the relationship between the learned plurality of cross-sectional images and the structure of the composite tissue;
A device for learning the structure of sintered ore, comprising:
(2) The composite structure includes a first composite structure in which either hematite or magnetite is surrounded by calcium ferrite, a second complex structure in which calcium ferrite and silicate slag are combined, and either hematite or magnetite. The structure of the sintered ore according to (1), which includes a third complex structure that is a complex structure of either hematite and magnetite and a silicate slag; Configuration learning device.
(3) The plurality of learning data are generated by further associating the first mineral phase which is either hematite or magnetite, the second mineral phase which is the primary phase of calcium ferrite, and the plurality of regions. The sintered ore structure learning device according to (2).
(4) The first mineral phase includes a 10th mineral phase which is a residual source ore, an 11th mineral phase which is primary hematite or primary magnetite, and a 12th mineral phase which is secondary hematite or secondary magnetite. The device for learning the structure structure of the described sintered ore.
(5) the second mineral phase includes a 2a mineral phase that is acicular calcium ferrite, and a 2b mineral phase that is columnar calcium ferrite;
(3) or the second composite structure includes a 2a composite structure that is a composite structure of acicular calcium ferrite and silicate slag, and a 2b composite structure that is a composite structure of columnar calcium ferrite and silicate slag; or The sintered ore structure learning device according to (4).
(6) Obtaining a plurality of image data each showing a plurality of cross-sectional images of the cross-section of the sintered ore,
Generate multiple pieces of learning data by associating each of the multiple regions of the cross-sectional image with the structure of the composite structure formed by the mineral phase contained in the sintered ore,
Using multiple learning data, a learning model learns the relationship between multiple cross-sectional images and the tissue structure of the composite tissue,
Outputs a learning model that estimates the structure of a composite tissue from a cross-sectional image of a cross section of sintered ore, based on the relationship between the learned cross-sectional images and the structure of the complex structure.
A sintered ore structure learning program characterized by causing a computer to execute processing.
(7) Obtaining a plurality of image data each showing a plurality of cross-sectional images of the cross-section of the sintered ore,
Generate multiple pieces of learning data by associating each of the multiple regions of the cross-sectional image with the structure of the composite structure formed by the mineral phase contained in the sintered ore,
Using multiple learning data, a learning model learns the relationship between multiple cross-sectional images and the tissue structure of the composite tissue,
Outputs a learning model that estimates the structure of a composite tissue from a cross-sectional image of a cross section of sintered ore, based on the relationship between the learned cross-sectional images and the structure of the complex structure.
A method for learning the structure of sintered ore, comprising:
一実施形態に係る組織構成学習装置により生成される学習モデルは、焼結鉱の特性を高精度に推定可能な情報を提供できる。 The learning model generated by the tissue structure learning device according to one embodiment can provide information that allows highly accurate estimation of the characteristics of sintered ore.
以下図面を参照して、本発明に係る組織構成学習装置、組織構成学習方法及び組織構成学習プログラムについて説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されない。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An organizational structure learning device, an organizational structure learning method, and an organizational structure learning program according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments.
(実施形態に係る組織構成学習装置の概要)
本発明の発明者らは、焼結鉱の組織構成を学習モデルに機械学習させるときに、教師データとして使用される焼結鉱の断面画像と、機械学習された学習モデルが焼結鉱の組織構成を推定するときの推定精度との関係性を検討した。具体的には、本発明の発明者らは、Fe2O3-SiO2-CaO3元型状態図に基づいて、自溶性焼結鉱の反応に即した複合組織の分類を検討した。
(Overview of organizational structure learning device according to embodiment)
The inventors of the present invention discovered that when a learning model is used to machine learn the structure of sintered ore, a cross-sectional image of sintered ore used as training data and a machine-learned learning model are used to learn the sintered ore structure. We investigated the relationship with estimation accuracy when estimating the configuration. Specifically, the inventors of the present invention studied the classification of composite structures according to the reactions of self-fusing sintered ore based on the Fe 2 O 3 --SiO 2 --CaO ternary phase diagram.
図1~2は、学習用データに使用される断面画像の一例を示す図である。図1(a)は第1の断面画像であり、図1(b)は第2の断面画像であり、図2(a)は第3の断面画像であり、図2(b)第4の断面画像であり、図2(c)は第5の断面画像であり、図2(d)は第6の断面画像である。図1(a)として示される第1の断面画像は、一般に高温型と称される複合組織を含み、図1(b)として示される第2の断面画像は、一般に低温型と称される複合組織を含む。 1 and 2 are diagrams showing examples of cross-sectional images used as learning data. FIG. 1(a) is the first cross-sectional image, FIG. 1(b) is the second cross-sectional image, FIG. 2(a) is the third cross-sectional image, and FIG. 2(b) is the fourth cross-sectional image. These are cross-sectional images, and FIG. 2(c) is a fifth cross-sectional image, and FIG. 2(d) is a sixth cross-sectional image. The first cross-sectional image shown in FIG. 1(a) includes a composite structure generally referred to as a high-temperature type, and the second cross-sectional image shown in FIG. 1(b) includes a composite structure generally referred to as a low-temperature type. Including organizations.
焼結鉱の製造工程における最高温度到達時点において、焼結鉱の原料は、30%~50%程度のヘマタイトと、50%~70%程度の融液から成る。焼結鉱の製造工程では、最高温度到達時点においても30%~50%程度の鉄鉱石が未溶融の状態で残留する。元の鉄鉱石の形態を残して残留したヘマタイトは残留元鉱(単に元鉱とも呼ぶ)と称される。残留元鉱は、図1(a)において、「A」で示される領域である。融液によって分断され斑状を呈して残留したヘマタイトは、斑状ヘマタイト、再結晶ヘマタイト、一次ヘマタイトなどと称される。一次ヘマタイトについては後述する。 When the maximum temperature is reached in the sintered ore manufacturing process, the raw material of the sintered ore consists of about 30% to 50% hematite and about 50% to 70% melt. In the sintered ore manufacturing process, approximately 30% to 50% of the iron ore remains unmolten even when the maximum temperature is reached. Hematite that remains in the form of the original iron ore is called residual ore (also simply called original ore). The remaining source ore is the area indicated by "A" in FIG. 1(a). Hematite that is fragmented by the melt and remains in a patchy manner is called patchy hematite, recrystallized hematite, primary hematite, etc. Primary hematite will be described later.
