JP7485356B2 - Crack detection method, crack detection device and program - Google Patents
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Description
本願発明は、ひび割れ検出方法、ひび割れ検出装置及びプログラムに関し、特に、検出画像データに撮影されたひび割れ部を認識するひび割れ検出方法等に関する。 The present invention relates to a crack detection method, a crack detection device, and a program, and in particular to a crack detection method that recognizes cracks captured in detection image data.
例えば特許文献1には、ウェーブレット係数が閾値よりも大きい画素を使ってコンクリート表面に生じているひび割れを検出することが記載されている。
For example,
しかしながら、特許文献1記載のように、単に画素を単位としてひび割れがあるか否かを二値的に判定することでは、十分な精度が期待できない。
However, as described in
そこで、本願発明は、ひび割れを検出するために撮影された画像データの解像度に着目して、精度を向上させることに適したひび割れ検出方法等を提案することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to propose a crack detection method that is suitable for improving accuracy by focusing on the resolution of image data captured to detect cracks.
本願発明の第1の観点は、検出画像データに撮影されたひび割れ部を認識するひび割れ検出方法であって、情報処理装置が備える学習手段が、前記検出画像データの解像度よりも狭い幅のひび割れが撮影された教画像像データを含む教師データを用いて学習処理を行う学習ステップと、ひび割れ検出装置が備える認識処理部が、前記学習処理を利用して、前記ひび割れ部を撮影して得られた前記検出画像データから前記検出画像データの解像度よりも幅が小さいひび割れ部を認識する認識ステップを含む。 The first aspect of the present invention is a crack detection method for recognizing cracks captured in detection image data, comprising a learning step in which a learning means included in an information processing device performs a learning process using teacher data including teaching image data in which cracks with a width narrower than the resolution of the detection image data are captured, and a recognition step in which a recognition processing unit included in a crack detection device uses the learning process to recognize cracks with a width narrower than the resolution of the detection image data from the detection image data obtained by capturing the cracks.
本願発明の第2の観点は、第1の観点のひび割れ検出方法であって、前記教師データは、前記教師画像データと、前記教師画像データにおけるひび割れ位置及びひび割れ幅を特定するアノテーション画像データを含み、前記ひび割れ幅は、前記検出画像データの解像度よりも狭い第1幅と、前記第1幅よりも狭い第2幅を含み、前記学習ステップにおいて、前記学習手段は、モデルに対して、前記教師画像データを入力して前記アノテーション画像データを出力するように学習処理を行い、前記認識ステップにおいて、前記認識処理部は、前記モデルを用いて、前記検出画像データから、前記第1幅と前記第2幅のひび割れ部を区別して、前記ひび割れ部の位置及び幅を検出する。 A second aspect of the present invention is a crack detection method according to the first aspect, in which the teacher data includes the teacher image data and annotation image data that specifies the crack position and crack width in the teacher image data, the crack width includes a first width narrower than the resolution of the detected image data and a second width narrower than the first width, in the learning step, the learning means performs a learning process to input the teacher image data to a model and output the annotation image data, and in the recognition step, the recognition processing unit uses the model to distinguish between crack portions of the first width and the second width from the detected image data and detect the position and width of the crack portion.
本願発明の第3の観点は、第2の観点のひび割れ検出方法であって、前記教師画像データは、教師画像処理エンジンが教師撮像素子から出力されたデータを処理して得られたものであり、前記検出画像データは、検出画像処理エンジンが検出撮像素子から出力されたデータを処理して得られたものであり、前記認識ステップにおいて、前記ひび割れ検出装置が備える認識調整部が、前記教師撮像素子と前記検出撮像素子との違い及び/又は前記教師画像処理エンジンによる処理と前記検出画像処理エンジンによる処理との違いによって前記第1幅及び/又は前記第2幅のひび割れ部の画像データにおける現れ方の違いを調整して、前記認識処理部は、前記モデルを用いて、前記検出画像データから、前記第1幅と前記第2幅のひび割れ部を区別して、前記ひび割れ部の位置及び幅を検出する。 A third aspect of the present invention is a crack detection method according to the second aspect, in which the teacher image data is obtained by a teacher image processing engine processing data output from a teacher imaging element, and the detection image data is obtained by a detection image processing engine processing data output from a detection imaging element, and in the recognition step, a recognition adjustment unit provided in the crack detection device adjusts the difference in appearance in the image data of the crack portion of the first width and/or the second width due to the difference between the teacher imaging element and the detection imaging element and/or the difference between the processing by the teacher image processing engine and the processing by the detection image processing engine, and the recognition processing unit uses the model to distinguish between the crack portion of the first width and the crack portion of the second width from the detection image data and detects the position and width of the crack portion.
