JP2502554B2 - 物体の表面の少なくとも一部分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、（鋼等、鉄道用車輪、及びセラミツク製、
プラスチツク製又は木製のターゲツトのような）物体の
横断面形状又は輪郭に関する情報を提供する又はそれら
の物体の断面積寸法を測定する方法及び装置に関する。
本発明は、本出願人による先行するオーストラリア特許
出願第87638/82号、ヨーロツパ特許出願第82902344.9
号、日本特許出願第502438/82号、カナダ特許出願第40
9,525号、及びアメリカ合衆国特許出願第476,869号に記
載されている発明の改良に関する。これらの特許出願の
主題は、参考文献として本明細書に収録されている。

技術の背景 本出願人の先行出願においては、圧延押出し又はその
他の成形工程のいずれかによる連続的又は半連続的材料
の製造に、たとえば圧延機内の鋼棒の製造においては、
その工程の少くとも仕上げの終りにその製品の断面形状
及び寸法に関するデータを得ることが通常望ましいこと
を、説明した。本出願人の先行出願に開示されている発
明は、良好な結果を生じた。しかしながら、本発明の目
的は、得られたデータの正確性を向上することにある。

発明の開示 したがつて本発明の目的は、観察幾何学に帰因するひ
ずみを除き、またそれゆえ測定装置の幾何学の厳重な制
御を必要又はこれに依存することなく要求される情報を
より正確に判定するとを可能とするような、物体の断面
形状又は輪郭に関する情報を得る方法と装置を提供する
ことにある。しかしながら、いつたん特定の幾何学が選
定されると、この幾何学は較正及び測定段階を通して固
定されるものとする。

本明細書において、物体の断面形状又は輪郭に関する
情報という用語は物体の寸法、物体の形状及び相対的位
置に関する情報も含む意味に解釈するものとする。ま
た、本明細書において、光という用語は可視光はもとよ
り非可視光あるいは電磁波スペクトルをも含む意味に解
釈するものとする。さらにまた、本発明において、鋼棒
又は金属棒という用語は溝材、山形材、レール等のよう
な圧延又は押出形材を含む意味に解釈するものとする。
本発明において、測定（又は目的）面という用語は、輪
郭測定の対象となる面であつてかつ照明光源によつてハ
イライトをかけられた面を指すと解釈するものとする。

本発明は物体の表面の少なくとも一部分の横断面形状
又は輪郭に関する情報を得る方法であて、この方法は既
知の基準器を備える段階であって、前記基準器は、測定
平面に実質的に垂直な少なくとも４つの平面を画定する
少なくとも４つの実質的に平らな表面を含み、これによ
り前記４つの平面と前記測定平面との交差によって形成
される４本の線が、これらの線の交差点において少なく
とも３つの同一直線上にない基準位置を画定する、既知
の基準器を備える段階と、検出装置で前記既知基準器を
検出する段階と前記既知基準器から幾何学的像変換を決
定する段階であって、この変換は、前記基準位置によっ
て画定される検出された形状を像平面から、前記既知基
準器における前記基準位置によって画定される真の形状
に対する物体平面へ転送することになる、幾何学的像変
換を決定する段階と、前記物体の横断面形状又は輪郭に
関する予備情報を得るために前記物体からの反射光を生
じるように前記物体を照明する段階と、前記幾何学的像
変換を前記予備情報について実行する段階であって、こ
れにより予備情報の形状を変化させ前記検出装置と前記
物体との間の幾何学的関係に起因する歪みを補償し、前
記幾何学的像変換は、前記物体の表面の少なくとも一部
分の真の横断面形状又は輪郭のより良好な表示を行うよ
うに前記予備情報を像平面から物体平面へ変換する、前
記幾何学的像変換を実行する段階と、からなる。

本発明はまた、物体の表面の少なくとも一部分の横断
面形状又は輪郭に関する情報を得る方法であって、既知
の基準器を用意する段階と、前記既知基準器から少なく
とも３つの基準位置を形成するため前記既知基準器を検
出する段階であって、前記既知基準器は、得られた第４
の基準位置と共に較正パラメータを決定するのに使用で
きる形状をもつ平行四辺形を画定する、前記既知基準器
を検出する段階と、実質的に正確な第１基準位置、第２
基準位置、第３基準位置、第４基準位置が決定されるよ
うに前記較正パラメータを反復決定する段階と、物体の
横断面形状又は輪郭に関する予備情報を得るために前記
物体からの反射光を生じるように前記物体を照明する段
階と、前記既知基準器上の上記基準位置の既知位置から
の前記実質的に正確な基準位置の位置の変化量に従って
前記予備情報を変換し、これにより前記物体の表面の少
なくとも一部分の真の横断面形状又は輪郭のより良好な
表示を得て、物体に関する前記情報が得られ、又は得ら
れるようにする、前記予備情報を変換する段階とを含
み、ここで、前記既知基準器からの前記較正パラメータ
の決定は、複数の感応装置によって行われ、また真の測
定平面を確立するため前記データを処理する段階を含
み、各感応装置と他の各感応装置との関係は前記較正パ
ラメータを反復して決定することにより正確に決定され
る。

