專利名稱：信號識別方法及信號識別裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及識別檢查對象物的狀態(tài)的信號識別方法及信號識別裝置。
背景技術(shù)：
一直以來，已知有使用競爭學(xué)習(xí)型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來識別檢查對象物的狀態(tài)的信號識別裝置(例如參照專利文獻(xiàn)1、2)。以往的信號識別裝置為，在學(xué)習(xí)時將多個學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)輸入競爭學(xué)習(xí)型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 制作設(shè)定了類別的聚類圖，該類別表示檢查對象物的狀態(tài)。在學(xué)習(xí)時制作聚類圖的以往的信號識別裝置為，在檢查時將基于檢查對象物的狀態(tài)的檢查用數(shù)據(jù)輸入聚類圖，對聚類圖上的輸出層神經(jīng)元的權(quán)重系數(shù)數(shù)據(jù)與檢查用數(shù)據(jù)之間的歐幾里得距離進(jìn)行計算。然后，以往的信號識別裝置，將檢查用數(shù)據(jù)分類到歐幾里得距離為最小的輸出層神經(jīng)元的類別中，根據(jù)分類了檢查用數(shù)據(jù)的類別來識別檢查對象物的狀態(tài)。根據(jù)以往的信號識別裝置，即使沒有專業(yè)知識也能夠自動地進(jìn)行學(xué)習(xí)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2004-3M111號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2008-040683號公報但是，以往的信號識別裝置，雖然即使沒有專業(yè)知識也能夠自動地進(jìn)行學(xué)習(xí)，但是在檢查時需要在聚類圖上的全部輸出層神經(jīng)元中計算歐幾里得距離，并且求出歐幾里得距離的最小值，存在檢查時間變長的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而進(jìn)行的，其目的在于提供即使沒有專業(yè)知識也能夠自動地進(jìn)行學(xué)習(xí)并且能夠縮短檢查時間的信號識別方法及信號識別裝置。根據(jù)本發(fā)明的第一技術(shù)方案，提供一種信號識別方法，使用具備分別識別檢查對象物的狀態(tài)的多個識別器的信號識別裝置，進(jìn)行設(shè)定各識別器的判斷基準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和將基于上述檢查對象物的狀態(tài)的檢查用數(shù)據(jù)與各識別器的判斷基準(zhǔn)進(jìn)行對照而識別該檢查對象物的狀態(tài)的檢查，該信號識別方法的特征在于，在學(xué)習(xí)時，輸入包括正常信號和異常信號的多個學(xué)習(xí)用電信號，使用預(yù)先設(shè)定的提取方法從各學(xué)習(xí)用電信號中提取特征量，將該特征量作為學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)，對每個上述學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)設(shè)定或變更權(quán)重，對每個預(yù)先設(shè)定的提取范圍， 將各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取范圍的各要素值依次設(shè)定為閾值，對各要素值與上述閾值的大小關(guān)系進(jìn)行比較，由此在變更判斷基準(zhǔn)的同時進(jìn)行各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取范圍的要素值與該判斷基準(zhǔn)的對照，判斷作為各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取源的學(xué)習(xí)用電信號是否為正常信號，當(dāng)各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重被設(shè)定或變更時，對每個上述判斷基準(zhǔn)，將所誤判斷的上述學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重的總和計算為誤判斷率，對每個上述提取范圍，應(yīng)用上述誤判斷率為最小時的判斷基準(zhǔn)來制作識別器候補(bǔ)，每當(dāng)上述權(quán)重被設(shè)定或變更時，從對每個上述提取范圍所制作的識別器候補(bǔ)中選擇上述誤判斷率為最小的識別器候補(bǔ)作為上述識別器，對每個上述識別器使用上述誤判斷率而計算可靠度，每當(dāng)上述識別器被選擇時，使由該識別器誤判斷的上述學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重增加；在檢查時，輸入表示上述檢查對象物的狀態(tài)的檢查用電信號，使用上述提取方法從該檢查用電信號中提取特征量，將該特征量作為上述檢查用數(shù)據(jù)，在決定上述識別條件的各識別器中，將上述檢查用數(shù)據(jù)與上述識別器的判斷基準(zhǔn)進(jìn)行對照，判斷上述檢查對象物是否為正常狀態(tài)，在判斷為上述檢查對象物為正常狀態(tài)的識別器的可靠度的總和是判斷為上述檢查對象物為異常狀態(tài)的識別器的可靠度的總和以上的情況下，最終判斷為上述檢查對象物為正常狀態(tài)。