本願発明の第4の観点は、検出画像データに撮影されたひび割れ部を認識するひび割れ検出装置であって、前記検出画像データの解像度よりも狭い幅のひび割れが撮影された教画像像データを含む教師データを用いた学習処理を利用して、前記ひび割れ部を撮影して得られた前記検出画像データから前記検出画像データの解像度よりも幅が小さいひび割れ部を認識する認識ステップを含む認識処理部を備える。 The fourth aspect of the present invention is a crack detection device that recognizes cracks captured in detection image data, and includes a recognition processing unit that includes a recognition step that uses a learning process using teacher data including teaching image data in which cracks with a width narrower than the resolution of the detection image data are captured, to recognize cracks whose width is narrower than the resolution of the detection image data from the detection image data obtained by capturing the cracks.
本願発明の第5の観点は、コンピュータにおいて、第1から第3のいずれかの観点のひび割れ検出方法における前記認識ステップを実現するためのプログラムである。 The fifth aspect of the present invention is a program for implementing the recognition step in the crack detection method of any one of the first to third aspects in a computer.
なお、本願発明を、本願発明の第5の観点のプログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。また、本願発明を、学習手段が、前記検出画像データの解像度よりも幅が大きいひび割れ部の検出処理において、前記検出画像データの解像度よりも幅が小さいひび割れ部を検出する処理を利用して検出精度を向上させるものとして捉えてもよい。 The present invention may be understood as a computer-readable recording medium that records the program of the fifth aspect of the present invention. The present invention may also be understood as a learning means that improves detection accuracy by utilizing a process for detecting cracks that are narrower than the resolution of the detection image data in a process for detecting cracks that are wider than the resolution of the detection image data.
本願発明によれば、学習処理を利用して画像データの解像度よりも幅の狭いひび割れを検出することにより、解像度を超えた精度の高いひび割れ検出処理を実現することができる。 According to the present invention, by using a learning process to detect cracks narrower than the resolution of the image data, it is possible to achieve a crack detection process with high accuracy that exceeds the resolution.
以下では、図面を参照して、本願発明の実施例について説明する。なお、本願発明は、この実施例に限定されるものではない。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment.
撮影装置(カメラなど)において、撮像素子は、レンズから入ってきた光を電気信号に変換する電子部品である。RAW画像データは、撮像素子から得られた無加工のセンサデータである。画像処理エンジンは、RAW画像データを画像ファイルに変換する。撮影装置は、RAW画像データをJPEGなどの画像ファイル形式に変換して出力する。また、撮影装置によっては、RAW画像データを出力できるものもある。 In a photographing device (such as a camera), the image sensor is an electronic component that converts the light entering through the lens into an electrical signal. RAW image data is unprocessed sensor data obtained from the image sensor. An image processing engine converts the RAW image data into an image file. The photographing device converts the RAW image data into an image file format such as JPEG and outputs it. Some photographing devices are also capable of outputting RAW image data.
解像度は、撮影装置から出力される画像データにおける単位面積当たりの画素数である。ひび割れ検出では、従来、特許文献1などにあるように、画素を単位として、ひび割れが存在するか否かを判断することが行われていた。ひび割れは存在するか否かという二値的な状態であり、画素を単位にして二値的な判断を行うことは極めて自然である。この場合に、解像度を高めることにより、ひび割れ検出の精度が向上すると期待される。
Resolution is the number of pixels per unit area in image data output from a photographing device. Conventionally, in crack detection, as in
しかしながら、画質は、撮像素子のサイズが同じであったり小さくなったりすると、解像度を大きくしても高画質にならない場合がある。撮像素子では、通常、一つの画素全体が受光領域として利用できるわけではない。解像度が高くなると受光領域が小さくなり、画質が低下する可能性がある。そのため、高解像度にすると、ひび割れの光を受光領域で受光できず、検出できない可能性もある。ひび割れを高精度に検出するためには、解像度と受光領域のバランスを考慮する必要がある。撮影装置は、小型化しており、解像度が低いものを利用して受光領域を確保して画質を保つことにより、ひび割れの検出精度を高めることが望ましい場合もある。 However, when the size of the imaging element remains the same or becomes smaller, the image quality may not improve even if the resolution is increased. With imaging elements, the entire pixel cannot usually be used as a light-receiving area. As the resolution increases, the light-receiving area becomes smaller, and image quality may decrease. Therefore, if the resolution is increased, the light from the crack may not be received by the light-receiving area, and it may not be possible to detect the crack. In order to detect cracks with high accuracy, it is necessary to consider the balance between resolution and light-receiving area. As imaging devices become smaller, it may be desirable to improve the accuracy of crack detection by using a device with a low resolution to ensure a light-receiving area and maintain image quality.
RAW画像データを利用することは、検出精度の観点からは望ましいとも考えられる。しかしながら、高度な検出処理を利用するには、データサイズを小さくして、データの送受信を容易にすることが望ましい場合もある。そうすると、画像処理エンジンにより解像度を低下させて、ファイルサイズを小さな画像データを出力させることにより高度な検出処理を用いやすくすることが望ましいことも考えられる。 The use of RAW image data is considered desirable from the standpoint of detection accuracy. However, in order to use advanced detection processing, it may be desirable to reduce the data size to make it easier to send and receive data. In that case, it may be desirable to reduce the resolution using the image processing engine and output image data with a small file size to make it easier to use advanced detection processing.