本発明は、また物体の表面の少なくとも一部分の横断面
形状又は輪郭に関する情報を得る方法であって、前記物
体に向けて光を投射する照明装置と、既知の基準器から
の光を検出する感応装置とを含み、前記既知の基準器
は、測定平面に実質的に垂直な少なくとも４つの平面を
画定する少なくとも４つの実質的に平らな表面を含み、
これにより前記４つの平面と前記測定平面との交差によ
って形成される４本の線が、これらの線の交差点におい
て少なくとも３つの同一直線上にない基準位置を画定
し、前記感応装置は、前記物体からの光に感応して前記
物体及び前記基準器に関する予備情報を与え、また前記
基準位置から幾何学的像変換を決定するための変換装置
を含み、前記変換装置は検出された基準位置によって画
定される形状を像平面から物体平面へ転送して前記基準
器における前記基準位置によって画定される真の形状を
与え、また前記変換装置は、前記予備情報に対して前記
幾何学的像変換を実行し、これにより前記予備情報の形
状を変化させて、前記感応装置と前記物体との間の幾何
学的関係に起因する歪を補償し、また前記変換装置は、
前記物体の真の横断面形状の表示を与えるように前記予
備情報を像平面から物体平面へ変換する。

本発明は、また物体の表面の少なくとも一部分の横断
面形状又は輪郭に関する情報を得る装置であって、前記
物体に向けて光を投射する照明装置と、既知の基準器か
ら少なくとも３つの基準位置が実質的に正確に決定され
かつ、これと共に決定される導出される第４基準位置に
より較正パラメータを決定するのに使用される平行四辺
形を規定するような前記基準器からの光を検出する感応
装置と、前記較正パラメータを反復決定する処理装置と
を包含し、前記反復装置は前記物体に関する予備情報を
得るために前記物体からの光に感応し、前記処理装置は
前記物体に関する前記情報又は該情報から情報を得るこ
とを可能にするために前記物体の表面の少なくとも一部
分の横断面形状又は輪郭のより良好な表示を得るように
前記既知の基準器上の既知の位置からの前記実質的に正
確な基準位置の位置の変化量に従って前記予備情報を変
換し、また、前記処理装置は、前記既知基準器からの較
正データを前記感応装置の複数から受け、前記データを
処理して真の測定平面を確定し、前記較正パラメータを
反復して決定することにより各感応装置と他の各感応装
置との関係が正確に決定される。

感応装置の観測幾何学によつて起こされるひずみが基
準器をひずませるであろう、したがつて、検出された基
準器と既知の基準器との間の変動に従つて物体に関する
予備情報の変換がこのひずみを補償し、それゆえ物体の
横断面形又は輪郭に関するより正確な情報が得られる。

上述の特徴を持つ既知の基準器を具備することによつ
て三つの基準点がより容易にかつより正確に決定するこ
とを可能にする。そしてこれは、照明装置によつて照明
される離散的基準点を形成することによるよりも検出装
置がより正確に一本の線を位置決めすることができこれ
によつて二本の線の交さ点において基準点をより正確に
形成することができるからである。したがつて、基準位
置がより正確に決定されるので、物体の断面形状又は輪
郭に関するより正確な情報が求められる。

本発明の好適実施例においては、既知の基準器は十字
形断面を持つ棒を含み、その第１、第３、第２及び第４
面は、十字の一つの腕の端面、十字のこの腕の側面、十
字のこれの隣の腕の側面及び十字の同じ隣の腕の端面に
よつて規定される。

較正パラメータしたがつて基準位置の正確な位置を決
定するための反復技術は、基準位置の正確な位置を速や
かに決定可能とし、これによつて物体の正確な測定を得
ることができる速度を向上する。このことが、もちろ
ん、この発明の方法と装置の効率を向上する。

好ましくは、この物体からの照明光はストロボにかけ
られる結果、この物体の断面形状又は輪郭に関する予備
情報を得るとき、物体は実質的に静止して見える。

照明光をストロボにかけることは、予備情報の獲得の
困難性を増大し勝ちな製造工程中の物体の振動のあらゆ
る問題を克服するゆえに、好ましい。ストロボにかける
と、物体の凍結像が得られ、したがつて、予備情報が検
出されたときに物体は実質的に静止して見え、これによ
つて振動に関連する問題を克服する。

既知の基準器は、物体が照明装置によつて検出される
と同時に検出されてもよく又は既知の基準器が初期の段
階において検出されかつ物体が続く段階で検出されても
よい。好適には、照明光は、照明装置をストロボ制御す
ることによつてストロボにかけられる。しかしながら、
代替実施例においては、検出装置が物体からの像を受
け、次いで物体からの像をさえぎられるように逐次行わ
せることにより検出装置がストロボにかけられる。

図面の簡単な説明 本発明の好適実施例は、付図を参照して説明される、
これらの付図において、 第１図は、本発明によつて実施することができるスリ
ツト照明技術の概略線図、 第２図は、本発明の好適実施例において使用される照
明装置の幾何学線図、 第３図は、十字形断面を有する棒の形をした本発明の
好適基準器、 第4A図及び第4B図は、いかに較正パラメータを得るこ
とができるかを示す本発明の装置の幾何学線図、 第5A図及び第5B図は、本発明の装置の構成ブロツク
図、 第6A図及び第6B図は、処理の簡単なフローチヤート、 第７図は、像輪郭の抽出図、及び 第８図は、典型的な棒の像と輪郭を示す図、 である。

