(57)【要約】【課題】コストの増大を抑制しつつ、高精度な学習が可能な学習データを生成する。【解決手段】本発明に係る学習データ生成装置１０は、機械学習に用いられる学習データがノイズを含むか否かを判定するノイズ判定部１１と、ノイズ判定部１１によりノイズを含まないと判定された学習データにノイズを追加して、新たな学習データを生成するノイズ追加部１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械学習に用いられる学習データがノイズを含むか否かを判定するノイズ判定部と、
前記ノイズ判定部によりノイズを含まないと判定された学習データにノイズを追加して、新たな学習データを生成するノイズ追加部とを備えることを特徴とする学習データ生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の学習データ生成装置において、
前記学習データは、路面上を移動する移動体に搭載されたセンサにより検出された、前記路面の状況を示す路面データを含んで構成されることを特徴とする学習データ生成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の学習データ生成装置において、
前記ノイズ追加部は、前記センサにより検出された路面データに、直交する３軸方向それぞれについてノイズを追加して、前記新たな学習データを生成することを特徴とする学習データ生成装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の学習データ生成装置において、
前記移動体には複数種類のセンサが搭載され、
前記複数種類のセンサそれぞれが前記路面データを検出し、
前記ノイズ追加部は、前記複数種類のセンサそれぞれについて、該センサにより検出された路面データに、平均が０であり、分散が前記センサの検出値の分散である正規分布に従うノイズを追加することを特徴とする学習データ生成装置。
【請求項５】
学習データ生成装置における学習データ生成方法であって、
機械学習に用いられる学習データがノイズを含むか否かを判定するステップと、
前記ノイズを含まないと判定された学習データにノイズを追加して、新たな学習データを生成するステップと、含むことを特徴とする学習データ生成方法。
【請求項６】
コンピュータを、請求項１から４のいずれか一項に記載の学習データ生成装置として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、学習データ生成装置、学習データ生成方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
歩道あるいは車道などの路面上を移動する自動車、歩行者、車椅子などの移動体に搭載されたセンサを用いて、移動体が移動する路面の状況（段差、勾配など）を推定する技術が検討されている（例えば、非特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】宮田章裕、荒木伊織、王統順、鈴木天詩、「健常歩行者センサデータを用いたバリア検出の基礎検討」、ＩＰＳＪ論文誌(2018)
【非特許文献２】「高速バスに載せたスマホの加速度センサーで路面の凹凸を検知、検証試験を実施」、［online］、［２０１８年９月４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://sgforum.impress.co.jp/news/3595＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような路面の状況の推定は、学習データを用いた機械学習により構築されたモデルを用いて行われることが多い。しかしながら、学習データを用いた機械学習には、十分な学習精度が得られないことがある、また、機械学習のために多くの学習データが必要となり、コストの増大を招くといった問題がある。
【０００５】
上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、コストの増大を抑制しつつ、高精度な学習が可能な学習データを生成することができる学習データ生成装置、学習データ生成方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る学習データ生成装置は、機械学習に用いられる学習データがノイズを含むか否かを判定するノイズ判定部と、前記ノイズ判定部によりノイズを含まないと判定された学習データにノイズを追加して、新たな学習データを生成するノイズ追加部とを備える。
【０００７】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る学習データ生成方法は、学習データ生成装置における学習データ生成方法であって、機械学習に用いられる学習データがノイズを含むか否かを判定するステップと、前記ノイズを含まないと判定された学習データにノイズを追加して、新たな学習データを生成するステップと、含む。
【０００８】