ひび割れ検出の精度を高めるためには、撮像素子でひび割れの光を検出すること、そして、撮像素子で検出されたひび割れの光が画像処理エンジンにより画像ファイルに現れることを適切に分析することが必要である。図1などを利用して、学習処理を利用して画像データにおけるひび割れ位置とひび割れ幅を同時に評価して、解像度よりも小さな幅であっても高精度にひび割れ部を検出することができることを説明する。 To improve the accuracy of crack detection, it is necessary to detect the light from the crack with an imaging element, and then to properly analyze how the light from the crack detected by the imaging element appears in the image file using an image processing engine. Using Figure 1 and other figures, we explain how a learning process can be used to simultaneously evaluate the crack position and crack width in image data, making it possible to detect cracks with high accuracy even if the width is smaller than the resolution.
また、従来は、システムで使用する撮影装置を一定のものとしていた。しかしながら、撮影装置の技術は、日々進化しており、例えば同じハードウェアであっても、ソフトウェアを更新することにより画像処理エンジンの処理が異なることもある。撮影装置を固定してしまっては、撮影装置の技術進歩を検出精度の向上に活用できないことになる。図8などを利用して、撮像装置が変わる場合の検出処理について説明する。 Also, conventionally, the imaging device used in a system was fixed. However, imaging device technology is evolving day by day, and even with the same hardware, for example, the processing of the image processing engine may differ due to software updates. If the imaging device is fixed, technological advances in imaging devices cannot be utilized to improve detection accuracy. Using Figure 8 and other figures, the detection process when the imaging device is changed will be explained.
図1は、本願発明の実施の形態に係るひび割れ検出システムの構成の一例を示すブロック図である。 Figure 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a crack detection system according to an embodiment of the present invention.
ひび割れ検出システム1は、教師撮影装置3と、学習処理装置5と、検出撮影装置7と、ひび割れ検出装置9を備える。
The
教師撮影装置3は、教師撮像素子11と、教師画像処理エンジン13と、教師撮影記憶部15を備える。教師撮影記憶部15は、教師撮影データ19を記憶する。
The
学習処理装置5は、教師データ記憶部21と、アノテーション処理部23と、学習処理部25と、モデル記憶部27を備える。教師データ記憶部21は、複数の教師データ31を記憶する。それぞれの教師データ31は、教師画像データ33と、アノテーションデータ35を含む。アノテーションデータ35は、アノテーション位置データ37と、アノテーション幅データ39を備える。モデル記憶部27は、モデル43を記憶する。
The
検出撮影装置7は、検出撮像素子51と、検出画像処理エンジン53と、検出撮影記憶部55を備える。検出撮影記憶部55は、検出撮影データ59を記憶する。
The detection and photography device 7 includes a
ひび割れ検出装置9は、検出データ記憶部61と、認識処理部65と、検出結果データ記憶部67を備える。検出データ記憶部61は、検出画像データ71を記憶する。検出結果データ記憶部67は、検出結果データ73を記憶する。
The
図2は、図1のひび割れ検出システム1の動作の一例を示すフロー図である。教師撮影装置3は、建造物や構造物などに生じるひび割れを撮影し、教師撮影データ19を得る(ステップST1)。具体的には、教師撮影装置3において、教師撮像素子11は、レンズから入ってきたひび割れ及びその周囲の光を電気信号に変換してRAW画像データを得る。教師画像処理エンジン13は、RAW画像データを所定の解像度である教師撮影データ19に変換して出力する。教師撮影記憶部15は、教師撮影データ19を記憶する。教師撮影データ19は、多数存在するが、この例では解像度は同じであり、以下では、この解像度を「教師解像度」という。教師解像度は、RAW画像データと同じでもよく、小さくてもよい。
Figure 2 is a flow diagram showing an example of the operation of the
学習処理装置5において、学習処理部25は、教師撮影装置3から教師撮影データ19を得る。学習処理装置5は、教師撮影装置3から、例えばインターネットなどの通信手段を利用したり、教師撮影記憶部15をUSBメモリなどとして接続し直したりすることにより、教師撮影データ19を得ることができる。教師データ記憶部21は、得られた教師撮影データ19を、教師画像データ33として記憶する。教師画像データ33は、教師撮影データ19をそのまま記憶してもよく、教師撮影データ19から一つ又は複数のひび割れ個所を抽出して記憶してもよい。
In the
アノテーション処理部23は、教師画像データ33のそれぞれに対応して、アノテーションデータ35を組み合わせる(ステップST2)。アノテーションデータ35は、教師画像データ33におけるひび割れの位置及び幅を特定する情報である。アノテーション位置データ37は、ひび割れの位置を特定する。アノテーション幅データ39は、ひび割れの幅を特定する。少なくともひび割れの幅は、教師解像度よりも小さい第1幅と、第1幅よりも小さい第2幅を含む。教師データ31は、教師画像データ33に対応して多数存在する。アノテーション処理部23は、学習処理装置5の管理者によって位置及び幅が指定されたアノテーションデータ35を組み合わせてもよく、自動的に検出された位置及び幅によるアノテーションデータ35を組み合わせてもよく、両者を組み合わせてもよい。