本発明の実施態様 付図を参照すると、スリツト光源10（好適には直線管
形キセノン閃光ランプ）は視準された上で扁平な光束で
以て鋼棒12を照明しているところが示されている。その
光は鋼棒から拡散反射されかつカメラ14によつて受光さ
れ、このカメラは像処理装置16と映像スクリーンなどの
ような図形出力装置40に接続されている。第２図は、鋼
棒12に関する光源10の好適幾何学を示す。四台のカメラ
（図には示されていない）が配置されて鋼棒12の完全な
像を作出する。これらのカメラは、光源10の近くに配置
されるか又は光源10間の空間に単に配置される。鋼棒12
の横断面の完全な像をカメラ14によつて得ることができ
る限り、これらのカメラの特定の幾何学は本質的な問題
ではない。

本発明の好適実施例において使用される基準器が第３
図に示されている。基準器が回転台等の上に配置され、
この回転台等の上を鋼棒が走行することによつてカメラ
14を較正しかつデータを得られるようにし、このデータ
はカメラの観察幾何学に原因する透視ひずみを補償する
ための変換の実行に使用される。基準器50は、十字形横
断面を持つ鋼棒を含む。この基準器鋼棒は、任意の長さ
のものでかまわないが、便利上、好適には長さ約30cmで
ある。基準器50鋼棒は、その断面形状から見て、十字の
一つの腕の端によつて規定される第１面52、十字の同腕
の片側によつて規定される第２面54、十字のその隣の腕
の片側によつて規定される第３面56、十字の同じ隣の腕
の端によつて規定される第４面58を含む。したがつて、
基準器50鋼棒が、四つの光源14によつて照明されると
き、線20、22、24、26が鋼棒50鋼棒上に作出される。も
ちろん、これらの線は鋼棒の他の腕の各々上にも同様に
作出される。しかしながら、線22から26の全部の線を観
視できるカメラを較正しかつ必要な変換を実行するに必
要な情報を抽出するには、線22から26までで充分であ
る。第３図に示すように平坦な第１面52と第３面56とは
互いに平行でかつ互いに隔てられておりまた同じく第３
図に示すように平坦な第２面54と第４図58とは互いに隔
てられかつ互いに平行である。平面54と58は平面52と56
に垂直であることは、明らかである。したがつて、線22
と28は、幾何学的には同等である。線22と24、24と26、
及び26と28の交さにより基準点30、32、34が作られる。

カメラ14の較正は、次のようにして実施される。

カメラの像を特定の面へ変換するために、そのカメラ
の基準面上のある点に関する位置と方向を知らなければ
ならない。レンズの焦点距離が既知であるならば、パ
ン、あおり及び旋回角が倍率を共にカメラの位置を規定
する。これらの角は、第４図に示されている。

この測定装置において各カメラは基準器の１部の透視
ひずみ視野を有するので、各カメラは目的面及びフレー
ム中心線に対するその位置を決定する。

線22〜28のカメラの撮像に四つの線を合せかつこれら
の線の交さ点に較正点30、32、34を置くことによつて、
較正点がきわめて高正確度で決定される。

これら三つの較正点から、第４の点36が誘導されこれ
らの点で平行四辺形を規定し、その形を較正パラメータ
を決定するのに使用することができる。

パン（θ）、あおり（φ）、旋回角（β）、倍率
（ｍ）、及びフレーム中心線座標（OXI、OYI）の初期評
価値は、下のように誤差関数と安全収束係数を使用して
全て反復変調され、最終的に変調誤差の全てが許容水準
以下に落着くまで続けられる。

ｅ・ｇ・θ_n＝θ_n-1＋ε×Ｆθ_n- ここにεは完全しかし最初の収束係数、 Ｆθは平行四辺形表示を利用する誤差関数であつてそ
の第一成分はθのみに依存する。

較正基準点及び誤差関数は、次のとおり。

点０、１、２は測定される。

点３は平行四辺形を完成するために誘導される。

点４はフレーム中心線の見積値として誘導される。

（xi、yi）は、点ｉの像座標 FM＝（Ｖ＋Ｈ）／（Ｖ＋Ｈの既知無ひずみ寸法）−１ Ｆθ＝（ａ＋ｃ）／（ｂ＋ｄ）−１ Ｆφ＝１−V/H Ｆβ＝（x3−xi＋y0−y2）／（Ｖ＋Ｈ） FOXI＝MX（xi−（X3−x1）/2） FOYI＝MX（yi−（y3−y1）/2） 第５図に示されている完全な測定装置は、６台の超小
形電子計算機の処理能力を使つて棒の輪郭を再現する。
これを達成するために、カメラによつて作出された四つ
の２進像が空間的にデイジタル化され、このデータが電
子計算機に送られ、ここで必要な変換が行われる結果、
棒の輪郭を再生する。

