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異常品判定方法 新技術説明会

国内特許コード P200017323
整理番号 (GI-H29-18)
掲載日 2020年12月3日
出願番号 特願2019-548177
出願日 平成30年10月5日(2018.10.5)
国際出願番号 JP2018037352
国際公開番号 WO2019073923
国際出願日 平成30年10月5日(2018.10.5)
国際公開日 平成31年4月18日(2019.4.18)
優先権データ
  • 特願2017-196758 (2017.10.10) JP
発明者
  • 加藤 邦人
  • 中塚 俊介
  • 相澤 宏旭
出願人
  • 国立大学法人岐阜大学
発明の名称 異常品判定方法 新技術説明会
発明の概要 大量の正常データと少数の異常データを用いて機械学習を行い、異常品の判定を精度高く行うことのできる異常品判定方法を提供する。
複数の判定対象物のデータをエンコーダ、デコーダ構造ネットワークに入力して判定対象物の特徴を抽出し、ディスクリミネータが判定対象物の特徴の分布は正規分布に従っているのか否かを判定し、エンコーダ、デコーダ構造ネットワークの更新と、ディスクリミネータの更新と、エンコーダの更新と、をそれぞれ繰り返して、特徴の抽出の誤差を最小化する。エンコーダが、更新により得た特徴を用いて、判定対象物の異常度を算出し、異常度のしきい値処理を行って、判定対象物が正常品であるか異常品であるかを判定する。判定対象物の特徴の分布が正規分布に従っているのか否かを判定する工程は、ディスクリミネータに正規分布に従ったデータを入力し、このデータとエンコーダ、デコーダ構造ネットワークが抽出した判定対象物の特徴との間の誤差を算出する工程である。ディスクリミネータの判定結果を用いることで、エンコーダが異常度の算出に用いる判定対象物の特徴が正規分布に従って分布するように収束する。
従来技術、競合技術の概要

コンピュータにデータを繰り返し学習させることで、データに含まれる特徴を数値または数式としてコンピュータが統計的に抽出し、さらに、抽出した特徴を用いて、識別を行う手法として機械学習がある。

機械学習の一つの方法として、オートエンコーダ(自己符号化器)と呼ばれるエンコーダ、デコーダ構造ネットワークを用いた特徴量の抽出方法が知られている。オートエンコーダとは、入力と出力とが同じになるように学習させるニューラルネットワークである。エンコーダで入力を少ない次元の特徴に一旦落とし込み、デコーダで入力を再現するように出力することを繰り返すなかで、入力をよく表す特徴量が抽出される。

オートエンコーダを用いて正常品の特徴を抽出することができれば、この特徴を用いて、正常品と異常品とが混在する判定対象物の集合体から、異常品を精度高く判定して抽出することが可能となる。

非特許文献1は、ニューラルネットワークの一種である「Convolutional Neural Network(以下、畳み込みニューラルネットワークとも言う)」に関する技術を開示している。CNNは、主に画像認識の分野で用いられるニューラルネットワークで、画像の局所的な特徴抽出を担う畳み込み層と、局所ごとの特徴をまとめるプーリング層とを繰り返した構造が特徴である。一般に、CNNを含めたニューラルネットワークの学習のためには、大量の訓練サンプルを用いた教師あり学習が必要となる。しかし、異常品のサンプル数を学習に十分な数だけ確保することが難しい場合には、学習をうまく行うことができないという問題がある。

非特許文献2は、ニューラルネットワークの一種である「Autoencoder(以下、オートエンコーダ、自己符号化器とも言う)」に関する技術を開示している。非特許文献2が開示するニューラルネットワークは、多階層のニューラルネットワークのパラメータを教師なし学習で初期化した後に、教師あり学習により再学習している。非特許文献2のオートエンコーダは、入力を次元圧縮し、入力の抽象的な特徴をベクトル量である特徴ベクトルに変換し、その特徴ベクトルから入力を再現する。しかし、オートエンコーダで得られる特徴がどのような分布となるかは、これまで操作することができなかった。

非特許文献3は、ニューラルネットワークの一種である「Adversarial Autoencoder(以下、敵対的自己符号化器とも言う)」に関する技術を開示している。敵対的自己符号化器は、オートエンコーダに敵対的学習を取り入れることで、入力をよく表す特徴を抽出しつつ、その特徴を任意の分布に従わせる技術である。

非特許文献4は、ホテリングのT法を開示した文献である。T法は、大量の正常データのみ、もしくは大量の正常データと少量の異常データを用いた特徴ベクトルから正常モデルを作成し、未知データの個々の異常度を算出することにより、異常データを検出する統計的手法である。しかし、データの特徴量の分布が正規分布に従っていることを仮定しているため、データが正規分布に従っていない場合、十分な検出を行うことはできない。ホテリングのT法を画像認識分野に適用する場合には、正規分布に従う特徴を選択する必要がある。

産業上の利用分野

本発明は、判定対象物が正常品であるか異常品であるかを判定する異常品判定方法に関する。特に、エンコーダ、デコーダ構造のネットワークとディスクリミネータのネットワークとを用いて敵対的学習を行うことにより、判定対象物が正常品であるときの特徴を数値化し、この特徴に基づいて判定対象物が正常品であるか異常品であるかをコンピュータが判定する異常品の判定方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
エンコーダ、デコーダ構造のネットワークとディスクリミネータのネットワークとを用いて敵対的学習を行い、判定対象物が正常品であるか異常品であるかを判定する判定方法であって、
複数の判定対象物のデータを前記エンコーダ、デコーダ構造ネットワークに入力して、前記判定対象物の特徴を抽出する工程と、
前記ディスクリミネータが、前記判定対象物の前記特徴の分布は正規分布に従っているのか否かを判定する工程と、
前記エンコーダ、デコーダ構造ネットワークの更新と、前記ディスクリミネータの更新と、前記エンコーダの更新と、をそれぞれ繰り返し、前記特徴の抽出の誤差を最小化する工程と、
前記エンコーダが、更新によって得られた前記特徴を用いて、判定対象物の異常度を算出する工程と、
算出した前記異常度のしきい値処理を行うことによって、前記判定対象物が正常品であるか異常品であるかを判定する工程と、
を備えており、
前記ディスクリミネータが、前記判定対象物の前記特徴の分布は正規分布に従っているのか否かを判定する工程は、ディスクリミネータに正規分布に従ったデータを入力し、前記データと前記エンコーダ、デコーダ構造ネットワークが抽出した前記判定対象物の前記特徴との間の誤差を算出する工程であり、
前記ディスクリミネータの判定結果を用いていることで、前記エンコーダが異常度の算出に用いる前記判定対象物の前記特徴が正規分布に従って分布するように収束させられていることを特徴とする異常品の判定方法。

【請求項2】
前記特徴を抽出するために前記エンコーダ、デコーダ構造ネットワークに入力する複数の判定対象物のデータが、異常品よりも正常品を多く含むデータであることを特徴とする請求項1に記載の異常品の判定方法。

【請求項3】
前記ディスクリミネータに入力する正規分布に従った前記データは、多変量の標準正規分布に従ったランダムベクターであることを特徴とする請求項1または2に記載の異常品の判定方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2019548177thum.jpg
出願権利状態 公開
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