なお、ヘマタイトは1350℃以上でマグネタイトに転移する。焼結鉱の製造工程における最高温度到達時点が1350℃以上であるとき、焼結鉱酸化鉄相にマグネタイトが現れる。
酸化鉄相とはヘマタイトおよびマグネタイトの結晶相の総称である。ここでは、ヘマタイトまたはマグネタイトをいずれか一方に特定しないときに用いることがある。
Note that hematite transforms into magnetite at a temperature of 1350°C or higher. When the maximum temperature is reached at 1350° C. or higher in the sinter manufacturing process, magnetite appears in the iron oxide phase of the sinter.
The iron oxide phase is a general term for the crystalline phases of hematite and magnetite. Here, it may be used when neither hematite nor magnetite is specified.
最高温度到達時点における融液は、局所的には不均質である。その融液から最初に晶出する初晶の多くはヘマタイト(1350℃以上ではマグネタイト)である。カルシウムフェライト及びシリケートスラグも局所的には存在し得る。ここでは、カルシウムフェライトは、学術的にはSFCA相とも称され、Fe2O3-SiO2-CaO3元型状態図のC2F相、CF相、CF2相を含む。シリケートスラグは、Fe2O3-SiO2-CaO3元型状態図のCS相、C2S相及び非晶質相を含む。 The melt at the time of reaching the maximum temperature is locally heterogeneous. Most of the primary crystals that first crystallize from the melt are hematite (at 1350°C or higher, magnetite). Calcium ferrite and silicate slags may also be present locally. Here, calcium ferrite is also academically referred to as SFCA phase, and includes C2F phase, CF phase, and CF2 phase of the Fe 2 O 3 --SiO 2 --CaO ternary phase diagram. The silicate slag includes a CS phase, a C2S phase, and an amorphous phase of the Fe 2 O 3 --SiO 2 --CaO ternary phase diagram.
融液から晶出するヘマタイトは、特異な形態を呈する。骸晶状稜形ヘマタイトあるいは二次ヘマタイトと称される。
ここでは、酸化鉄相を第1鉱物相とも総称して呼ぶ。さらに、残留元鉱を第10鉱物相、一次ヘマタイトおよび一次マグネタイトを第11鉱物相、二次ヘマタイトおよび二次マグネタイトを第12鉱物相と細分して呼ぶ。
Hematite crystallized from melt exhibits a unique morphology. It is called skeletal ridge hematite or secondary hematite.
Here, the iron oxide phase is also collectively referred to as the first mineral phase. Furthermore, the remaining original ore is subdivided into a 10th mineral phase, primary hematite and primary magnetite are referred to as an 11th mineral phase, and secondary hematite and secondary magnetite are referred to as a 12th mineral phase.
カルシウムフェライトの初晶が焼結鉱に残留するとき、カルシウムフェライトの初晶である第2鉱物相が形成される。第2鉱物相は、図1(a)において「C」で示される領域である。 When the primary crystals of calcium ferrite remain in the sintered ore, a second mineral phase, which is the primary crystal of calcium ferrite, is formed. The second mineral phase is the region indicated by "C" in FIG. 1(a).
第2鉱物相(カルシウムフェライト相)を、その形態で細分してもよい。すなわち、焼結鉱の原料に含まれるシリカ(SiO2)の含有量が比較的低く、且つ、焼結鉱の製造工程における最高温度が比較的低いときに、第2鉱物相は、針状を呈する。そこで、特に、針状SFCAとも称される針状のカルシウムフェライトを第2a鉱物相として類別してもよい。第2a鉱物相は、図2(a)において「Ca」で示される領域である。 The second mineral phase (calcium ferrite phase) may be subdivided in its form. That is, when the content of silica (SiO 2 ) contained in the raw material of the sintered ore is relatively low and the maximum temperature in the manufacturing process of the sintered ore is relatively low, the second mineral phase has an acicular shape. present. Therefore, in particular, acicular calcium ferrite, also referred to as acicular SFCA, may be classified as the 2a mineral phase. The second a mineral phase is the region indicated by "Ca" in FIG. 2(a).
焼結鉱の原料に含まれるシリカの含有量が比較的低く、且つ、焼結鉱の製造工程における最高温度が比較的高いときに、第2鉱物相は、柱状を呈する。そこで、特に、柱状SFCAとも称される柱状のカルシウムフェライトを第2b鉱物相として類別してもよい。第2b鉱物相は、図2(b)において「Cb」で示される領域である。 When the content of silica contained in the raw material of the sintered ore is relatively low and the maximum temperature in the manufacturing process of the sintered ore is relatively high, the second mineral phase takes on a columnar shape. Therefore, in particular, columnar calcium ferrite, also referred to as columnar SFCA, may be classified as the 2b mineral phase. The 2b mineral phase is the region indicated by "Cb" in FIG. 2(b).
初晶の晶出以降は、その時点での融液組成に応じて、種々の複合組織が形成される。酸化鉄の初晶の近傍の融液組成がカルシウムフェライト生成領域にあると、初晶と融液からカルシウムフェライトが生成する包晶反応が進行する。その結果、酸化鉄相がカルシウムフェライトに取り囲まれた包晶形態の組織である第1複合組織が形成される。第1複合組織は、図1(a)において「B」で示される領域である。 After the primary crystals crystallize, various composite structures are formed depending on the melt composition at that time. When the composition of the melt near the primary crystal of iron oxide is in the calcium ferrite production region, a peritectic reaction in which calcium ferrite is produced from the primary crystal and the melt proceeds. As a result, a first composite structure is formed, which is a peritectic structure in which an iron oxide phase is surrounded by calcium ferrite. The first composite tissue is the area indicated by "B" in FIG. 1(a).