The
学習処理装置5において、学習処理部25は、多数の教師データ31を利用した学習処理により、教師画像データ33を入力とし、アノテーションデータ35を出力とするモデル43を生成する(ステップST3)。モデルは、一般に知られている学習モデルを利用することができる。モデル記憶部27は、生成されたモデル43を記憶する。
In the
検出撮影装置7は、ひび割れ部の検出処理の対象となる建造物の壁などを撮影し、検出撮影データ59を得る(ステップST4)。具体的には、検出撮影装置7において、検出撮像素子51は、レンズから入ってきた処理対象部の光を電気信号に変換してRAW画像データを得る。検出画像処理エンジン53は、RAW画像データを所定の解像度である検出撮影データ59に変換して出力する。検出撮影記憶部55は、検出撮影データ59を記憶する。この例では、検出撮影データ59の解像度は、教師解像度と同じであるとする。
The detection and photography device 7 photographs the wall of a building or the like that is the target of the crack detection process, and obtains detection photography data 59 (step ST4). Specifically, in the detection and photography device 7, the
ひび割れ検出装置9において、認識処理部65は、検出撮影装置7から検出撮影データ59を得る。検出データ記憶部61は、得られた検出撮影データ59を、検出画像データ71として記憶する。検出画像データ71は、検出撮影データ59をそのまま記憶してもよく、検出撮影データ59から、例えば空などひび割れ検出の対象外の部分を除いて記憶してもよい。
In the
認識処理部65は、学習処理装置5に記憶されたモデル43を利用して、検出画像データ71を入力として、出力された検出結果データ73を出力する(ステップST5)。検出結果データ記憶部67は、検出結果データ73を記憶する。検出結果データ73では、検出画像データ71におけるひび割れの位置及び幅を特定する情報を含む。幅は、教師解像度よりも小さい第1幅と第2幅を区別して検出することができる。
The
図3は、発明者らが実際に使用した(a)教師画像データ及び(b)アノテーションデータ並びに(c)検出画像データ及び(d)検出結果データの一例を示す。教師解像度は、0.3mm/pixelに固定した。図3(a)にあるように、教師画像データは、撮影されたひび割れ個所を抽出して作成した。図3(b)にあるように、アノテーションデータでは、ひび割れ位置と、その幅を特定している。図3(a)及び(b)を組み合わせた教師データとする。図3(a)を入力として図3(b)を出力とする学習処理を行った。教師データは、同様に、多数作成して使用した。図3(c)は、ひび割れ検出処理を行ったものであり、図3(d)は、検出結果を示す。ひび割れの位置と幅を併せて学習することにより、ひび割れの位置と幅を同時に検出することができている。 Figure 3 shows an example of (a) teacher image data, (b) annotation data, (c) detection image data, and (d) detection result data that the inventors actually used. The teacher resolution was fixed at 0.3 mm/pixel. As shown in Figure 3(a), the teacher image data was created by extracting the crack locations photographed. As shown in Figure 3(b), the annotation data specifies the crack location and its width. Figures 3(a) and (b) were combined to create the teacher data. A learning process was performed with Figure 3(a) as input and Figure 3(b) as output. A large amount of teacher data was created and used in the same way. Figure 3(c) shows the crack detection process, and Figure 3(d) shows the detection result. By learning the crack location and width together, it is possible to detect the crack location and width simultaneously.
図4は、ひび割れの判定に使用した検出画像データの一例を示す。図4において、ひび割れ幅は、(a)0.1mm以下、(b)0.2mm、(c)0.5mm、(d)0.8mm、(e)1.5mm、及び、(f)2.0mmである。図4(c)~(f)のように、画素よりも十分に大きな幅のひび割れについては、画素単位で検出することもできる。しかしながら、図4(a)及び(b)のように画素よりも狭い幅のひび割れについては、画素を単位とした二値的な判断は適切でない。そのため、学習処理を利用して、モデルが、これらを区別して出力できるようにすることにより、精度を向上させることができる。 Figure 4 shows an example of detected image data used to determine cracks. In Figure 4, the crack widths are (a) 0.1 mm or less, (b) 0.2 mm, (c) 0.5 mm, (d) 0.8 mm, (e) 1.5 mm, and (f) 2.0 mm. As in Figures 4(c) to (f), cracks that are much larger than a pixel can be detected on a pixel-by-pixel basis. However, for cracks that are narrower than a pixel, as in Figures 4(a) and (b), a binary judgment on a pixel-by-pixel basis is not appropriate. Therefore, accuracy can be improved by using a learning process to enable the model to distinguish between these and output them.