此外，上述檢查用電信號也可以是一維波形。進(jìn)而，也可以將上述各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取范圍的要素值按照升序或降序排列，將排列后的各要素值依次設(shè)定為閾值。這里，所謂一維波形是指表示檢查對象物的規(guī)定變量(物理量)相對于時間的波形。此外，上述提取方法也可以是短時傅里葉變換。此外，上述提取方法也可以是連續(xù)小波變換。根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)方案，提供一種信號識別裝置，具備分別識別檢查對象物的狀態(tài)的多個識別器，進(jìn)行設(shè)定各識別器的判斷基準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和將基于上述檢查對象物的狀態(tài)的檢查用數(shù)據(jù)與各識別器的判斷基準(zhǔn)進(jìn)行對照而識別該檢查對象物的狀態(tài)的檢查，該信號識別裝置的特征在于，具備特征量提取機(jī)構(gòu)，在學(xué)習(xí)時被輸入包括正常信號和異常信號的多個學(xué)習(xí)用電信號，在檢查時被輸入表示上述檢查對象物的狀態(tài)的檢查用電信號，使用預(yù)先設(shè)定的提取方法從該電信號中提取特征量；權(quán)重設(shè)定變更機(jī)構(gòu)，將由上述特征量提取機(jī)構(gòu)從各學(xué)習(xí)用電信號中提取的特征量分別作為學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)，對每個該學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)設(shè)定或變更權(quán)重；學(xué)習(xí)時判斷機(jī)構(gòu)，在學(xué)習(xí)時，對每個預(yù)先設(shè)定的提取范圍，將各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取范圍的各要素值依次設(shè)定為閾值，對各要素值與上述閾值的大小關(guān)系進(jìn)行比較，由此在變更判斷基準(zhǔn)的同時進(jìn)行各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述提取范圍的要素值與該判斷基準(zhǔn)的對照，判斷作為各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取源的學(xué)習(xí)用電信號是否為正常信號；計算機(jī)構(gòu)，當(dāng)由上述權(quán)重設(shè)定變更機(jī)構(gòu)設(shè)定或變更各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重時，對每個上述判斷基準(zhǔn)，將由上述學(xué)習(xí)時判斷機(jī)構(gòu)誤判斷的上述學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重的總和計算為誤判斷率；識別器制作機(jī)構(gòu)，對每個上述提取范圍，應(yīng)用由上述計算機(jī)構(gòu)計算出的上述誤判斷率為最小時的判斷基準(zhǔn)來制作識別器候補(bǔ)；識別器選擇機(jī)構(gòu)，每當(dāng)上述權(quán)重被設(shè)定或變更時，從由上述識別器制作機(jī)構(gòu)對每個上述提取范圍制作的識別器候補(bǔ)中選擇上述誤判斷率為最小的識別器候補(bǔ)作為上述識別器，對每個上述識別器使用上述誤判斷率而計算可靠度；權(quán)重指示機(jī)構(gòu)，每當(dāng)由上述識別器選擇機(jī)構(gòu)選擇上述識別器時，對上述權(quán)重設(shè)定變更機(jī)構(gòu)進(jìn)行指示，以使由該識別器誤判斷的上述學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重增加；以及檢查時判斷機(jī)構(gòu)，在檢查時，將由上述特征量提取機(jī)構(gòu)從上述檢查用電信號中提取的特征量作為上述檢查用數(shù)據(jù)，在決定上述識別條件的各識別器中，將上述檢查用數(shù)據(jù)與上述識別器的判斷基準(zhǔn)進(jìn)行對照，判斷上述檢查對象物是否為正常狀態(tài)，在判斷為上述檢查對象物為正常狀態(tài)的識別器的可靠度的總和是判斷為上述檢查對象物為異常狀態(tài)的識別器的可靠度的總和以上的情況下，最終判斷為上述檢查對象物為正常狀態(tài)。