ヘマタイト、カルシウムフェライトなどが晶出すると残留する融液はシリカ濃度が上昇し、やがてカルシウムフェライトとシリケートスラグとの共晶組成となる。以降の凝固は、カルシウムフェライトとシリケートスラグとの共晶反応で進む。これによって、カルシウムフェライトとシリケートスラグとが共存する共存組織である第2複合組織が形成される。第2複合組織は、図1(a)において「D」で示される領域である。なお、三元型状態図上は、1216℃にヘマタイト、カルシウムフェライト及びシリケートスラグが同時に晶出する3元共晶反応も存在するが、実際の焼結鉱組織でそれが観察されることはない。 When hematite, calcium ferrite, etc. crystallize, the silica concentration of the remaining melt increases, and eventually it becomes a eutectic composition of calcium ferrite and silicate slag. Subsequent solidification proceeds through a eutectic reaction between calcium ferrite and silicate slag. As a result, a second composite structure, which is a coexisting structure in which calcium ferrite and silicate slag coexist, is formed. The second composite tissue is the area indicated by "D" in FIG. 1(a). Furthermore, on the ternary phase diagram, there is also a ternary eutectic reaction in which hematite, calcium ferrite, and silicate slag simultaneously crystallize at 1216°C, but this is not observed in the actual sintered ore structure. .
酸化鉄の残留元鉱、初晶又は再結晶相と、第2鉱物相及び第2複合組織の何れかとが共存することで、第3複合組織が形成される。第3複合組織は、ヘマタイト及びマグネタイトの何れか一方とカルシウムフェライトとの複合組織であり、図1(b)において「E」で示される領域である。 The third composite structure is formed by the coexistence of the residual source ore, primary crystal, or recrystallized phase of iron oxide, and any one of the second mineral phase and the second composite structure. The third composite structure is a composite structure of either hematite or magnetite and calcium ferrite, and is a region indicated by "E" in FIG. 1(b).
また、CaO濃度が低い領域では、酸化鉄相の生成ののち、融液はシリケートスラグとして凝固する。この場合、酸化鉄相と融液中のシリケートスラグとが共存する第4複合組織が形成される。第4複合組織は、酸化鉄相とシリケートスラグとの複合組織であり、図1(b)において「F」で示される領域である。 Further, in a region where the CaO concentration is low, the melt solidifies as a silicate slag after the formation of an iron oxide phase. In this case, a fourth composite structure is formed in which the iron oxide phase and the silicate slag in the melt coexist. The fourth composite structure is a composite structure of an iron oxide phase and a silicate slag, and is a region indicated by "F" in FIG. 1(b).
表1は、第1鉱物相及び第2鉱物相並びに第1複合組織~第4複合組織を示す。 Table 1 shows the first mineral phase, the second mineral phase, and the first to fourth composite structures.
さらに、カルシウムフェライトとシリケートスラグとが互いの境界を多く含むように複雑に絡み合う複合組織を呈することから、本発明の発明者らは、第2鉱物相及び第2複合組織のそれぞれをカルシウムフェライトの形状に応じて更に分類して、学習用データとして使用することを見出した。 Furthermore, since calcium ferrite and silicate slag exhibit a complex structure in which they are intricately intertwined with each other, the inventors of the present invention determined that each of the second mineral phase and the second complex structure is composed of calcium ferrite. It was discovered that the data can be further classified according to shape and used as learning data.
カルシウムフェライトとシリケートスラグとの複合組織(第2複合組織)を針状のカルシウムフェライトとシリケートスラグとの複合組織である第2a複合組織、あるいは、柱状のカルシウムフェライトとシリケートスラグとの複合組織である第2b複合組織として類別してもよい。第2a複合組織は、図2(c)において「Da」で示される領域である。
第2b複合組織は、図2(d)において「Db」で示される領域である。
The composite structure of calcium ferrite and silicate slag (second composite structure) is a composite structure of acicular calcium ferrite and silicate slag, or a composite structure of columnar calcium ferrite and silicate slag. It may also be classified as a 2b composite tissue. The second a composite tissue is the area indicated by "Da" in FIG. 2(c).
The 2b composite tissue is the area indicated by "Db" in FIG. 2(d).
図1において「B」及び「D」~「F」で示される第1複合組織~第4複合組織に、断面画像の複数の領域のそれぞれを関連付けて生成された学習用データにより機械学習された学習モデルは、焼結鉱の特性を高精度に推定可能な情報を提供できる。 Machine learning was performed using learning data generated by associating each of a plurality of regions of a cross-sectional image with the first to fourth composite tissues indicated by "B" and "D" to "F" in Fig. 1. The learning model can provide information that allows highly accurate estimation of the properties of sintered ore.
また、学習モデルは、図1において「A」及び「C」で示される第1鉱物相~第2鉱物相に、断面画像の複数の領域のそれぞれを関連付けて生成された学習用データを使用して機械学習されてもよい。 In addition, the learning model uses learning data generated by associating each of a plurality of regions of a cross-sectional image with the first to second mineral phases indicated by "A" and "C" in Fig. 1. It may also be machine learned.
また、学習モデルは、図2において「Ca」、「Cb」、「Da」及び「Db」で示される第2a鉱物相、第2b鉱物相、第2a複合組織及び第2b複合組織に、断面画像の複数の領域のそれぞれを関連付けて生成された学習用データを使用して機械学習されてもよい。図2に示される第2a鉱物相、第2b鉱物相、第2a複合組織及び第2b複合組織に、断面画像の複数の領域のそれぞれを関連付けて生成された学習用データにより機械学習された学習モデルは、焼結鉱の特性を更に高精度に推定可能な情報を提供できる。 The learning model also uses cross-sectional images of the 2a mineral phase, 2b mineral phase, 2a composite structure, and 2b composite structure indicated by "Ca", "Cb", "Da", and "Db" in FIG. Machine learning may be performed using learning data generated by associating each of a plurality of regions. A learning model machine-learned using learning data generated by associating each of a plurality of regions of a cross-sectional image with the 2a mineral phase, the 2b mineral phase, the 2a composite structure, and the 2b composite structure shown in FIG. can provide information that allows the properties of sintered ore to be estimated with higher accuracy.
(実施形態に係る組織構成学習装置の構成及び機能)
図3は、実施形態に係る組織構成学習装置を含む組織構成学習システムを示す図である。
(Configuration and functions of organizational structure learning device according to embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing an organizational structure learning system including an organizational structure learning device according to an embodiment.
