JP2007147442A - 木材の検査方法及び装置及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮影手段8で木材9のカラー撮影を行い、画像処理手段1で前記撮影手段8により撮影されたカラー画像の色分布を求め、該求めた色分布を予め定めた正常な木材の色分布と比較し、該求めた色分布が前記正常な木材の色分布から所定値以上離れたものを異常色分布とし、該異常色分布が前記撮影手段により撮影された木材面上での領域で所定値より大きいものを木材の欠陥として検出する。
【選択図】図1
Description
肉眼による判定では、人により判定にバラツキがある(不正確である)こと、コンベヤの速度を大きくできない(生産性が悪い)等の問題があった。
(1):撮影手段8で木材9のカラー撮影を行い、画像処理手段1で前記撮影手段8により撮影されたカラー画像の色分布を求め、該求めた色分布を予め定めた正常な木材の色分布と比較し、該求めた色分布が前記正常な木材の色分布から所定値以上離れたものを異常色分布とし、該異常色分布が前記撮影手段により撮影された木材面上での領域で所定値より大きいものを木材の欠陥として検出する。このため、木材の品質に影響を及ぼす木材表面の変色による欠陥部分を色分布を利用して正確に検出することができる。
(1):画像処理手段で、撮影手段により撮影されたカラー画像の色分布を求め、該求めた色分布を予め定めた正常な木材の色分布と比較し、該求めた色分布が前記正常な木材の色分布から所定値以上離れたものを異常色分布とし、該異常色分布が前記撮影手段により撮影された木材面上での領域で所定値より大きいものを木材の欠陥として検出するため、木材の品質に影響を及ぼす木材表面の変色による欠陥部分を色分布を利用して正確に検出することができる。
図1は単板選別装置の説明図である。図1において、単板選別装置の全体構成を示しており、単板選別装置には、画像処理装置1、選別機制御装置2、操作盤3、ベルトコンベア4、透過光用照明5、反射光用照明6、等級別分配装置7、ラインセンサカメラ8が設けてある。
図2は画像処理装置の説明図である。図2において、画像処理装置には、3台のラインセンサカメラ8a、8b、8c、カメラ画像取得用基盤11a、11b、11c、レーザーマーカ12a、12b、レーザードライバ13a、13b、メインコンピュータ14が設けてある。
<撮影中の処理の説明>
ラインセンサカメラ8a、8b、8cで撮影された画像データは、1ラインごとに、メインコンピュータ14に配信され、1枚の全体画像として合成される。
ラインセンサカメラ8a、8b、8cから1ラインカラー画像を取り込み、レーザーマークの位置(接合位置)を検出し、その情報とともに、1ラインカラー画像をメインコンピュータ14に転送する。
到着した1ラインカラー画像の補正を行うと共にあばれ値を検出し(検査対象にあばれが存在すると、前記レーザーマークの位置の検出軌跡が非直線状に歪むので、その歪み量から、あばれ量が検出できる)、上記位置情報(レーザーマーク)に基づき合成する。これは、カメラ画像取得用基盤11a、11b、11cで撮影が終了し、最後の1ラインカラー画像を受信した段階で、メインコンピュータ14では、全体カラー画像の合成が完了する。また、撮影中の時間を有効に活用するため、白黒変換や縮小処理など、1ラインごとに可能な処理は、同時並行的に行うことができる。
・カメラ画像取得用基盤11a、11b、11cの処理
次の板(単板)の到着を検出するまで待機する。
対象となる板の大きさや種類などの既定情報に基づき、計算すべき領域や設定値により節探査処理、透過光による欠陥検出処理等を行い、最終的にあばれ値を含めた等級分類処理を行う。結果を図示しない表示装置に表示するとともに、選別機制御装置2に結果を出力する。
木材の品質に影響を及ぼす木材表面の変色による欠陥部分を、以下の手段と方法により検出することができる。
これらのものを欠陥部として、検出できるようにすることである。
1)木材の表面を、カラーのラインセンサーカメラで撮影し、その画像をコンピュータに入力装置(入力手段)を用いて取り込む。
4)HSV画像から下記方法により欠陥部の検出を行う。
同一樹種の正常な(健全な)木材の表面色は、その濃淡に関係なく、ほぼ特定の彩度と色相の領域に分布する。ところが、カビなどの欠陥部は、材質の違いに起因して、健全色の分布からは、彩度、色相にずれが生じる。また、焦げなどの欠陥部は、健全色の分布と比較して遙かに黒い(低明度)部分に分布する。