第６図は、棒輪郭再生しかつ同棒の寸法と形状の決定
を実行する処理の簡単化流れ図である。

棒輪郭測定は、本来、二つのタスクに分割され、これ
は像データの発生・捕そく、及びこれに続くそのデータ
の処理であることは、明らかである。測定装置全体を通
しての正確さは、これらのデータの処理とこの処理を制
御するパラメータの交互作用によつて決定されるが、こ
の点を解析する目的のために、いくつかの明確な相互作
用を取扱うにしても、これらを大きく分けて取扱うのが
便利である。

カメラ14によつて作出される像は、そのカメラの視
野、像の幾何学、及び物標の照明によつて決定される。
そこで、映像信号が比較器を使つて２進像に変換され、
これが空間的にデイジタル化される。次いで抽出される
情報は、映像比較器しきい値設定、カメラ走査幾何学、
電荷結合素子（CCD）センサの動作に不可欠のサンプリ
ング処理、及び映像信号の位置デイジタル化の関数であ
る。

四台のカメラの像から得られた情報は処理されて像面
整列、透視に起因するひずみ作用の修正に供せられる。
これらの像からの棒の横断面輪郭の抽出は、位置情報の
量子化性格に基づく誤差を帯びている。棒輪郭の像が数
個の点の上を延びる事実の結果として、このデータから
の一つの線又は点の特性化は、延びた又は密集した像特
徴から決定されるその線又は点の位置の決定に使用され
るアルゴリズムに依存する（第７図）。

真の棒輪郭の評価は、近似的にカメラ‐ターゲツト幾
何学の先行知識を使用し、先に使用された簡単な輪郭抽
出図形に対してさらに正確度を向上する像解析によつ
て、光源線のピーク位置（対称的）を抽出するアルゴリ
ズムを使つて達成される。物体面輪郭を再生する数学的
抽出変換の使用も、さらに最初の原形を改善する。これ
らの変換は、カメラの像を正確に測定面に投射し、この
ようにして透視とカメラの整列による影響を除き、その
結果、棒の横断面の正確な画像を与える。

照明枠（図には示されていない）は、軟鉄から作ら
れ、半径方向の腕内にある四つの光源10を納めている。
これらの光源10は、電子計算機命令の下にストロボ制御
され、かつ空気洗浄されるスリツトによつて、視準され
る。光源10とスリツトは、それらの光束が共面をとるよ
うに整列させられなければならない。この測定装置は、
各光源保持器内に機械的調節装置を具備されている。光
源のストロボ制御は、棒12の「凍結」又は静止像を作
り、この像は棒の輪郭の決定を容易にさせる。

カメラ枠（図には示されていない）は、四台のカメラ
14の戴持装置を具備する。各カメラ14は水冷却台板上に
戴持せられ、台板は調節可能な戴持具を介して枠に取付
けられ、カメラ14の整列を容易にする。

カメラ動作は前端電子装置（FEE）によつて制御さ
れ、この装置は、各カメラに、映像データ読出し用水晶
発振器鎖錠クロツク信号を送ると共にこの主クロツク信
号から導出される水平及び垂直同期信号で線及びフレー
ムタイミングをそれぞれ制御する。カメラからの映像信
号は、同期論理回路によつて「窓」にかけられることに
よつて、共通像フレームを区画する。各カメラからの映
像信号は比較回路に送られ、ここで、２進（２レベル）
映像信号に変換される。個々のしきい値調節は、各回線
ごとに行われてカメラの動作特性の差を調整する。ま
た、２進及びアナログ映像両方を表示する装置が配設さ
れている。同期クロツク信号及び四つの２進映像信号が
FEEから光フアイバ連係線を経由して処理電子計算機に
送られる。

高速応答時間を持つ二つの色彩高温計が使用されこれ
によつて棒表面温度を測定しまた棒雑音が照明枠に現れ
る時刻を測定する。高温計頭部は、空気洗浄及び氷冷却
機構を有しかつ外装ケーブルによつてFEE筐体内の表示
装置に接続される。表示装置の出力は、アナログ電圧か
らデイジタル周波数に変換され、光フアイバ連係線を通
して処理装置へ伝送される。

前位スタンド回転計の出力は、電圧から周波数に変換
され、光学的に隔離されて、処理装置に送られる。

主クロツク信号及びカメラ映像データは、光フアイバ
連係線を通して送られる。光フアイバ連係線は、導体連
係線に関して起こり得る干渉、大地ループ、漏話の問題
のない広帯域通信連係を提供する。この棒輪郭測定装置
に使用されるような通信連係線は、25MHzの最小信号帯
域幅を有する。この光フアイバ連係線は六高速回線（各
25MHz帯域幅）及び各方向に十六低速回線（各1.5MHz帯
域幅）を有してFEEを処理電子計算機に接続する。（一
予備高速回線及び数予備低速回線が配備されている。） 四路多重変換装置が配備されることによつて単独処理
装置でもつて４測定フレームまで受持つことができるよ
うにしている。多重変換装置は、光フアイバ連係線の全
部、及び各測定フレーム用回転計信号を扱いかつソフト
ウエアを制御される。処理装置は、一時に一測定フレー
ムだけしか働かないようになつているが、しかし多重フ
レーム間で計算資源を時分割することができ、測定サイ
クル時間を比例的に増大する。