本願発明は、ひび割れ位置とひび割れ幅を検出する。画素よりも小さな幅のひび割れでは、画素には、ひび割れ箇所と、ひび割れでない箇所が含まれる。画素よりも十分に大きな幅のひび割れでは、画素には、すべてひび割れ箇所の光を検出するもの(以下、「中心部」という。)と、その周辺に位置するもの(ひび割れ箇所と、ひび割れでない箇所の境界に位置する画素。以下、「周辺部」という。)が存在する。画素よりも小さな幅のひび割れでも、大きな幅のひび割れでも、ひび割れ箇所とひび割れでない箇所を含む画素がある。このような画素では、画素よりも小さな幅のひび割れと大きな幅のひび割れとでは、例えば色情報(RGB値の分布や各画素間の色強度の差(勾配)など)などが異なる。発明者が使用したモデルでは、検出画像データが、多数のフィルタ(畳込み層)を通過することによって、徐々に、ひび割れか否か、及び、ひび割れ幅が検出される。モデルにおいて、画素よりも小さな幅のひび割れと大きな幅のひび割れでの色情報などを含めて分析することにより、画素よりも小さな幅のひび割れを検出することと、画素よりも大きな幅のひび割れを検出することとを総合的に利用して、検出精度を向上させることができる。 The present invention detects crack positions and crack widths. For cracks smaller than a pixel, the pixel contains cracked and non-cracked areas. For cracks much larger than a pixel, there are pixels that detect the light of all cracked areas (hereinafter referred to as the "center") and pixels located around it (pixels located on the boundary between the cracked and non-cracked areas. Hereinafter referred to as the "periphery"). For cracks smaller than a pixel and cracks larger than a pixel, there are pixels that contain cracked and non-cracked areas. For such pixels, for example, color information (such as the distribution of RGB values and the difference (gradient) in color intensity between each pixel) is different between cracks smaller than a pixel and cracks larger than a pixel. In the model used by the inventor, the detected image data is passed through a number of filters (convolutional layers) to gradually detect whether it is a crack or not and the crack width. In the model, by analyzing color information for cracks smaller than a pixel and cracks larger than a pixel, it is possible to comprehensively detect cracks smaller than a pixel and cracks larger than a pixel, thereby improving detection accuracy.
例えば、解像度が0.3mm/pixelの検出画像データにおいて、0.5mmの幅のひび割れが幅方向に3つの画素にあらわれており、中央部の画素では0.3mmの幅のひび割れの光が検出され、両端(周辺部)の画素では0.1mmの幅の光が検出されたとする。この場合に、従来のように画素単位で、例えば閾値を半分として、半分を超えるひび割れが検出されたかにより判断すると、中央の画素でひび割れが存在することが検出でき、ひび割れ位置は特定することができる。他方、ひび割れ幅は、両端の画素ではひび割れが存在しないと検出してしまうと、0.3mmの幅のひび割れと判断してしまう。本願発明により、例えば、画素よりも小さい幅のひび割れと大きい幅のひび割れを総合して検出するための学習処理を利用して中心部及び周辺部の画素を分析して、ひび割れの存在及びひび割れ幅の分析を行うことにより、周辺部をも含めたひび割れ幅を検出でき、解像度よりも大きな幅のひび割れ幅の検出精度をも向上させることができる。 For example, in detected image data with a resolution of 0.3 mm/pixel, a crack with a width of 0.5 mm appears in three pixels in the width direction, and light from a crack with a width of 0.3 mm is detected in the central pixel, and light with a width of 0.1 mm is detected in the pixels at both ends (peripheral). In this case, if the crack is detected in units of pixels as in the past, for example by setting the threshold at half, and judging whether more than half of the cracks are detected, the crack can be detected in the central pixel and the crack position can be identified. On the other hand, if the crack width is detected as not being present in the pixels at both ends, it will be judged to be a crack with a width of 0.3 mm. With the present invention, for example, by analyzing the pixels in the center and peripheral parts using a learning process for comprehensively detecting cracks smaller than a pixel and cracks larger than a pixel, and analyzing the presence and width of the crack, it is possible to detect the crack width including the peripheral part, and improve the detection accuracy of crack widths larger than the resolution.
このように、中央部及び周辺部の画素を併せた単位に対して本願発明による学習処理を応用することにより、ひび割れ幅が画素よりも大きなひび割れの検出精度も向上させることができる。例えば中央部及び周辺部の画素を併せて分析するときに、検出画像データを利用するとともに、異なる解像度に変換した解像度変更検出画像データを利用してもよい。同様に、画素単位であっても、画素よりも小さなひび割れ幅の画素に対する学習処理と、周辺部の画素に対する学習処理とを総合的に利用することにより、検出精度を向上させることができる。 In this way, by applying the learning process of the present invention to a unit that combines central and peripheral pixels, it is possible to improve the detection accuracy of cracks whose crack width is larger than a pixel. For example, when analyzing central and peripheral pixels together, it is possible to use detection image data as well as resolution-changed detection image data that has been converted to a different resolution. Similarly, even in pixel units, detection accuracy can be improved by comprehensively using learning processes for pixels with crack widths smaller than a pixel and learning processes for peripheral pixels.