這里，所謂一維波形是指表示檢查對象物的規(guī)定的變量(物理量)相對于時間的波形。根據(jù)本發(fā)明的第一及第二技術(shù)方案，在選擇誤判斷率為最小的識別器時，進(jìn)行變更以使由上次選擇的識別器誤判斷的學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的權(quán)重增加、由上次選擇的識別器正常判斷的電信號的權(quán)重減小，每當(dāng)權(quán)重被設(shè)定或變更時，對識別器進(jìn)行選擇，由此即使沒有專業(yè)知識也能夠在學(xué)習(xí)時自動地進(jìn)行最佳的設(shè)定。此外，根據(jù)技術(shù)方案1、6的發(fā)明，在檢查時僅將各識別器的判斷結(jié)果進(jìn)行綜合即可，所以與使用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的情況相比能夠縮短檢查時間。此外，根據(jù)本發(fā)明第一及第二技術(shù)方案，能夠考慮分別獨立地計算的各識別器的可靠度的大小，而最終判斷檢查對象物是否為正常狀態(tài)。進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明第一及第二技術(shù)方案，通過將各要素值依次設(shè)定為閾值，能夠容易地判斷各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取源是正常信號還是異常信號，所以能夠在短時間內(nèi)計算誤判斷率。此外，在短時傅里葉變換中，構(gòu)成包含一維波形具有的全部特征、并具有從其中僅使用需要的要素值的判斷基準(zhǔn)的識別器，所以不需要預(yù)先準(zhǔn)備多個特征提取過濾器。結(jié)果， 與以往的信號識別裝置相比，能夠縮小需要存儲器量。此外，根據(jù)本實施方式，由于搜索范圍被限定于短時傅里葉變換后的特征量，所以與以往的信號識別裝置相比能夠縮短學(xué)習(xí)時間，能夠縮小程序尺寸。此外，在連續(xù)小波變換中，構(gòu)成包含一維波形具有的全部特征、并具有從其中僅使用需要的要素值的判斷基準(zhǔn)的識別器，所以不需要預(yù)先準(zhǔn)備多個特征量提取過濾器。結(jié)果， 與以往的信號識別裝置相比，能夠縮小需要存儲器量。此外，根據(jù)技術(shù)方案3的發(fā)明，由于搜索范圍被限定于連續(xù)小波變換后的特征量，所以與以往的信號識別裝置相比能夠縮短學(xué)習(xí)時間，能夠縮小程序尺寸。


圖1是表示實施方式1的信號識別裝置的構(gòu)成的框圖。圖2是表示實施方式1的信號識別方法中的學(xué)習(xí)方法的流程圖。圖3是表示實施方式1的信號識別方法的學(xué)習(xí)方法中的識別器制作方法的流程圖。圖4是表示實施方式1的信號識別方法中的檢查方法的流程圖。圖5是表示實施方式2的信號識別方法中的學(xué)習(xí)方法的流程圖。
具體實施例方式(實施方式1)首先，對實施方式1的信號識別裝置的構(gòu)成進(jìn)行說明。本實施方式的信號識別裝置使用AdaBoost方法來識別檢查對象物的狀態(tài)(檢查對象物是正常狀態(tài)還是異常狀態(tài))。 本實施方式的信號識別裝置，在學(xué)習(xí)時使用預(yù)先準(zhǔn)備的多個(m個)學(xué)習(xí)用電信號(以下稱作“學(xué)習(xí)用信號”)，設(shè)定多個弱識別器(以下稱作“識別器”)。多個學(xué)習(xí)用信號包括檢查對象物為正常狀態(tài)時的電信號(以下稱作“正常樣本”)和檢查對象物為異常狀態(tài)時的電信號(以下稱作“異常樣本”)的雙方。對于各學(xué)習(xí)用信號，為了與其他學(xué)習(xí)用信號進(jìn)行識別而預(yù)先分配有單獨的樣本序號Ui =0、…、m-1)。各識別器為，當(dāng)從檢查對象物輸入檢查用電信號(以下稱作“檢查用信號”)時，判斷檢查對象物是否為正常狀態(tài)。如圖1所示，信號識別裝置具備信號輸入部1、特征量提取部(特征量提取機(jī)構(gòu))2、權(quán)重管理部3、學(xué)習(xí)時判斷部(學(xué)習(xí)時判斷機(jī)構(gòu))4、計算部(計算機(jī)構(gòu))5、識別器制作部(識別器制作機(jī)構(gòu))6、識別器選擇部(識別器選擇機(jī)構(gòu))7、檢查時判斷部(檢查時判斷機(jī)構(gòu))8和輸出部9。另外，檢查對象物(未圖示)主要是包括旋轉(zhuǎn)設(shè)備的裝置或設(shè)備等， 但并不限定于上述情況。信號輸入部1具備檢測檢查對象物的振動的振動傳感器10和檢測檢查對象物的聲音的麥克風(fēng)11。振動傳感器10將檢測到的振動變換為模擬的電信號。由振動傳感器10 變換的電信號是表示檢查對象物的振動相對于時間的變化的一維波形的信號。麥克風(fēng)11 將檢測到的聲音變換為模擬的電信號。由麥克風(fēng)11變換的電信號是表示檢查對象物的聲音相對于時間的變化的一維波形的信號。對于特征量提取部2，作為學(xué)習(xí)用信號而輸入一維波形的正常樣本和異常樣本。特征量提取部2對所輸入的每個學(xué)習(xí)用信號，對學(xué)習(xí)用信號進(jìn)行除去噪聲的前處理。