カメラ14からのデータは直接記憶アクセス（DMA）を
使用する符号化器を経由して高速乱アクセス記憶装置
（RAM）に送られる。符号化器は、像記憶に必要な記憶
装置を減少させかつアクセス時間要求を容易化するのに
使用される。各従像において、ほぼ50万個の画素があ
り、これらは全て記憶される必要はない（典型的に10,0
00から20,000個の「白」画素がある）、しかし個々の
「白」画素のｘ、ｙ座標の記憶はなお酷しい記憶とアク
セス時間を強制する。２進像に対する適当な符号化技術
を使用することによつて記憶要求を8Kバイトに低減して
いる。

データのフレームの捕そく中、符号化器によるほか映
像RAMへの全てのアクセスは禁止されかつ符号化フレー
ムが記憶装置に装荷される。フレーム捕足が完了する
と、従電子計算機（8087数値データプロセツサ（NDP）
を備えたIntel8086主体単一ボード電子計算機のような
もの）が像を解析し、像内の特徴を分類し、棒像の部分
として分類されない特徴を除去し、像から棒の輪郭を抽
出し、このデータを測定面（光源の照明面）座標系に変
換する。

主電子計算機（8087NDPを備えるIntel8086主体単一ボ
ード電子計算機のようなもの）が全測定装置の動作を制
御し一方類似の人間インタフエース電子計算機が使用者
と工場電子計算機インタフエースを取扱う。使用者イン
タフエースは色彩図形監視装置と標準タイプライタ鍵盤
を経由する。この監視装置は、全データの表示及び装置
から使用者への通信に使用される。鍵盤は、使用者と測
定装置の連絡を可能にする。監視装置と工業動作器パネ
ルを含む遠隔表示局は、主動作機能だけを有する。

主電子計算機は、従電子計算機からその処理された像
を受取り、これを再書式化し、一括連係し、物体寸法を
抽出する。人間インタフエース電子計算機が、次いで色
彩監視装置上に複合輪郭とデータを表示する。主電子計
算機は、また、較正手続き中必要な全ての計算を実行す
る。

電子計算機及び映像符号化器は、単一シヤツ（光フア
イバ受信器も納める）内に全て納められかつ多重バスカ
ードかご内に戴持される。電子計算機間の全ての通信
は、多重バスを通して行われる。電子計算機間の優先度
は、オンボード優先度決定回路装置及び共通インタフエ
ースによつて解決される。主電子計算機は、全従電子計
算機に対して全般的優先度を有し、必要な装置クロツク
信号を与え、かつデータの捕そくと処理を同期させる。

光源10は、照明枠の近くに戴持された囲いに納められ
たトリガ可能の電源を具備する。FEEは、カメラの電源
及びそれ専用の電子装置を与える。これらの装置は、全
てカメラ及び照明枠の近くに設置される。

専用の枠上のカメラ14は、照明枠から約700mm下流に
戴持される。レンズに取付けられたフイルタは光源から
の放射のみを通過させる。カメラ外被の観視開口は熱反
射ガラスで封止されまたカメラ外被の内側は絶縁されて
カメラ周囲温度を安定化させる。

この測定装置によつて実行される基本的なデータ処理
機能は、ターゲツトである棒のしま照明によつて作成さ
れた２進像の解析である。第６図は、測定装置動作中に
実行される像処理の簡単化された流れ図である。

ハードウエア実行‐長さ‐符号化は別として、像処理
は、現在は、全てソフトウエア内に具現されている。さ
らに高分解能カメラ及び高速サイクル時間は、いまや利
用可能となつたハードウエア像処理の使用を必要とす
る。

NTSC標準（525線毎フレーム、30フレーム毎秒、60フ
イールド毎秒）テレビジヨンから得られる映像データ
は、２レベル（２進像）にデイジタル化され、主クロツ
クによつて全てのカメラから読出され、この場合全カメ
ラが主クロツクから導出される線及びフレームタイミン
グ信号に同期させられる。このデータは、飛越しフレー
ム（フレームの奇数及び偶数フイールドとも使用され
る）を含みこのアレームは約480の能動線（FEEによつて
設定された垂直窓は調節可能である）を含む。

フレーム捕そく中、このデータは、実行‐長さ‐実号
化とDMA（ダイレクト・メモリ・アクセス）を介して高
速映像RAM内に記憶されたフレームを使用して符号化さ
れる。実行‐長さ‐符号化書式は、線番地（左から数え
る）、像中の各「白」セグメント及びこのセグメントの
（画素で数えた）「長さ」を含む。フレーム捕そく中、
これらのデータは、16ビツト語に納められる。各映像線
の開始に当つて、線番地（数）は16ビツト数（上位六け
たは零である）として映像RAMに装荷される。この数
は、奇数／偶数配置の計数をとり、こうして、フレーム
飛越しの第一段階を実行する。一本の線中の各「白」セ
グメントごとに、水平画素番地（10ビツト）と実行長さ
（６ビツト）が16ビツト語に納められ、次の記憶番地に
記憶される。もし実行長さが64画素より大きければ、同
じｘ番地を持つた64画素の引き続くセグメントが記憶さ
れる結果、正しい長さのセグメントを作り上げる。（フ
イールド及び線同期パルス並びに主クロツク信号によつ
て制御される）フイールド捕そくが完了すると、映像RA
Mが多重バスからのアクセスに対して使用可能となり、
その結果、処理を開始することができる。