図5は、検出処理を行った結果を示す。解像度は0.3mm/pixelであるところ、ひび割れ幅0.2mm、0.1mm、0.05mm未満のひび割れを検出できている。 Figure 5 shows the results of the detection process. The resolution was 0.3 mm/pixel, and cracks with widths of 0.2 mm, 0.1 mm, and less than 0.05 mm were detected.
図6は、教師画像データについて、検出精度を向上させる工夫の一例を示す。(a)元画像に対して、(b)回転させたり、(c)明るさを増加させたり、(d)明るさを減少させたり、(e)グレイスケール化したり、(f)色調(RGB)を変化させたり、(g)色調(HSV)を変化させたりすることにより、アノテーションデータを増加させずに教師データを増加させて、検出精度を向上させることができる。検出画像データも、同様に画像処理を行って、検出精度を向上させることができる。 Figure 6 shows an example of a technique for improving the detection accuracy of teacher image data. (a) By (b) rotating, (c) increasing the brightness, (d) decreasing the brightness, (e) grayscaling, (f) changing the color tone (RGB), or (g) changing the color tone (HSV) of the original image, the teacher data can be increased without increasing the annotation data, thereby improving the detection accuracy. Similar image processing can be performed on the detection image data to improve the detection accuracy.
図7は、学習処理部25における学習処理において使用した評価指標の一例を説明するための図である。図7において、黒色部及び右下斜線部の画素はひび割れ部位を示し、教師データにおいてアノテーション位置データを示す。右下斜線部の画素は、正しく検出されたひび割れである。左下斜線部の画素は、ひび割れでないが検出された画素を示す。左下斜線部では、ひび割れの有無に加えて、ひび割れの幅を検出することができるが、この例では、評価指標としては、ひび割れの見落としをしないように、検出できたか否かを重視する。
Figure 7 is a diagram for explaining an example of an evaluation index used in the learning process in the
評価指標は、ひび割れ部の見落としを重視して、再現率を利用することができる。再現率(Recall)は、正しく検出したひび割れpixel数(右下斜線部の画素数)を、検出すべきひび割れpixel数(黒色部と右下斜線部の画素数)で割った値である。図7の例では、正しく検出したひび割れpixel数は23、検出すべきひび割れpixel数は35であるため、約0.657である。なお、他に、例えば適合率(Precision、検出結果(右下斜線部及び右上斜線部の画素数)のうち、正解(右下斜線部の画素数)の割合)や、IoU(Intersection over Union、検出すべき画素と検出結果(黒色部、右下斜線部及び右上斜線部の画素数)のうち正解(右下斜線部の画素数)の割合)を利用してもよい。 The evaluation index can be the recall rate, which places importance on not overlooking cracks. The recall rate is the number of correctly detected crack pixels (the number of pixels in the lower right diagonal line) divided by the number of crack pixels to be detected (the number of pixels in the black part and the lower right diagonal line). In the example of Figure 7, the number of correctly detected crack pixels is 23, and the number of crack pixels to be detected is 35, so the recall rate is about 0.657. In addition, other indexes such as precision (the ratio of correct answers (the number of pixels in the lower right diagonal line) among the detection results (the number of pixels in the lower right diagonal line and the upper right diagonal line)) and IoU (intersection over union, the ratio of correct answers (the number of pixels in the lower right diagonal line) among the pixels to be detected and the detection results (the number of pixels in the black part, the lower right diagonal line and the upper right diagonal line)) may also be used.