また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを上記の学習データ生成装置として機能させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る学習データ生成装置、学習データ生成方法およびプログラムによれば、コストの増大を抑制しつつ、高精度な学習が可能な学習データを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る学習データ生成装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示す学習データ生成装置を含む推定システムの構成例を示す図である。
【図３】図１に示す学習データ生成装置における学習データ生成方法について説明するためのフローチャートである。
【図４】図１に示すノイズ追加部の動作を概念的に示す図である。
【図５Ａ】図１に示すノイズ追加部によるノイズの追加を説明するための図である。
【図５Ｂ】図１に示すノイズ追加部によるノイズの追加を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。各図中、同一符号は、同一または同等の構成要素を示している。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る学習データ生成装置１０の構成例を示す図である。本実施形態に係る学習データ生成装置１０は、機械学習に用いられる学習データを生成するものである。より具体的には、本実施形態に係る学習データ生成装置１０は、路面上を移動する自動車、歩行者、車椅子などの移動体に搭載されたセンサにより検出された、移動体が移動する路面の状況を示す路面データを含んで構成される学習データから、新たな学習データを生成するものである。
【００１３】
図１に示す学習データ生成装置１０は、ノイズ判定部１１と、ノイズ追加部１２と、統合学習データ記憶部１３とを備える。
【００１４】
ノイズ判定部１１は、移動体に搭載されたセンサ（加速度センサ、ジャイロセンサ、重力センサなど）により検出された路面データを含んで構成される学習データが判定対象の学習データとして入力される。路面データは、移動体が路面上を移動する期間におけるセンサの検出値であり、時系列データである。ノイズ判定部１１に入力される学習データは、例えば、所定期間における路面データに、その所定期間における路面の状況（平坦であるか、段差があるかなど）を示す教師ラベルが付与されたデータである。教師ラベルは、例えば、人手により付与される。なお、ノイズ判定部１１に入力される学習データには教師ラベルが付されておらず、ノイズ判定部１１による後述する判定後の任意のタイミングで教師ラベルが付されてもよい。
【００１５】
ノイズ判定部１１は、入力された判定対象の学習データ（路面データ）がノイズを含むか否かを判定する。一般に、移動体が粗い路面を走行する場合のセンサの検出値は、移動体が滑らかな路面を走行する場合のセンサの検出値と比べて、大きく変動する。すなわち、移動体が滑らかな路面を走行する期間では、路面データの変動は小さく、移動体が粗い路面を走行する期間では、路面データの変動は大きくなる。ノイズ判定部１１は、移動体が粗い路面を走行する期間の路面データのような、変動が大きい（例えば、変動が所定値よりも大きい）期間における路面データを含んで構成される学習データを、ノイズを含むと判定する。また、ノイズ判定部１１は、移動体が滑らかな路面を走行する期間の路面データのような、変動が小さい（例えば、変動が所定値よりも小さい）期間における路面データを含んで構成される学習データを、ノイズを含まないと判定する。すなわち、ノイズ判定部１１は、学習データの値（本実施形態においては、路面データの値）の変動の大きさに応じて、学習データがノイズを含むか否かを判定する。
【００１６】
ノイズ判定部１１は、判定対象の学習データがノイズを含むと判定した場合には、判定対象の学習データを、ノイズを含む学習データ（以下、「ノイズ有り学習データ」として、統合学習データ記憶部１３に記憶されている統合学習データに追加する。統合学習データとは、推定対象の種々の状態（本実施形態においては、路面の種々の状況）に対応する学習データを統合したものである。
【００１７】
ノイズ判定部１１は、判定対象の学習データがノイズを含まないと判定した場合には、判定対象の学習データを、ノイズを含まない学習データ（以下、「ノイズ無し学習データ」と称する）として、統合学習データに追加する。また、ノイズ判定部１１は、判定対象の学習データ（ノイズ無し学習データ）をノイズ追加部１２に出力する。
【００１８】
ノイズ追加部１２は、ノイズ判定部１１によりノイズを含まないと判定された学習データにノイズを追加し（路面データにノイズを追加し）、ノイズ有り学習データとして、統合学習データ記憶部１３に記憶されている統合学習データに追加する。すなわち、ノイズ追加部１２は、ノイズを含まないと判定された学習データにノイズを追加して新たな学習データを生成する。ノイズ追加部１２によるノイズの追加の詳細については後述する。
【００１９】