処理の第１段階は、割当てられたカメラからの像の処
理に専用の従電子計算機の「オンボード」記憶装置内の
像の再書式化と記憶である。非「白」セグメントを持つ
た線は無視されまた複合セグメント（すなわち、長さで
64画素より長いセグメント）が組合されて単一セグメン
トを作成する。個々のセグメント情報は、4,096語まで
のデータ構造内の四つの16ビツト語内に記憶される。こ
の構造（従プログラム内のIMAGE-DATAと名付けられる）
は、PLM86書式内にIMAGE-DATA（1024）STRUCTURE（IY W
ORK、IX WORD、IR WORD、IP WORD）として規定され、こ
こに、IYは線番地、IXはセグメントの始端の水平番地、
及びIRはセグメント長さ（IPは後の処理において使用さ
れる）である。フレームは、線記憶が連続する、すなわ
ち、構造IMAGE-DATA内線番号が順序をなし、これが映像
情報の割込みを完成するように、処理される。（捕そく
中、フレームは物理的には割込みされない二つの分離さ
れたフイールドとして捕そくれる、けれども線番号は像
がテレビジヨン監視装置上に表示されるとき割込構造に
従つて割当てられる）。

像を処理するために、従電子計算機は像のどの部分が
妥当データか（すなわち、ターゲツトである棒の輪郭に
属するデータ）またどれを拒絶することができるか（す
なわち、カメラ欠陥、基準点、雑音構造、又は漂遊特
徴）を判断することができなければならない。この判断
を行うために、像は数個の明確な「特徴」に分離されな
ければならない、そしてこれは各セグメントが特定の
「特徴」に割当てられるように像を一番上の線から下へ
走査することによつて行われる。各セグメントはそれが
他のセグメントと継がつているかどうかを見分けるため
に検査され、もしそうならばそのセグメントを含む特徴
に加えられる。特徴が合つているならば、これらのセグ
メントは合同させられて単一特徴を形成する。電子計算
機は、IMAGE-DATA構造内のIP語を使用することによつて
特徴の割付を追跡しその結果、セグメントが割付けられ
ている特徴の数を記憶する。後の処理を容易にするため
に、IP語を用いてIMAGE-DATA構造を「連係リスト」に作
る。これは、各IP語内に、その特徴の部分を形成する次
のセグメントへの指標を含ませることによつて達成され
る。上位六ビツトは特徴番号であり、下位十ビツトはそ
の特徴の次のセグメントへのIMAGE-DATA内の指標である
（０はセグメントの終端を表示する）。このようにし
て、電子計算機はその後、各セグメントを検査すること
を必要とせず、ある特定の特徴に属するセグメントに対
するIMAGE-DATA構造を高速走査することができる。

特徴によつて像の記述を展開し終ると、棒のしま照明
を表すいくつかの特徴のうちの特徴を抽出することが必
要である。理想的には、これは像内に存在する唯一の特
徴であろう。しかしながら、CCDを使つたカメラは点及
び線欠陥をこうむりこれらの欠陥はしきい値処理の後に
２進像内に現れる充分な大きさの映像信号を生じること
があり得る。加えて、雑音及び基準点、滞空破片などの
ような好ましからざる特徴が像中に現れる。

像は、特徴が付加された後、特徴を分類しかつ標物の
部分と考えられないものを削除することにより、「清
掃」される。セグメント化（又は特徴識別）中、各特徴
の記述が作り上げられる。この記述は、特徴領域、その
中心、特徴内のセグメントの数、最初と最後のセグメン
トの指標、並びにそのｘ、ｙ方向への最大、最小拡が
り、を含む。もし特徴の中心が像の境界に近すぎると、
その特徴はターゲツトである棒の部分ではあり得ず、し
たがって、削除される。

しま照明棒セグメントの分離は、判定基準の選択され
た組を満足しない全ての像特徴を削除することによつて
達成される。特徴を削除するための判断は、特徴の寸法
又は位置などの因子に基づく。交さの主要な特徴は、所
与の寸法より大きいことが知られているので、その寸法
より小さい全ての特徴を削除するきとができる。電子計
算機は、また、CCD配列欠陥及び基準点の位置を「学
習」することができ、またこの情報を使用してこれらの
特徴を像から除去する。もし測定される棒が既知の記述
子を持つ形状を有するならば、長さ対幅の比などの簡単
な形状記述子もまた欠陥（線欠陥など）を除去すること
ができる。

較正中、測定装置は、カメラ欠陥及び基準点の位置を
「学習」し、次いで正規動作中（これが要求されないな
らば）これらを除去する。（所定寸法より狭い領域を持
つ）小さい特徴もまた、これらが妥当輪郭を抽出するこ
とができないので、削除される。主電子計算機からの命
令があると、従電子計算機は、この段階において、最大
像特徴によつて規定された円の近似への、特徴の粗適合
を実行しようとする。処理のこの段階が完了したとき、
像はターゲツトである棒に属する適当な寸法の特徴を含
んでいる（良好な像にとつてはこのような特徴がただ一
つである）。