1)検査対象となる樹種について、健全な木材の表面をカラーのラインセンサーカメラにより撮影する。
3次元色空間としては、RGB(赤、緑、青色空間)を採るものと、HSV(色相、彩度、明度色空間)あるいはLab色空間(「L」は明度、「a」はグリーンからレッドへ、「b」はブルーからイエローへの色相の要素を表す)などを用いることができる。
例えば、HSV色分布で明度が0.0 〜 1.0の範囲の値をとる場合、明度区分0.02ごとの等明度の値を持つ画素の色相、彩度の2次元分布を求め、その最大頻度点を結ぶ曲線を得、それを3次元色分布の基準中心軸とする。また同時に色相、彩度の2次元分布の標準偏差σc(v)も求める。
1)検査対象の木材表面をカラーのラインセンサーカメラにより撮影する。
2)その画像の各画素を3次元色空間に配置し、3次元色分布を作成する。
3)3次元色分布の基準中心軸からの色彩偏差値を次のように求める。
色相値:h(g[x,y]) 彩度値:s(g[x,y]) 明度値:v(g[x,y]) とし
先の求めた3次元色分布の基準中心軸の特定の明度vにおける基準中心軸の座標を
色相値:H(v)、彩度値:S(v)とし
その等明度平面の横軸をX,縦軸をYとすると図3のようになる。図3は画像g各点の色をHS平面上に変換する説明図である。図3において、対象画像の木材の画素をg[x,y]をHS平面上の直行座標X2,Y2 に変換するものである。なお、色の分布(網かけ参照)は円ではなく様々な形に分布するが、標準偏差では略円となる。
X1=S(v)・cos(2 π・H(v)/360)
Y1=S(v)・sin(2 π・H(v)/360)
X2=s(v)・cos(2 π・h(v)/360)
Y2=s(v)・sin(2 π・h(v)/360)
d2 =(X1 − X2)2 + (Y1− Y2)2
Zc[x,y] = (√d) / ( σc(v)×βc)
ここで、σc(v)は基準中心軸の明度vにおける色相、彩度2次元分布の標準偏差σc(v)である。βc は、基準中心軸からσc(v)の何倍離れた色を異常とするかを定める係数で、例えば1.0 〜2.0 程度の値をとる。
5)3次元色分布の基準中心軸(明度軸)方向のヒストグラムを求める。
βv は、明度平均値Vmからσv の何倍離れた明度を異常とするかを定める係数で、例えば1.0 〜4.0 程度の値をとる。
Zt[x,y] = Zc[x,y] + Zv[x,y]
明度ヒストグラムが、カメラ特性などにより正規分布をなさない場合(例えば、明度が1.0 に近い明るい部分が飽和する等)は、平均値Vm ,標準偏差σv が正確に求まらないことがある。この場合には、ヒストグラムが標準正規分布に従うものとして、規格化された累積確率分布関数F(x)が、次のようであると表すことができる。
明度ヒストグラムを明度の低いほうから積算し、その積算値を全画素数で割った値(累積度数)が、次のp1、p2、p3、p4に相当する明度をそれぞれ求め、V1, V2, V3, Vmとする。
p2 = F( μ−1.0 σ) = 0.1587
p3 = F( μ−0.5 σ) = 0.3085
p4 = F( μ) = 0.5
また、V1, V2, V3, Vmの取りうる有効領域Vmin, Vmaxは、基準となる木材等から経験的に求められ、例えば、Vmin= 0.25, Vmax=0.9として設定することができる。
σv = V2− V1
Vm= V2 + σv
としてσv とVmを推定できる(図9参照)。
V1 : F(Vm −2.0 σv)とV2 : F(Vm −1.0 σv)は、有効領域外となる。そこで、有効領域内に存在する明度値V3 : F(Vm −0.5 σ) = 0.3085とVm : F(Vm)=0.5からσv = (Vm − V3)×2 となりσv とVmを推定できる(図10参照)。
図4は弛緩法の説明図である。以下図4の処理S1〜S3に従って説明する。
P0(x,y) = Z(x,y) : 0 < Z< 1.0
1.0 : Z ≧ 1.0
もし( 0.0 < Pi(x,y) < 1.0 ) のとき
Pi(x,y) の近隣の画素の確率平均値<P> を求め、
Pi+1 = Pi + α(<P> - Pi)
(αは、周辺画素の影響係数で1 〜4 程度)
として確率を更新し、処理S3に移る。
Pi+1 = Pi
として確率は更新しないで、処理S3に移る。。
もし、Pi(x,y) に対して、
繰返回数Iが指定数よりおおきく(I>指定数)、
Pi=0.0と pi=1.0 の画素数の全画素に対する割合が指定率より大きい(>指定率)
であれば、処理を終了する。
そうでなければ、処理S2を繰り返す。