組織構成学習システム100は、光学顕微鏡101と、撮像装置102と、組織構成学習装置1とを有する。光学顕微鏡101は、断面が視認可能なように切断され、ステージ110に配置された焼結鉱105の所望の領域を、例えば500倍等の所望の倍率で拡大して観察する。光学顕微鏡101によって拡大された焼結鉱105の領域は、撮像装置102によって撮像される。撮像装置102は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等の画像検出素子と、画像検出素子が検出した画像を記憶する記憶素子とを有し、光学顕微鏡101によって拡大された焼結鉱105の領域を撮像する。
The tissue
撮像装置102によって撮像された焼結鉱の断面画像を示す画像データは、通信配線103を介して組織構成学習装置1に送信される。組織構成学習システム100では、撮像装置102と組織構成学習装置1との間は、通信配線103を介して通信可能に接続される。しかしながら、実施形態に係る組織構成学習システムでは、撮像装置102と組織構成学習装置1との間は、通信可能に接続されなくてもよい。撮像装置102と組織構成学習装置1との間が接続されないとき、焼結鉱の断面画像を示す画像データは、撮像装置102及び組織構成学習装置1に着脱可能な記憶媒体により記憶されて、撮像装置102から組織構成学習装置1に移動される。
Image data showing a cross-sectional image of the sintered ore captured by the
(実施形態に係る組織構成学習装置の構成及び機能)
図4は、組織構成学習装置1を示すブロック図である。
(Configuration and functions of organizational structure learning device according to embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing the organizational
組織構成学習装置1は、通信部11と、記憶部12と、入力部13と、出力部14と、処理部20と、学習モデル30とを有する。通信部11、記憶部12、入力部13、出力部14、処理部20及び学習モデル30は、バス15を介して互いに接続される。組織構成学習装置1は、撮像装置102によって撮像された焼結鉱の断面画像を示す画像データを使用して、焼結鉱の断面画像と焼結鉱の組織構成との関係性を学習モデル30に学習させる。一例では、組織構成学習装置1は、パーソナルコンピュータである。
The organizational
通信部11は、イーサネット(登録商標)などの有線の通信インターフェース回路を有する。通信部11は、通信配線103を介して撮像装置102及び不図示のサーバ等と通信を行う。
The
記憶部12は、例えば、半導体記憶装置、磁気テープ装置、磁気ディスク装置、又は光ディスク装置のうちの少なくとも一つを備える。記憶部12は、処理部20での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部12は、焼結鉱の断面画像を示す画像データを使用して、焼結鉱の断面画像と焼結鉱の組織構成との関係性を学習モデル30に学習させる組織構成学習処理を処理部20に実行させるための組織構成学習プログラム等を記憶する。組織構成学習プログラムは、例えばCD-ROM、DVD-ROM等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部12にインストールされてもよい。また、記憶部12は、組織構成学習処理で使用される種々のデータを記憶する。
The
入力部13は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボード等である。オペレータは、入力部13を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部13は、オペレータにより操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、オペレータの指示として、処理部20に供給される。
The
出力部14は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ等である。出力部14は、処理部20から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。また、出力部14は、紙などの表示媒体に、映像、画像又は文字等を印刷する出力装置であってもよい。
The
処理部20は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。処理部20は、組織構成学習装置1の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、CPUである。処理部20は、記憶部12に記憶されているプログラム(ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等)に基づいて処理を実行する。また、処理部20は、複数のプログラム(アプリケーションプログラム等)を並列に実行できる。
The
処理部20は、画像データ取得部21と、画像データ補正部22と、学習用データ生成部23と、学習処理部24と、学習モデル出力部25とを有する。これらの各部は、処理部20が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして組織構成学習装置1に実装されてもよい。
The
学習モデル30は、教師あり学習により抽象化された画像の特徴を学習する学習モデルであり、例えば、ディープラーニング等の公知の機械学習技術を用いて、焼結鉱の断面画像と焼結鉱の組織構成との関係性を学習する。ディープラーニングは、入力層、中間層及び出力層から構成される多層構造のニューラルネットワークを用いた機械学習である。入力層の各ノードには、焼結鉱の断面画像のそれぞれの特徴ベクトルが入力される。特徴ベクトルは、例えば、画像の一部の領域を切り出した部分画像であってもよい。また、特徴ベクトルとして使用される部分画像のそれぞれは、一部が他の部分画像と重畳するように切り出されてもよい。中間層の各ノードは、入力層の各ノードから出力された各特徴ベクトルに重みを乗算した値の総和を出力し、さらに、出力層は、中間層の各ノードから出力された各特徴ベクトルに重みを乗算した値の総和を出力する。学習モデル30は、各重みを調整しながら、出力層からの出力値と撮焼結鉱の断面画像のそれぞれとの差分が小さくなるように学習する。学習モデル30は、例えばZEISS社製の「ZEN Intellesis」である。
The
(実施形態に係る組織構成学習装置による組織構成学習処理)
図5は、組織構成学習装置1により実行される組織構成学習処理のフローチャートである。図5に示す組織構成学習処理は、予め記憶部12に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部20により組織構成学習装置1の各要素と協働して実行される。
(Organizational structure learning process by the organizational structure learning device according to the embodiment)
FIG. 5 is a flowchart of the organizational structure learning process executed by the organizational
まず、画像データ取得部21は、焼結鉱の断面を撮像した複数の断面画像をそれぞれが示す複数の画像データを取得する(S101)。画像データ取得部21によって取得される複数の画像データ画像に対応する複数の断面画像は、撮像装置102によって撮像された焼結鉱の断面画像である。