統合学習データ記憶部１３は、ノイズ判定部１１およびノイズ追加部１２から出力されたノイズ有り学習データ、および、ノイズ判定部１１から出力されたノイズ無し学習データを統合して、統合学習データとして記憶する。そして、統合学習データ記憶部１３は、所定量の学習データが記憶されると、記憶している統合学習データを出力する。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る学習データ生成装置１０を含む推定システム１の構成例を示す図である。図２に示す推定システム１は、例えば、移動体が移動する路面の状況を推定するものである。
【００２１】
図２に示す推定システム１は、学習データ生成装置１０と、学習装置２０と、推定装置３０とを備える。上述したように、学習データ生成装置１０は、統合学習データを生成し、出力する。
【００２２】
学習装置２０は、学習部２１を備える。学習部２１は、学習データ生成装置１０により生成された学習データを用いて学習用モデル２２の機械学習を行い、学習済みモデル２３を構築する。学習用モデル２２としては、畳み込みニューラルネットワークを用いたモデル、ＳＶＭ（Support Vector Machine）など種々のモデルを用いることができる。
【００２３】
推定装置３０は、推定部３１を備える。推定部３１は、路面上を移動する移動体に搭載されたセンサにより検出された路面データが入力データとして入力される。推定部３１は、入力データを学習装置２０により構築された学習済みモデル２３に入力し、学習済みモデル２３の出力を、移動体が移動する路面の状況の推定結果として出力する。
【００２４】
このように、図２に示す推定システム１においては、学習データ生成装置１０は、統合学習データを生成し、学習装置２０は、その統合学習データを用いて、路面の状況を推定するための学習済みモデル２３を構築する。そして、推定装置３０は、構築された学習済みモデル２３を用いて、路面の状況を推定する。
【００２５】
図３は、本実施形態に係る学習データ生成装置１０における学習データ生成方法について説明するためのフローチャートである。
【００２６】
ノイズ判定部１１は、判定対象の学習データが入力されると（ステップＳ１１）、判定対象の学習データはノイズを含むか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００２７】
判定対象の学習データはノイズを含むと判定した場合には（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ノイズ判定部１１は、判定対象の学習データをノイズ有り学習データとして統合学習データに追加する（ステップＳ１３）。
【００２８】
判定対象の学習データはノイズを含まないと判定した場合には（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ノイズ判定部１１は、判定対象の学習データをノイズ無し学習データとして統合学習データに追加する（ステップＳ１４）。
【００２９】
ノイズ追加部１２は、ノイズ判定部１１によりノイズを含まないと判定された学習データに対してノイズを追加し（ステップＳ１５）、ノイズを追加した学習データを、ノイズ有り学習データとして統合学習データに追加する（ステップＳ１６）。
【００３０】
ノイズを含まない学習データは、例えば、移動体が移動する路面が滑らかである場合に対応する学習データである。ノイズ追加部１２は、この学習データに、図４に示すように、ノイズ（例えば、移動体が移動する路面に段差がある場合に対応するノイズ）を追加する。こうすることで、移動体が移動する路面が滑らかである場合に対応する学習データから、移動体が移動する路面に段差がある場合に対応する学習データを新たに生成することができる。したがって、学習データの生成のコストを抑制しつつ、十分な量の学習データを生成することができ、高精度な学習が可能となる。
【００３１】
図３を再び参照すると、ステップＳ１３あるいはステップＳ１６の処理の後、統合学習データ記憶部１３は、一定量以上の統合学習データが収集されたか否かを判定する（ステップＳ１７）。
【００３２】
一定量以上の統合学習データが収集されたと判定した場合には（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、統合学習データ記憶部１３は、記憶している統合学習データを出力し（ステップＳ１８）、処理を終了する。
【００３３】
一定量以上の統合学習データが収集されていないと判定された場合には（ステップＳ１７：Ｎｏ）、ステップＳ１１の処理に戻り、ノイズ判定部１１に新たな判定対象の学習データが入力される。
【００３４】
次に、ノイズ追加部１２によるノイズの追加について、図５Ａ，５Ｂを参照して説明する。
【００３５】
図５Ａは、ノイズの追加前の学習データ（路面データ）の一例を示す図である。また、図５Ｂは、ノイズの追加後の学習データ（路面データ）の一例を示す図である。図５Ａ，５Ｂにおいては、移動体に複数種類のセンサが搭載され、その複数種類のセンサそれぞれにより路面データが検出された例を示している。具体的には、図５Ａ，５Ｂにおいては、路面データとして、加速度センサにより３軸方向の加速度（加速度Ｘ、加速度Ｙ、加速度Ｚ）が検出され、ジャイロセンサによりロール軸、ピッチ軸およびヨー軸方向の加速度およびロール軸、ピッチ軸およびヨー軸方向の角速度（ジャイロ１軸、ジャイロ２軸、ジャイロ３軸、ジャイロ４軸、ジャイロ５軸、ジャイロ６軸）が検出され、重力センサにより重力による３軸方向の加速度（重力Ｘ、重力Ｙ、重力Ｚ）が検出された例を示している。