いつたん像欠陥が識別され、除去又は訂正（レクテイ
フアイ）されると、数画素の幅又は厚さを有しかつ幅画
素幅の輪郭に減少させられなければならない特徴をもつ
ものが残される。したがつて、濃密な像の内側縁と外側
縁との間の中央路、いわゆる中間線輪郭である画素の処
理線を選択するアルゴリズムが必要とされる。

棒の像の解析において採られる方策は、像特性の先行
知識を最大限に使用することである。特に、像は比較的
長く、薄いということ、枝が存在しないことが知られて
いる。線輪郭の抽出は、各従電子計算機によつてその割
当てられたカメラからの映像データに対して行われる。

輪郭抽出に適合した手続きは、棒表面上の照明しまの
反射像を表示する比較的薄い輪郭の両縁の中間路である
ことを最もよく評価する画素位置の決定を含む。使用さ
れる輪郭点評価は、垂直消尽点方向上（Vertical Vanis
hing Point dinection）の全ての特徴画素の平均であ
る。この評価は、既知の対称照明しま強度輪郭を使用し
て半‐画素解像度に対する輪郭点を与える。

垂直消尽点（VVP）の概念は、一対の並行な、真直な
鉄道レールの間に立つてかつその長さに沿つて眺めると
きに観察される効果によつて、例証される。これらのレ
ールは決して合わさることはないのであるが、透視効果
は二本のレールが遠点で収束するように見せる。この遠
点が、「消尽点」といわれ、観察者の向きと光景とによ
つて、垂直、水平又はその他の消尽点となる。棒輪郭測
定装置内のVVPの位置は、較正処理中に、正確に機械加
工された並行な表面の像を数学的にこれらが収束するま
で延長することによつて、正確に決定される。

語で以つて、像画素位置に基づくｘ、ｙ座標である線
輪郭の評価を捕そくした従電子計算機は、これらの座標
を一組の浮動小数点座標に変換する。

浮動小数点像座標は、先行開示された較正設定中に導
出された測定装置パラメータと像データを測定面に投射
する数学的変換を利用して、測定面座標に変換される。
画素座標から測定面座標への変換は、画素が均等に間隔
をとることのほかは配列の物理的画素寸法に関して全く
何も仮定することなく達成される。これらの像変換は先
に言及した先行出願に開示されており、したがつて、こ
こでは説明しない。

輪郭解析の並行計算部分を最大化するために、従電子
計算機は円に適合する部分的最小四角形を計算し、これ
を主電子計算機が後で完成する。像捕そく、セグメント
化、輪郭抽出、及び変換という従電子計算機の像処理タ
スクが完了すると、従電子計算機は主電子計算機が変換
輪郭データを捕そくするのを待期する。主電子計算機
は、次いで、他の従電子計算機捕そくサイクルを始動さ
せかつ先に捕そくされた輪郭を処理する。

主電子計算機は、従電子計算機によつて計算された部
分最小四角形の円適合結果を組合えて、棒重心を決定す
る。もし棒が凸面形であるならば、主電子計算機は重心
を用いて四つの従計算機からのデータを結合する。結合
アルゴリズムは、各半度放射スライスごとに全ての従計
算機輪郭点を平均化しスライス当り一つの点を作成す
る。

もし棒が主要な凹面部分を含む形状のものならば、結
合アルゴリズムは変調されなければならず、また重心
は、心出表示用のみに使用される。

主電子計算機は、いかなる棒形状に対しても約720輪
郭点を作成し、これらは次いで人間インタフエース計算
機によつて表示される。これに続くデータ抽出は棒の形
状と要求される寸法に依存する。

二つの主要データ抽出型式は、「ロール関連」又は
「プロダクト関連」である。前者の抽出寸法は、ロール
制御工程における直接使用のために棒上の固定位置にお
いてとられる。これらの寸法は、パス、シヨルダー及び
側寸法を含む。プロダクト関連寸法は、使用者の要求に
よつて全面的に決まる。丸棒は最小、最大及び平均直径
の測定を必要とし、一方、平坦側面棒は平坦面最小、最
大幅寸法及び隅角の測定を必要とする。レール及び構造
形材は、それらのより複雑な形状を規定するためにより
複雑なデータを必要とする。

主電子計算機は、主従電子計算機に命令して既知較正
形状の同時像を捕そくさせ、かつ各生像から、順繰り
に、各カメラの較正取付具に対する位置と向きを計算す
る。較正形状は各カメラ視野内に数本の直線を与え、線
合せ技術を使用して三つの較正点を高正確度で決定可能
とする。誤差関数は要求される較正定数の各々に対して
計算されかつ先行開示された高速収束反復アルゴリズム
が使用される。

オペレータへの物理的インタフエースは、標準鍵盤と
色彩図形監視装置によつて与えられる。人間インタフエ
ース計算機操作は、「監視」プログラムによつて制御さ
れこのプログラムはオペレータと測定装置の間を連係す
る。オペレータは命令ライブラリを与えられ、このライ
ブラリは測定装置の設定、その較正、測定機能の実行、
及び問題が起つた際、診断を実行するのに使用される。
測定装置命令は、使用者によつてメニユー駆動入口書式
に入れられる。