First, the image
次いで、画像データ補正部22は、S101の処理で取得された複数の画像データのそれぞれに所定の補正処理を実行する(S102)。画像データ補正部22は、例えば画像データに対応する断面画像に含まれる画素の輝度の中で最も高い輝度が所定の輝度となるように断面画像の輝度を補正する。また、画像データ補正部22は、画像データに対応する断面画像に含まれる画素の輝度の中で最も高い輝度と最も低い輝度との間の輝度の差が所望の輝度差になるように断面画像のコントラストを補正する。
Next, the image
次いで、学習用データ生成部23は、複数の画像データ画像に対応するそれぞれの断面画像の複数の領域のそれぞれを、焼結鉱に含まれる鉱物相、及び鉱物相により形成される複合組織を関連付けて複数の学習用データを生成する(S103)。学習用データ生成部23は、焼結鉱の断面画像を含むGUIを出力部14に表示することで、作業者の指示に従って断面画像の複数の領域のそれぞれを、焼結鉱に含まれる複合組織に関連付ける。また、学習用データ生成部23が複数の領域は、気孔に関連付けられてもよい。
Next, the learning
図6は、学習用データ生成部23が表示するGUIにより、断面画像の複数の領域のそれぞれを、鉱物相又は複合組織に関連付ける処理を示す図である。図6(a)は第1の状態を示し、図6(b)は第2の状態を示し、図6(c)は第3の状態を示し、図6(d)は第4の状態を示す。
FIG. 6 is a diagram showing a process of associating each of a plurality of regions of a cross-sectional image with a mineral phase or a composite structure using a GUI displayed by the learning
まず、学習用データ生成部23は、断面画像を含む学習用データ生成GUIを出力部14に表示する(図6(a)を参照)。次いで、作業者は、複合組織Aの領域を学習用データ生成GUIに含まれる焼結鉱の断面画像上で指定する(図6(b)を参照)。図6(b)に矢印αで示されるように、作業者による複合組織Aの領域は、領域の一部を指定することで指定される。
First, the learning
次いで、学習用データ生成部23は、作業者によって指定された複合組織Aに類似する領域を複合組織Aの領域と推定して、作業者によって推定された以外の複合組織Aの領域を追加した断面画像を生成する。学習用データ生成部23は、生成した断面画像を含む学習用データ生成GUIを出力部に表示する(図6(c)を参照)。複合組織Aの領域は、例えば所定の色に着色されることにより、他の領域と視覚的に識別可能なように表示される。
Next, the learning
以降、学習用データ生成部23は、焼結鉱の断面画像における複合組織Aの領域が作業者の所望の領域に一致するまで、作業者とインタラクティブに複合組織Aの領域を指定する処理を繰り返す。
Thereafter, the learning
焼結鉱の断面画像における複合組織Aの領域が作業者の所望の領域に一致すると、学習用データ生成部23は、複合組織Aと相違する複合組織Bの領域を指定する処理を作業者とインタラクティブに実行する。学習用データ生成部23は、断面画像に含まれる全ての鉱物相について、複合組織Aの領域を指定する処理と同様な処理を実行して、鉱物相の領域を指定する。学習用データ生成部23は、断面画像に含まれる全ての鉱物相又は複合組織の領域を指定する処理が終了すると、鉱物相又は複合組織の領域が指定されていない他の断面画像において同様の処理を実行する。
When the region of the composite structure A in the cross-sectional image of the sintered ore matches the region desired by the worker, the learning
学習用データ生成部23は、S101の処理で取得された全て画像データについて、鉱物相又は複合組織の領域を指定する処理を実施する(図6(d)を参照)。図6(d)に示す例では、断面画像は、複合組織A及び複合組織Bの3個の複合組織、並びに1個の複合組織Cを含む。学習用データ生成部23がS101の処理で取得された全て画像データについて、鉱物相又は複合組織の領域を指定する処理を完了すると、S103の処理は終了する。
The learning
S103の処理で生成される複数の学習用データは、ヘマタイト及びマグネタイトの何れか一方、カルシウムフェライト及びシリケートスラグの何れかにより形成される複合組織に、複数の領域を関連付けて生成された学習用データを含む。ヘマタイト及びマグネタイトの何れか一方、カルシウムフェライト及びシリケートスラグの何れかにより形成される複合組織に、複数の領域を関連付けて学習用データが生成されることで、焼結鉱の組織構成を高精度に推定可能な学習モデルを生成できる。 The plural pieces of learning data generated in the process of S103 are the learning data generated by associating a plurality of regions with a composite structure formed by either hematite or magnetite, calcium ferrite, or silicate slag. including. By associating multiple regions with a composite structure formed by either hematite or magnetite, calcium ferrite, or silicate slag, and generating training data, the structure of sintered ore can be determined with high precision. A learning model that can be estimated can be generated.
学習用データ生成部23が複数の領域に関連付けられる複合組織は、図1において「B」、「D」~「F」で示される第1複合組織~第4複合組織の少なくとも1つを含んでもよい。また、学習用データ生成部23が複数の領域に関連付けられる組織は、複合組織に加えて、図1において「A」及び「C」で示される第1鉱物相~第2鉱物相を更に含んでもよい。
The composite tissue in which the learning
第2鉱物相は、図2(a)におて「Ca」で示される第2a鉱物相、及び図2(b)におて「Cb」で示される第2b鉱物相を含んでもよい。また、第2組織は、図2(c)におて「Ba」で示される第2a複合組織、及び図2(d)におて「Db」で示される第2b複合組織を含んでもよい。 The second mineral phase may include a 2a mineral phase indicated by "Ca" in FIG. 2(a) and a 2b mineral phase indicated by "Cb" in FIG. 2(b). Further, the second tissue may include a 2a composite tissue indicated by "Ba" in FIG. 2(c) and a 2b composite tissue indicated by "Db" in FIG. 2(d).