然后，特征量提取部2使用公式1、2對學(xué)習(xí)用信號進(jìn)行短時傅里葉變換，將時間(窗函數(shù)的中心時間)b與頻率f的組合的要素值F (i) (b，f)的集合提取為特征量。對樣本序號i的學(xué)習(xí)用信號，將由特征量提取部2提取的時間b 頻率f的要素值F (i) (b，f)的集合作為樣本序號 i的學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)。例如，將樣本序號i = 2、時間b3 ·頻率f2的要素值表示為要素值F(2) (b3，f2)。公式1表示樣本序號i ·時間b ·頻率f的要素值F (i) (b，f)，公式2表示公式 1的窗函數(shù)Rd(t-b)。窗函數(shù)Rd(t-b)是以時間b為中心的高斯窗。x(t)是電信號。[公式1]
權(quán)利要求
1.一種信號識別方法，使用具備分別識別檢查對象物的狀態(tài)的多個識別器的信號識別裝置，進(jìn)行設(shè)定各識別器的判斷基準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和將基于上述檢查對象物的狀態(tài)的檢查用數(shù)據(jù)與各識別器的判斷基準(zhǔn)進(jìn)行對照而識別該檢查對象物的狀態(tài)的檢查，該信號識別方法的特征在于，在學(xué)習(xí)時，輸入包括正常信號和異常信號的多個學(xué)習(xí)用電信號，使用預(yù)先設(shè)定的提取方法從各學(xué)習(xí)用電信號中提取特征量，將該特征量作為學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)， 對每個上述學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)設(shè)定或變更權(quán)重，對每個預(yù)先設(shè)定的提取范圍，將各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取范圍的各要素值依次設(shè)定為閾值，對各要素值與上述閾值的大小關(guān)系進(jìn)行比較，由此在變更判斷基準(zhǔn)的同時進(jìn)行各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取范圍的要素值與該判斷基準(zhǔn)的對照，判斷作為各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取源的學(xué)習(xí)用電信號是否為正常信號，當(dāng)各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重被設(shè)定或變更時，對每個上述判斷基準(zhǔn)，將所誤判斷的上述學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重的總和計算為誤判斷率，對每個上述提取范圍，應(yīng)用上述誤判斷率為最小時的判斷基準(zhǔn)來制作識別器候補(bǔ)， 每當(dāng)上述權(quán)重被設(shè)定或變更時，從對每個上述提取范圍所制作的識別器候補(bǔ)中選擇上述誤判斷率為最小的識別器候補(bǔ)作為上述識別器，對每個上述識別器使用上述誤判斷率而計算可靠度，每當(dāng)上述識別器被選擇時，使由該識別器誤判斷的上述學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重增加，在檢查時，輸入表示上述檢查對象物的狀態(tài)的檢查用電信號，使用上述提取方法從該檢查用電信號中提取特征量，將該特征量作為上述檢查用數(shù)據(jù)，在決定上述識別條件的各識別器中，將上述檢查用數(shù)據(jù)與上述識別器的判斷基準(zhǔn)進(jìn)行對照，判斷上述檢查對象物是否為正常狀態(tài)，在判斷為上述檢查對象物為正常狀態(tài)的識別器的可靠度的總和是判斷為上述檢查對象物為異常狀態(tài)的識別器的可靠度的總和以上的情況下，最終判斷為上述檢查對象物為正常狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所記載的信號識別方法，其特征在于， 上述檢查用電信號為一維波形。
3.如權(quán)利要求1所記載的信號識別方法，其特征在于，將上述各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取范圍的要素值按照升序或降序排列，將排列后的各要素值依次設(shè)定為閾值。
4.如權(quán)利要求1所記載的信號識別方法，其特征在于， 上述提取方法是短時傅里葉變換。
5.如權(quán)利要求1所記載的信號識別方法，其特征在于， 上述提取方法是連續(xù)小波變換。