【００３６】
ノイズ追加部１２は、ノイズ無し学習データに対して、路面の凹凸などにより検出値が変動する鉛直方向にのみノイズを加えるのではなく、全方向にノイズを追加する。すなわち、ノイズ追加部１２は、路面データに対して、直交する３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）それぞれについてノイズを追加する。こうすることで、路面データを検出するセンサを備えるデバイスの向きによらず、学習データから路面の状況を推定するモデルを構築することができる。
【００３７】
ノイズ追加部１２は、複数種類のセンサそれぞれについて、例えば、センサの検出値に対して、平均が０であり、分散がそのセンサの検出値の分散である正規分布に従うノイズを追加する。すなわち、ノイズ追加部１２は、ノイズ追加前のセンサの検出値をｘとし、ノイズ追加後の値をｘ’とし、そのセンサの検出値の分散をｓｔｄ＾２とすると、以下の式（１）に従い、ノイズを追加する。
ｘ’＝ｘ＋Ｎ（０，ｓｔｄ＾２）  ・・・式（１）
【００３８】
なお、Ｎ（μ，σ＾２）は、平均がμであり、分散がσ＾２である正規分布に従うランダムな値を意味する。
【００３９】
上述したような正規分布に従うノイズを、直交する３軸方向それぞれに追加することで、ノイズの追加の前後で、平均および分散が大きく変わらないようにすることができる。なお、学習データに追加するノイズは、上述した正規分布に従わないノイズであってもよい。また、正規分布の分散は、センサの検出値の分散よりも大きい値であってもよい。
【００４０】
図５Ａに示す例では、加速度センサの検出値の分散は０．３１であり、ジャイロセンサの検出値の分散は０．３６であり、重力センサの検出値の分散は０．３０である。ノイズ追加部１２は、各センサの検出値の分散を用いて、式（１）に従い、各センサの検出値にノイズを追加する。すなわち、ノイズ追加部１２は、加速度センサの検出値に、平均が０であり、分散が０．３１である正規分布に従うノイズを追加する。また、ノイズ追加部１２は、ジャイロセンサの検出値に、平均が０であり、分散が０．３６である正規分布に従うノイズを追加する。また、ノイズ追加部１２は、重力センサの検出値に、平均が０であり、分散が０．３０である正規分布に従うノイズを追加する。ノイズの追加後の学習データを図５Ｂに示す。
【００４１】
このように本実施形態においては、学習データ生成装置１０は、機械学習に用いられる学習データがノイズを含むか否かを判定するノイズ判定部１１と、ノイズ判定部１１によりノイズを含まないと判定された学習データにノイズを追加して新たな学習データを生成するノイズ追加部１２とを備える。
【００４２】
ノイズを含まないと判定された学習データにノイズを追加して新たな学習データを生成することで、学習データの生成のコストを抑制しつつ、十分な量の学習データを生成することができ、高精度な学習が可能となる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、学習データ生成装置１０は、移動体に搭載されたセンサにより検出された路面データから学習データを生成する例を用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではない。学習データ生成装置１０は、ノイズを含み得る種々のデータから学習データを生成することができる。
【００４４】
以上、学習データ生成装置１０について説明したが、学習データ生成装置１０として機能させるために、コンピュータを用いることも可能である。そのようなコンピュータは、学習データ生成装置１０の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのＣＰＵによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。
【００４５】
また、プログラムは、コンピュータが読取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。このような記録媒体を用いれば、プログラムをコンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録された記録媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−ＲＯＭなどの記録媒体であってもよい。
【００４６】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１    推定システム
１０    学習データ生成装置
１１    ノイズ判定部
１２    ノイズ追加部
１３    統合学習データ記憶部
２０    学習装置
２１    学習部
２２    学習用モデル
２３    学習済みモデル
３０    推定装置
３１    推定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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