学習用データ生成部23が複数の領域に関連付けられる組織が第3鉱物相及び第4鉱物相並びに第2a複合組織及び第2b複合組織を含むことで、針状及び柱状のカルシウムフェライトが、シリケートスラグとの複合組織であるか否かを判定することができる。
The learning
また、学習用データ生成部23が複数の領域に関連付けられる組織は、酸化鉄相(第1鉱物相)を細分して、一次ヘマタイト(一次マグネタイト)(第11鉱物相)及び二次ヘマタイト(二次マグネタイト)(第12鉱物相)を更に含んでもよい。
In addition, the learning
次いで、学習処理部24は、S103の処理で生成された学習用データを用いて、S101の処理で取得された複数の画像データに対応する複数の断面画像と焼結鉱の鉱物相及び複合組織の組織構成との関係性を学習モデル30に学習させる(S104)。学習モデル30は、断面画像と焼結鉱の鉱物相及び複合組織の組織構成との関係性を学習することによって、焼結鉱の断面を撮像した断面画像から焼結鉱の鉱物相及び複合組織の組織構成を高精度に推定する処理が実行可能になる。
Next, the
そして、学習モデル出力部25は、S104の処理で機械学習された学習モデル30を、例えば不図示のサーバに出力する(S105)。学習モデル30は、例えば製鉄所の焼結鉱製造工程において、焼結鉱の組織構成を推定するために使用される。
Then, the learning
(実施形態に係る組織構成学習装置の作用効果)
組織構成学習装置1は、断面画像の複数の領域のそれぞれを、焼結鉱に含まれる鉱物相により形成される複合組織を関連付けて生成された学習用データを教師データとして学習モデル30を生成する。学習モデル30は、断面画像の複数の領域を鉱物相だけではなく複合組織に関連付けて学習用データを教師データとして学習モデル30を生成するので、学習モデル30は、焼結鉱の組織構成を高精度に推定できる。具体的には、学習モデル30は、図1において「B」及び「D」~「F」で示される第1複合組織~第4複合組織に、断面画像の複数の領域のそれぞれを関連付けて生成された学習用データを使用して機械学習される。
(Operations and effects of the organizational structure learning device according to the embodiment)
The
また、組織構成学習装置1は、図1において「A」及び「C」で示される第1鉱物相~第2鉱物相に、断面画像の複数の領域のそれぞれを関連付けて生成された学習用データを教師データとして学習モデル30を生成する。断面画像の複数の領域を、複合組織に加えて鉱物相に関連付けて学習用データを教師データとして学習モデル30を生成するので、学習モデル30は、焼結鉱の組織構成を更に高精度に推定できる。
The tissue
また、組織構成学習装置1は、図2に示される第3鉱物相、第4鉱物相、第2a複合組織及び第2b複合組織に、断面画像の複数の領域のそれぞれを関連付けて生成された学習用データを教師データとして学習モデル30を生成する。断面画像の複数の領域を、形状が類似する第3鉱物相、第4鉱物相、第2a複合組織及び第2b複合組織に関連付けて学習用データを教師データとして学習モデル30を生成するので、学習モデル30は、焼結鉱の組織構成を更に高精度に推定できる。
特に、本発明の学習モデルを用いることにより、第2鉱物相を第2a鉱物相と第2b鉱物相に、第2複合組織を第2a複合組織と第2b複合組織に、従来法と比較して簡便に高精度に細分し、それぞれの構成比率を定量化できる。その結果、焼結鉱の組織とその品質、特に被還元性との関係を従来以上に明確に関連付けることができると期待される。
また、本発明の学習モデルを用いることにより、第1鉱物相としてだけでなく、従来不可能であった第12鉱物相の構成比率まで定量化できる。その結果、第12鉱物相は焼結鉱品質の一つである還元粉化性を支配しているとされるので、焼結鉱の組織とその還元粉化性との関係を従来以上に明確に関連付けることができると期待される。
The tissue
In particular, by using the learning model of the present invention, the second mineral phase can be changed into a 2a mineral phase and a 2b mineral phase, and the second composite structure can be changed into a 2a composite structure and a 2b composite structure, compared to the conventional method. It can be easily subdivided with high precision and the composition ratio of each component can be quantified. As a result, it is expected that the relationship between the structure of sintered ore and its quality, especially its reducibility, will be more clearly related than ever before.
Further, by using the learning model of the present invention, it is possible to quantify not only the composition ratio of the first mineral phase but also the composition ratio of the twelfth mineral phase, which was previously impossible. As a result, the 12th mineral phase is said to control the reduction powdering property, which is one of the qualities of sintered ore, so the relationship between the structure of sintered ore and its reduction powdering property has been clarified more clearly than ever before. It is expected that it will be possible to relate to
12枚の焼結鉱の断面画像の複数の領域のそれぞれを、鉱物相、複合組織及び気孔の組織構成に関連付けて複数の学習用データを生成し、生成した学習用データを教師データとして使用して断面画像と焼結鉱の組織構成との関係を学習モデルに機械学習させた。使用された学習モデルは、ZEISS社製の「ZEN Intellesis」である。 Multiple regions of 12 cross-sectional images of sintered ore are associated with the mineral phase, composite structure, and pore structure to generate multiple pieces of learning data, and the generated learning data are used as training data. A learning model was used to learn the relationship between cross-sectional images and the structure of sintered ore. The learning model used was "ZEN Intellesis" manufactured by ZEISS.
教師データとして使用される学習用データは、500倍の倍率で撮像された焼結鉱の断面画像の複数の領域を8種類の鉱物相、複合組織及び気孔に分類した。鉱物相は、一次ヘマタイト、二次ヘマタイト、元鉱緻密ヘマタイト、一次マグネタイト、二次マグネタイト、柱状カルシウムフェライト、針状カルシウムフェライト及びシリケートスラグを含む。複合組織は、針状カルシウムフェライトとシリケートスラグとによる複合組織を含む。 The learning data used as training data was obtained by classifying multiple regions of a cross-sectional image of sintered ore taken at a magnification of 500 times into eight types of mineral phases, composite structures, and pores. The mineral phases include primary hematite, secondary hematite, original compact hematite, primary magnetite, secondary magnetite, columnar calcium ferrite, acicular calcium ferrite, and silicate slag. The composite structure includes a composite structure of acicular calcium ferrite and silicate slag.
図7(a)は学習用データとして使用された断面画像の元画像を示す図である。図7(b)は、図7(a)の元画像を分類対象鉱物ごとに作業者が目視で類別した後の画像であって、学習用データとして使用された画像を示す図である。図7(a)及び図7(b)のそれぞれは、3行4列の12枚の断面画像を含み、図7(a)に示される画像と図7(b)に示される画像とは、対応する画像が同一の位置に配置される。例えば、図7(a)において左上の角に配置される画像は、図7(b)において左上の角に配置される画像に対応する。 FIG. 7(a) is a diagram showing the original image of the cross-sectional image used as the learning data. FIG. 7(b) is an image obtained by visually classifying the original image of FIG. 7(a) by an operator for each mineral to be classified, and is a diagram showing an image used as learning data. Each of FIGS. 7(a) and 7(b) includes 12 cross-sectional images arranged in 3 rows and 4 columns, and the image shown in FIG. 7(a) and the image shown in FIG. 7(b) are Corresponding images are placed at the same location. For example, the image placed at the upper left corner in FIG. 7(a) corresponds to the image placed at the upper left corner in FIG. 7(b).