図8は、教師撮影装置3と検出撮影装置7が異なる場合の処理の一例を説明するためのブロック図である。図1と同じ符号は、同様の処理を行うものである。図8のひび割れ検出システム101では、図1のひび割れ検出システム1に加えて、教師撮影装置3の教師撮影記憶部15に教師調整データ17を記憶し、学習処理装置5の教師データ記憶部21において教師調整データ29を記憶し、モデル記憶部27にモデル調整データ41を記憶し、検出撮影装置7の検出撮影記憶部55に検出調整データ57を記憶し、ひび割れ検出装置9の検出データ記憶部61において検出調整データ69を記憶し、ひび割れ検出装置9が認識調整部63を備える。
Figure 8 is a block diagram for explaining an example of processing when the
この例では、教師撮影装置3と検出撮影装置7は、同じ型番の製品であり、教師撮像素子11と検出撮像素子51は同じハードウェア構成であるが、ソフトウェアのバージョンが異なるために、教師画像処理エンジン13と検出画像処理エンジン53の処理が異なる場合を例に説明する。
In this example, the
画像処理エンジンによる処理では、ひび割れが占める割合が大きな画素ではひび割れの色(通常は黒色)の影響が強くなり、ひび割れが占める割合が小さな画素ではひび割れの色の影響が弱くなる。このように、ひび割れが占める割合と、ひび割れの色の影響とは、単調に変化する関係性が認められる。そのため、画像処理エンジンによる処理が異なっても、ひび割れの色の影響の度合いが変化するのみで、ひび割れの占める割合と、ひび割れの色の影響とが逆転するような事態は生じない。そのため、調整は、通常、撮影されたひび割れの影響の度合いを変更すれば足り、大幅な変更は必要ない。 When the image processing engine processes, the influence of the crack's color (usually black) becomes stronger in pixels where the crack makes up a large proportion of the pixel, and the influence of the crack's color becomes weaker in pixels where the crack makes up a small proportion of the pixel. In this way, a monotonically changing relationship is observed between the proportion of the crack and the influence of the crack's color. Therefore, even if the processing by the image processing engine differs, only the degree of influence of the crack's color changes, and the proportion of the crack and the influence of the crack's color do not become reversed. Therefore, adjustments are usually sufficient to change the degree of influence of the crack in the photograph, and major changes are not necessary.
教師撮影記憶部15は、教師調整データ17を記憶する。これは、例えば、基準となる図形などを撮影して教師画像処理エンジン13による画像処理により得られた画像データである。学習処理装置5は、教師撮影装置3から教師調整データ17を得て、教師調整データ29として記憶する。学習処理部25は、ステップST3の処理を行うにあたり、教師調整データ29を用いて、生成するモデル43が前提とする教師画像処理エンジン13を特定するモデル調整データ41を生成する。
The teacher photographing
検出撮影記憶部55は、検出調整データ57を記憶する。これは、例えば、教師調整データ17を作成するときに使用した基準となる図形などを撮影して検出画像処理エンジン53による画像処理により得られた画像データである。ひび割れ検出装置9は、検出撮影装置7から検出調整データ57を得て、検出調整データ69として記憶する。認識処理部65がステップST5の処理を行う前に、認識調整部63は、モデル調整データ41と検出調整データ69を用いて、教師画像処理エンジン13と検出画像処理エンジン53との画像処理の違いによるひび割れの色の影響の違いを修正するようにモデル43を調整する。これは、例えば、モデル43において第1幅と第2幅を区別する閾値を調整してもよく、検出画像データ71の色調を変更してもよい。認識処理部65は、認識調整部63による調整後に、ひび割れ検出を行う(ステップST5)。
The detection and
なお、教師調整データを利用することにより、多数の教師画像データにおいて解像度が異なるものを許容してもよい。同様に、検出調整データを利用することにより、解像度が異なってもよい。教師撮像素子と検出撮像素子が異なる場合にも対応することができる。 Note that by using teacher adjustment data, it is possible to allow for multiple teacher image data with different resolutions. Similarly, by using detection adjustment data, it is possible to allow for different resolutions. It is also possible to accommodate cases where the teacher imaging element and the detection imaging element are different.
1,101 ひび割れ検出システム、3 教師撮影装置、5 学習処理装置、7 検出撮影装置、9 ひび割れ検出装置、11 教師撮像素子、13 教師画像処理エンジン、15 教師撮影記憶部、17 教師調整データ、19 教師撮影データ、21 教師データ記憶部、23 アノテーション処理部、25 学習処理部、27 モデル記憶部、29 教師調整データ、31 教師データ、33 教師画像データ、35 アノテーションデータ、37 アノテーション位置データ、39 アノテーション幅データ、41 モデル調整データ、43 モデル、51 検出撮像素子、53 検出画像処理エンジン、55 検出撮影記憶部、57 検出調整データ、59 検出撮影データ、61 検出調整データ、63 認識調整部、65 認識処理部、67 検出結果データ記憶部、71 検出画像データ、73 検出結果データ 1,101 Crack detection system, 3 Teacher photography device, 5 Learning processing device, 7 Detection photography device, 9 Crack detection device, 11 Teacher imaging element, 13 Teacher image processing engine, 15 Teacher photography storage unit, 17 Teacher adjustment data, 19 Teacher photography data, 21 Teacher data storage unit, 23 Annotation processing unit, 25 Learning processing unit, 27 Model storage unit, 29 Teacher adjustment data, 31 Teacher data, 33 Teacher image data, 35 Annotation data, 37 Annotation position data, 39 Annotation width data, 41 Model adjustment data, 43 Model, 51 Detection imaging element, 53 Detection image processing engine, 55 Detection photography storage unit, 57 Detection adjustment data, 59 Detection photography data, 61 Detection adjustment data, 63 Recognition adjustment unit, 65 Recognition processing unit, 67 Detection result data storage unit, 71 Detection image data, 73 Detection result data
Claims (4)
情報処理装置が備える学習手段が、前記検出画像データの解像度よりも狭い幅のひび割れが撮影された教師画像データを含む教師データを用いて学習処理を行う学習ステップと、
ひび割れ検出装置が備える認識処理部が、前記学習処理を利用して、前記ひび割れ部を撮影して得られた前記検出画像データから前記検出画像データの解像度よりも幅が小さいひび割れ部を認識する認識ステップを含み、
前記教師データは、前記教師画像データと、前記教師画像データにおけるひび割れ位置及びひび割れ幅を特定するアノテーション画像データを含み、
前記ひび割れ幅は、前記検出画像データの解像度よりも狭い第1幅と、前記第1幅よりも狭い第2幅を含み、