6.一種信號識別裝置，具備分別識別檢查對象物的狀態(tài)的多個識別器，進(jìn)行設(shè)定各識別器的判斷基準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和將基于上述檢查對象物的狀態(tài)的檢查用數(shù)據(jù)與各識別器的判斷基準(zhǔn)進(jìn)行對照而識別該檢查對象物的狀態(tài)的檢查，該信號識別裝置的特征在于，具備特征量提取機(jī)構(gòu)，在學(xué)習(xí)時被輸入包括正常信號和異常信號的多個學(xué)習(xí)用電信號，在檢查時被輸入表示上述檢查對象物的狀態(tài)的檢查用電信號，使用預(yù)先設(shè)定的提取方法從該電信號中提取特征量；權(quán)重設(shè)定變更機(jī)構(gòu)，將由上述特征量提取機(jī)構(gòu)從各學(xué)習(xí)用電信號中提取的特征量分別作為學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)，對每個該學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)設(shè)定或變更權(quán)重；學(xué)習(xí)時判斷機(jī)構(gòu)，在學(xué)習(xí)時，對每個預(yù)先設(shè)定的提取范圍，將各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取范圍的各要素值依次設(shè)定為閾值，對各要素值與上述閾值的大小關(guān)系進(jìn)行比較，由此在變更判斷基準(zhǔn)的同時進(jìn)行各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述提取范圍的要素值與該判斷基準(zhǔn)的對照，判斷作為各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取源的學(xué)習(xí)用電信號是否為正常信號；計算機(jī)構(gòu)，當(dāng)由上述權(quán)重設(shè)定變更機(jī)構(gòu)設(shè)定或變更各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重時，對每個上述判斷基準(zhǔn)，將由上述學(xué)習(xí)時判斷機(jī)構(gòu)誤判斷的上述學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重的總和計算為誤判斷率；識別器制作機(jī)構(gòu)，對每個上述提取范圍，應(yīng)用由上述計算機(jī)構(gòu)計算出的上述誤判斷率為最小時的判斷基準(zhǔn)來制作識別器候補(bǔ)；識別器選擇機(jī)構(gòu)，每當(dāng)上述權(quán)重被設(shè)定或變更時，從由上述識別器制作機(jī)構(gòu)對每個上述提取范圍制作的識別器候補(bǔ)中選擇上述誤判斷率為最小的識別器候補(bǔ)作為上述識別器， 對每個上述識別器使用上述誤判斷率而計算可靠度；權(quán)重指示機(jī)構(gòu)，每當(dāng)由上述識別器選擇機(jī)構(gòu)選擇上述識別器時，對上述權(quán)重設(shè)定變更機(jī)構(gòu)進(jìn)行指示，以使由該識別器誤判斷的上述學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的上述權(quán)重增加；以及檢查時判斷機(jī)構(gòu)，在檢查時，將由上述特征量提取機(jī)構(gòu)從上述檢查用電信號中提取的特征量作為上述檢查用數(shù)據(jù)，在決定上述識別條件的各識別器中，將上述檢查用數(shù)據(jù)與上述識別器的判斷基準(zhǔn)進(jìn)行對照，判斷上述檢查對象物是否為正常狀態(tài)，在判斷為上述檢查對象物為正常狀態(tài)的識別器的可靠度的總和是判斷為上述檢查對象物為異常狀態(tài)的識別器的可靠度的總和以上的情況下，最終判斷為上述檢查對象物為正常狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所記載的信號識別裝置，其特征在于，將上述各學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的提取范圍的要素值按照升序或降序排列，將排列后的各要素值依次設(shè)定為閾值。
全文摘要
特征量提取部(2)在學(xué)習(xí)時當(dāng)被輸入包括正常樣本和異常樣本的學(xué)習(xí)用信號時，將學(xué)習(xí)用信號進(jìn)行短時傅里葉變換，提取學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)。識別器制作部(6)對每個時間·頻率的組合，使用學(xué)習(xí)時判斷部(4)的判斷結(jié)果來制作由計算部(5)計算出的誤判斷率為最小的識別器。識別器選擇部(7)從對每個時間·頻率的組合制作的識別器之中選擇誤判斷率為最小的識別器，計算可靠度。權(quán)重指示部(31)根據(jù)所選擇的識別器的判斷結(jié)果，對權(quán)重設(shè)定變更部(30)進(jìn)行指示，以便變更學(xué)習(xí)用數(shù)據(jù)的權(quán)重。檢查時判斷部(8)在檢查時使用在學(xué)習(xí)時選擇的多個識別器來判斷檢查對象物是否是正常狀態(tài)。
文檔編號G01M99/00GK102362282SQ201080012025
公開日2012年2月22日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者橋本良仁 申請人:松下電工神視株式會社