図7(a)及び7(b)において、一次ヘマタイトは符号40で示され、二次ヘマタイトは符号41で示され、元鉱ヘマタイトは符号42で示され、一次マグネタイトは符号43で示され、二次マグネタイトは符号44で示される。また、柱状カルシウムフェライトは符号45で示され、針状カルシウムフェライトは符号46で示され、シリケートスラグは符号47で示され、針状カルシウムフェライトとシリケートスラグによる複合組織は符号48で示され、気孔は符号49で示される。 In FIGS. 7(a) and 7(b), primary hematite is indicated by 40, secondary hematite is indicated by 41, original hematite is indicated by 42, primary magnetite is indicated by 43, The secondary magnetite is designated by 44. Further, columnar calcium ferrite is indicated by 45, acicular calcium ferrite is indicated by 46, silicate slag is indicated by 47, a composite structure of acicular calcium ferrite and silicate slag is indicated by 48, and pores are indicated by 48. is indicated by the reference numeral 49.
図7(b)において、一次ヘマタイトはオレンジ色に着色され、二次ヘマタイトは灰色に着色され、元鉱ヘマタイトは赤色に着色され、一次マグネタイトはオリーブ色に着色され、二次マグネタイトは青色に着色される。また、柱状カルシウムフェライトは黄色に着色され、針状カルシウムフェライトは水色に着色され、シリケートスラグは緑色に着色され、針状カルシウムフェライトとシリケートスラグによる複合組織は黄緑色に着色され、気孔は紫色に着色される。 In Figure 7(b), primary hematite is colored orange, secondary hematite is colored gray, original hematite is colored red, primary magnetite is colored olive, and secondary magnetite is colored blue. be done. In addition, columnar calcium ferrite is colored yellow, acicular calcium ferrite is colored light blue, silicate slag is colored green, the composite structure of acicular calcium ferrite and silicate slag is colored yellow-green, and pores are colored purple. colored.
図7に示す断面画像を教師データとして使用して機械学習された学習モデルは、焼結鉱の300枚の断面画像を使用して評価された。学習モデルの評価に使用された300枚の断面画像は、30個の焼結鉱のそれぞれから10箇所の断面の画像を撮像して用意された。 A learning model that was machine learned using the cross-sectional images shown in FIG. 7 as training data was evaluated using 300 cross-sectional images of sintered ore. The 300 cross-sectional images used to evaluate the learning model were prepared by capturing cross-sectional images at 10 locations from each of the 30 sintered ores.
図8及び9は、評価用の断面画像と、評価用の断面画像に対応する学習モデルが出力する断面画像を示す図である。図8(a)~8(d)及び9(a)~9(d)に示す断面画像は、評価用の断面画像として使用された画像を示す。図8(e)~8(h)及び9(e)~9(h)のそれぞれは、図8(a)~8(d)及び9(a)~9(d)に示す断面画像に対応する学習モデルが出力する画像を示す。 8 and 9 are diagrams showing a cross-sectional image for evaluation and a cross-sectional image output by a learning model corresponding to the cross-sectional image for evaluation. The cross-sectional images shown in FIGS. 8(a) to 8(d) and 9(a) to 9(d) are images used as cross-sectional images for evaluation. 8(e) to 8(h) and 9(e) to 9(h) correspond to the cross-sectional images shown in FIGS. 8(a) to 8(d) and 9(a) to 9(d), respectively. The image output by the learning model is shown below.
図8(a)~8(d)及び9(a)~9(d)に示す断面画像は、500倍の倍率で撮像された焼結鉱の断面画像である。学習モデルは、図8(a)~8(d)及び9(a)~9(d)に示すように、焼結鉱の組織を図7(b)に示す組織と同一の色に着色して出力する。 The cross-sectional images shown in FIGS. 8(a) to 8(d) and 9(a) to 9(d) are cross-sectional images of sintered ore taken at a magnification of 500 times. The learning model, as shown in Figures 8(a) to 8(d) and 9(a) to 9(d), colors the structure of the sintered ore in the same color as the structure shown in Figure 7(b). and output it.
表2は、組織構成学習装置1が生成した学習モデルによる組織構成の判定と、比較例に係る組織構成の判定との比較結果を示す。
Table 2 shows the comparison results between the organizational structure determination based on the learning model generated by the organizational
参考例(判定基準)は、300枚の評価用の断面画像の全てに含まれる鉱物相、複合組織及び気孔を、オペレータが目視により識別して判定したものである。参考例は、300枚の評価用の断面画像の全てをオペレータが目視により識別するため、判定精度は100%であるが、判定負荷が非常に大きくなり好ましくない。 In the reference example (judgment criteria), the operator visually identified and determined the mineral phase, composite structure, and pores contained in all 300 cross-sectional images for evaluation. In the reference example, all 300 cross-sectional images for evaluation are visually identified by the operator, so the determination accuracy is 100%, but the burden of determination becomes extremely large, which is not preferable.
なお、参考例におけるオペレータによる判定結果は、比較例及び実施例の判定精度を決定するときの判定基準になる。対象とする断面画像に含まれる組織に対する比較例及び実施例による判定結果が、オペレータによる判定結果と完全に一致したとき、対象とする断面画像の比較例及び実施例による判定結果が正しいと決定された。一方、対象とする断面画像に含まれる組織に対する比較例及び実施例による判定結果が、オペレータによる判定結果と一部でも異なっていたとき、対象とする断面画像の比較例及び実施例による判定結果が誤りであると決定された。 Note that the determination result by the operator in the reference example becomes the determination standard when determining the determination accuracy of the comparative example and the example. When the determination results according to the comparison example and the example for the tissue included in the target cross-sectional image completely match the determination results by the operator, the determination result according to the comparison example and the example for the target cross-sectional image is determined to be correct. Ta. On the other hand, when the judgment results according to the comparison example and the example for the tissue included in the target cross-sectional image differ even in part from the judgment result by the operator, the judgment result according to the comparison example and the example for the target cross-sectional image differs even in part. determined to be incorrect.
比較例は、特許文献2に記載される輝度解析による判定であり、輝度ヒストグラムに閾値を設定して、断面画像の領域が鉱物相及び複合組織の何れかに対応するかを判定した。輝度解析では輝度分布が類似する組織を精度高く判定することは容易ではなく、比較例の判定精度は0%であった。 A comparative example is a determination based on brightness analysis described in Patent Document 2, in which a threshold value is set in a brightness histogram to determine whether a region of a cross-sectional image corresponds to either a mineral phase or a composite structure. In brightness analysis, it is not easy to accurately determine tissues with similar brightness distributions, and the determination accuracy in the comparative example was 0%.