前記学習ステップにおいて、前記学習手段は、モデルに対して、前記教師画像データを入力して前記アノテーション画像データを出力するように学習処理を行い、
前記認識ステップにおいて、前記認識処理部は、前記モデルを用いて、前記検出画像データから、前記第1幅と前記第2幅のひび割れ部を区別して、前記ひび割れ部の位置及び幅を検出する、ひび割れ検出方法。 A crack detection method for recognizing a crack portion captured in detection image data, comprising:
A learning step in which a learning means included in the information processing device performs a learning process using teacher data including teacher image data in which a crack having a width narrower than the resolution of the detection image data is captured;
The recognition processing unit of the crack detection device includes a recognition step of recognizing a crack portion having a width smaller than the resolution of the detection image data from the detection image data obtained by photographing the crack portion using the learning process ,
The teacher data includes the teacher image data and annotation image data that specifies a crack position and a crack width in the teacher image data,
The crack width includes a first width narrower than a resolution of the detected image data and a second width narrower than the first width,
In the learning step, the learning means performs a learning process on a model so as to input the teacher image data and output the annotation image data;
A crack detection method in which, in the recognition step, the recognition processing unit uses the model to distinguish between crack portions of the first width and the second width from the detected image data and detect the position and width of the crack portion .
前記検出画像データは、検出画像処理エンジンが検出撮像素子から出力されたデータを処理して得られたものであり、
前記認識ステップにおいて、前記ひび割れ検出装置が備える認識調整部が、前記教師撮像素子と前記検出撮像素子との違い及び/又は前記教師画像処理エンジンによる処理と前記検出画像処理エンジンによる処理との違いによって前記第1幅及び/又は前記第2幅のひび割れ部の画像データにおける現れ方の違いを調整して、前記認識処理部は、前記モデルを用いて、前記検出画像データから、前記第1幅と前記第2幅のひび割れ部を区別して、前記ひび割れ部の位置及び幅を検出する、請求項1記載のひび割れ検出方法。 The teacher image data is obtained by a teacher image processing engine processing data output from a teacher imaging element,
The detected image data is obtained by processing data output from a detected image sensor by a detected image processing engine,
A crack detection method as described in claim 1, wherein, in the recognition step, a recognition adjustment unit provided in the crack detection device adjusts the difference in how cracks of the first width and/or the second width appear in the image data due to the difference between the teacher imaging element and the detection imaging element and/or the difference between the processing by the teacher image processing engine and the processing by the detection image processing engine, and the recognition processing unit uses the model to distinguish between cracks of the first width and the second width from the detection image data and detect the position and width of the crack.
前記検出画像データの解像度よりも狭い幅のひび割れが撮影された教師画像データを含む教師データを用いた学習処理を利用して、前記ひび割れ部を撮影して得られた前記検出画像データから前記検出画像データの解像度よりも幅が小さいひび割れ部を認識する認識ステップを含む認識処理部を備え、
前記教師データは、前記教師画像データと、前記教師画像データにおけるひび割れ位置及びひび割れ幅を特定するアノテーション画像データを含み、
前記ひび割れ幅は、前記検出画像データの解像度よりも狭い第1幅と、前記第1幅よりも狭い第2幅を含み、
情報処理装置が備える学習手段は、モデルに対して、前記教師画像データを入力して前記アノテーション画像データを出力するように学習処理を行い、
前記認識処理部は、前記モデルを用いて、前記検出画像データから、前記第1幅と前記第2幅のひび割れ部を区別して、前記ひび割れ部の位置及び幅を検出する、ひび割れ検出装置。 A crack detection device that recognizes a crack portion captured in detection image data,
A recognition processing unit includes a recognition step of recognizing a crack portion having a width smaller than the resolution of the detection image data from the detection image data obtained by photographing the crack portion, using a learning process using teacher data including teacher image data in which a crack having a width narrower than the resolution of the detection image data is photographed ,
The teacher data includes the teacher image data and annotation image data that specifies a crack position and a crack width in the teacher image data,
The crack width includes a first width narrower than a resolution of the detected image data and a second width narrower than the first width,
a learning means provided in the information processing device performs a learning process on a model so as to input the teacher image data and output the annotation image data;
The recognition processing unit uses the model to distinguish between cracks of the first width and the second width from the detected image data and detects the position and width of the crack .
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