図5はHSV色空間における色分布の説明図である。図5において、上方向は明度(V:ここではV=0.0 〜1.0 )、同じ明度平面の直径方向が彩度(S:ここではS=0.0 〜1.0 )、円周方向が色相(H:ここではH= 0°〜 360°)を表している。健全木材の色分布は大きい上下の色分布の領域があり、この色分布の中心軸(基準中心軸)を上方向の矢印で示してある。
図6は特定明度v平面における画素分布の説明図である。図6において、特定明度v平面における色彩異常部の画素分布を示している。ここで色彩異常部の画素分布は、標準偏差σc(v)で特定の領域(網かけ部参照)に分布する。
図7は正規分布の累積度数F(x)の説明図である。図7において、点線で一般的な正規分布(分布確率)を示しており、累積度数(累積確率分布関数)F(x)は、木材の健全部の積算値を全画素数Nで割って規格化したものである。ここで、p1 = 0.0228 ( μ−2 σ )、p2 =0.1587( μ−1.0 σ) 、p3 =0.3085( μ−0.5 σ) 、p4 =0.5 ( 平均値= μ) となる。
画像処理装置(画像処理手段)1、選別機制御装置(選別機制御手段)2、カメラ画像取得用基盤11a、11b、11c、メインコンピュータ14等はプログラムで構成でき、主制御部(CPU)が実行するものであり、主記憶に格納されているものである。このプログラムは、コンピュータで処理されるものである。このコンピュータは、主制御部、主記憶、ファイル装置、表示装置等の出力装置、入力装置などのハードウェアで構成されている。
2 選別機制御装置
3 操作盤
4 ベルトコンベア
5 透過光用照明(照明手段)
6 反射光用照明(照明手段)
7 等級別分配装置
8 ラインセンサカメラ(撮影手段)
9 単板(木材)
Claims (9)
- 撮影手段で木材のカラー撮影を行い、
画像処理手段で前記撮影手段により撮影されたカラー画像の色分布を求め、該求めた色分布を予め定めた正常な木材の色分布と比較し、該求めた色分布が前記正常な木材の色分布から所定値以上離れたものを異常色分布とし、該異常色分布が前記撮影手段により撮影された木材面上での領域で所定値より大きいものを木材の欠陥として検出することを特徴とした木材の検査方法。 - 欠陥面積が検査対象領域に対して相対的に小さい木材を検査対象とする場合については、前記予め定めた正常な木材の色分布として、検査対象毎に取得した画像分布を、都度置き換えて用いることを特徴とした請求項1記載の木材の検査方法。
- 前記撮影したカラー画像の色分布の明度ヒストグラムを求めて明度異常部を検出することを特徴とした請求項1又は2記載の木材の検査方法。
- 前記予め定めた正常な木材の色分布の明度ヒストグラムは、全体が正規分布に従うものとして一部の領域の累積度数から全体の正規分布を推定することを特徴とした請求項3記載の木材の検査方法。
- 木材のカラー撮影を行う撮影手段と、
前記撮影手段により撮影されたカラー画像の色分布を求め、該求めた色分布を予め定めた正常な木材の色分布と比較し、該求めた色分布が前記正常な木材の色分布から所定値離れたものを異常色分布とし、該異常色分布が前記撮影手段により撮影された木材面上での領域で所定値より大きいものを木材の欠陥として検出する画像処理手段とを備えることを特徴とした木材の検査装置。 - 前記画像処理手段は、欠陥面積が検査対象領域に対して相対的に小さい木材を検査対象とする場合については、前記予め定めた正常な木材の色分布として、検査対象毎に取得した画像分布を、都度置き換えて用いることを特徴とした請求項5記載の木材の検査装置。
- 前記画像処理手段は、前記撮影したカラー画像の色分布の明度ヒストグラムを求めて明度異常部を検出することを特徴とした請求項5又は6記載の木材の検査装置。
- 前記画像処理手段は、前記明度ヒストグラムは全体が正規分布に従うものとして一部の領域の累積度数から全体の正規分布を推定することを特徴とした請求項7記載の木材の検査装置。
- 木材のカラー撮影を行う撮影手段と、
前記撮影手段により撮影されたカラー画像の色分布を求め、該求めた色分布を予め定めた正常な木材の色分布と比較し、該求めた色分布が前記正常な木材の色分布から所定値離れたものを異常色分布とし、該異常色分布が前記撮影手段により撮影された木材面上での領域で所定値より大きいものを木材の欠陥として検出する画像処理手段として、コンピュータを機能させるためのプログラム。
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