実施例では、図7に示す断面画像を教師データとして使用して機械学習された学習モデルにより、断面画像の領域が鉱物相及び複合組織の何れかに対応するかを判定した。実施例における学習モデルによる判定の判定精度は、91%であった。 In the example, it was determined whether a region of the cross-sectional image corresponds to either a mineral phase or a composite structure using a machine learning learning model using the cross-sectional image shown in FIG. 7 as training data. The determination accuracy of the determination by the learning model in the example was 91%.
実施例において、学習モデルは針状カルシウムフェライトに関して、それが単独で存在するものとスラグと共存して複合組織を形成しているものとに分離する。このそれぞれの構成比率を定量化した結果を表3示す。 In the example, the learning model separates acicular calcium ferrite into those in which it exists alone and those in which it coexists with slag to form a composite structure. Table 3 shows the results of quantifying the respective composition ratios.
また、実施例では、学習モデルが断面画像に含まれる組織を判定するので、オペレータは、最低限の負荷で焼結鉱の組織構成に関する情報を取得できる。 Further, in the embodiment, since the learning model determines the tissue included in the cross-sectional image, the operator can obtain information regarding the structure of the sintered ore with a minimum burden.
1 組織構成学習装置
20 処理部
21 画像データ取得部
22 画像データ補正部
23 学習用データ生成部
24 学習処理部
25 学習モデル出力部
30 学習モデル
100 組織構成学習システム
101 光学顕微鏡
102 撮像装置
1 Tissue
Claims (7)
前記断面画像の複数の領域のそれぞれを、焼結鉱に含まれる鉱物相により形成される複合組織の組織構成に関連付けて複数の学習用データを生成する学習用データ生成部と、
前記複数の学習用データを用いて前記複数の断面画像と前記複合組織の組織構成との関係性を学習モデルに学習させる学習処理部と、
学習した前記複数の断面画像と前記複合組織の組織構成との関係性に基づいて、焼結鉱の断面を撮像した断面画像から前記複合組織の組織構成を推定する学習モデルを出力する学習モデル出力部と、
を有することを特徴とする焼結鉱の組織構成学習装置。 an image data acquisition unit that acquires a plurality of image data each showing a plurality of cross-sectional images taken of a cross-section of the sintered ore;
a learning data generation unit that generates a plurality of learning data by associating each of the plurality of regions of the cross-sectional image with a structure of a composite structure formed by a mineral phase contained in the sintered ore;
a learning processing unit that causes a learning model to learn a relationship between the plurality of cross-sectional images and the tissue configuration of the composite tissue using the plurality of learning data;
A learning model output that outputs a learning model that estimates the tissue structure of the composite tissue from a cross-sectional image of a cross section of sintered ore based on the learned relationship between the plurality of cross-sectional images and the structure of the composite tissue. Department and
A device for learning the structure of sintered ore, comprising:
前記第2複合組織は、針状のカルシウムフェライトとシリケートスラグとの複合組織である第2a複合組織、及び柱状のカルシウムフェライトとシリケートスラグとの複合組織である第2b複合組織を含む、請求項3又は4に記載の焼結鉱の組織構成学習装置。 The second mineral phase includes a 2a mineral phase that is acicular calcium ferrite, and a 2b mineral phase that is columnar calcium ferrite,
3. The second composite structure includes a 2a composite structure that is a composite structure of acicular calcium ferrite and a silicate slag, and a 2b composite structure that is a composite structure of columnar calcium ferrite and a silicate slag. Or the sintered ore structure learning device according to 4.
前記断面画像の複数の領域のそれぞれを、焼結鉱に含まれる鉱物相により形成される複合組織の組織構成に関連付けて複数の学習用データを生成する学習用データ生成部と、
前記複数の学習用データを用いて前記複数の断面画像と前記複合組織の組織構成との関係性を学習モデルに学習させ、
学習した前記複数の断面画像と前記複合組織の組織構成との関係性に基づいて、焼結鉱の断面を撮像した断面画像から前記複合組織の組織構成を推定する学習モデルを出力する、
処理をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする焼結鉱の組織構成学習プログラム。 Obtain multiple image data each showing multiple cross-sectional images of the cross-section of the sintered ore,
a learning data generation unit that generates a plurality of learning data by associating each of the plurality of regions of the cross-sectional image with a structure of a composite structure formed by a mineral phase contained in the sintered ore;
causing a learning model to learn the relationship between the plurality of cross-sectional images and the tissue configuration of the composite tissue using the plurality of learning data;
outputting a learning model that estimates the tissue structure of the composite tissue from a cross-sectional image obtained by capturing a cross section of sintered ore based on the learned relationship between the plurality of cross-sectional images and the structure of the composite tissue;
A sintered ore structure learning program characterized by causing a computer to execute processing.
前記断面画像の複数の領域のそれぞれを、焼結鉱に含まれる鉱物相により形成される複合組織の組織構成に関連付けて複数の学習用データを生成する学習用データ生成部と、
前記複数の学習用データを用いて前記複数の断面画像と前記複合組織の組織構成との関係性を学習モデルに学習させ、
学習した前記複数の断面画像と前記複合組織の組織構成との関係性に基づいて、焼結鉱の断面を撮像した断面画像から前記複合組織の組織構成を推定する学習モデルを出力する、
ことを含む、ことを特徴とする焼結鉱の組織構成学習方法。 Obtain multiple image data each showing multiple cross-sectional images of the cross-section of the sintered ore,
a learning data generation unit that generates a plurality of learning data by associating each of the plurality of regions of the cross-sectional image with a structure of a composite structure formed by a mineral phase contained in the sintered ore;
causing a learning model to learn the relationship between the plurality of cross-sectional images and the tissue configuration of the composite tissue using the plurality of learning data;
outputting a learning model that estimates the tissue structure of the composite tissue from a cross-sectional image obtained by capturing a cross section of sintered ore based on the learned relationship between the plurality of cross-sectional images and the structure of the composite tissue;
A method for learning the structure of sintered ore, comprising:
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