測定装置は一組の診断を有し、これによつてオペレー
タは測定装置に質問しまた一群の装置機能を実施させる
ことができる。具備されている機能には、次のものが含
まれる、 全揮発性記憶内容の試験又は変更 模擬データの使用を含む像処理の全段階における像捕
そくと診断 全診断機能は、鍵盤から、主電子計算機を経由して制
御される。

光源10を消灯し（すなわち、棒像が得られない）かつ
映像しきい値を適当に調節しておき、カメラ欠陥位置が
像が捕そくかつ分類することによつて学習される。欠陥
の位置は、次いで、不揮発性記憶装置内に記憶されるこ
とによつて、これらを検査しかつ正規動作中にこれらを
「実際」の像から削除できるようにする。

カメラ整列が乱されないかを検査するために、棒案内
構造に固定されかつカメラ14の視野内にある四つの不活
性基準マークの一組が使用される。較正手順の第２局
は、これらマークの位置の決定（光源10を点灯しかつ映
像しきい値を設定しておく）及びこの情報の不揮発性記
憶装置への記憶を含む。もし正規動作中に、これら基準
マークの位置と記憶されている位置とに差があることが
判るならば、測定データは誤つている旨及び較正を検査
するか又は繰返すべき旨の表示がなされる。

較正の最終段階は、カメラの整列及びカメラの測定面
までの距離を規定する角度の決定を含む（これは、像処
理の規模を決定する）。これは、既知の標物形状を使用
して従電子計算機がその像から輪郭評価を抽出すること
によつて達成される。主電子計算機は、次いで、この形
状を既知の基準に合せることによつて測定装置パラメー
タを決定しかつこの測定装置パラメータを不揮発性記憶
装置に記憶する。

全従電子計算機が像を捕そくしかつ処理し、次いで主
電子計算機がこれら処理された像を連係して複合棒輪郭
を形成する。複合棒輪郭は、表示されまた関連データが
抽出され、表示される。オペレータは、像エンハンスメ
ント処理が最大円形特徴への予備「適合」を含んでいる
かどうか明細することができる。オペレータは、また、
最初の測定によつて取られた棒の鼻からの距離及び要求
されるデータ抽出の型式を明細することができる。測定
装置が実際寸法と所望寸法とを比較することができるよ
うに、棒の形状と公称寸法が入力されることを要する。

このデータ抽出は、圧延関連又は製品関連であること
ができ、また棒の形状又はオペレータの要求に基づいて
広く多様な寸法を抽出することができる。データ表示書
式のいくつかの例が第８図に示されている。

本発明の精神と範囲内での変更は当業者によつて容易
に実行可能であるので、本発明は本明細書に例として説
明した特定の実施例に限定されるものではないことは、
明らかである。

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体の表面の少なくとも一部分の横断面形
   状又は輪郭に関する情報を得る方法であって、 既知の基準器を備える段階であって、前記基準器は、測
   定平面に実質的に垂直な少なくとも４つの平面を画定す
   る少なくとも４つの実質的に平らな表面を含み、これに
   より前記４つの平面と前記測定平面との交差によって形
   成される４本の線が、これらの線の交差点において少な
   くとも３つの同一直線上にない基準位置を画定する、既
   知の基準器を備える段階と、 検出装置で前記既知基準器を検出する段階と、 前記既知基準器から幾何学的像変換を決定する段階であ
   って、この変換は、前記基準位置によって画定される検
   出された形状を像平面から、前記既知基準器における前
   記基準位置によって画定される真の形状に対する物体平
   面へ転送することになる、幾何学的像変換を決定する段
   階と、 前記物体の横断面形状又は輪郭に関する予備情報を得る
   ために前記物体からの反射光を生じるように前記物体を
   照明する段階と、 前記幾何学的像変換を前記予備情報について実行する段
   階であって、これにより予備情報の形状を変化させ前記
   検出装置と前記物体との間の幾何学的関係に起因する歪
   みを補償し、前記幾何学的像変換は、前記物体の表面の
   少なくとも一部分の真の横断面形状又は輪郭のより良好
   な表示を行うように前記予備情報を像平面から物体平面
   へ変換する、前記幾何学的像変換を実行する段階と、か
   らなる物体の表面の少なくとも一部分の横断面形状又は
   輪郭に関する情報を得る方法。
2. 【請求項２】請求の範囲第１項記載の方法において、前
   記既知の基準器は十字形横断面を有しかつ第１平面、第
   ３平面、第２平面及び第４平面は前記十字の一つの腕の
   端面、前記十字の前記腕の側面、前記十字の前記腕の隣
   りの腕の側面及び前記十字の前記隣りの腕の端面によっ
   て規定される棒からなる、物体の表面の少なくとも一部
   分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る方法。
3. 【請求項３】請求の範囲第１項記載の方法において、正
   確な基準位置が決定されるように較正パラメータが前記
   基準位置から決定されることと、正確な基準位置は前記
   既知の基準器として使用されることと、複数の感応装置
   を使って基準位置を観察することによって較正データを
   得かつ真の測定データを確立するために前記データを処
   理することによって前記較正パラメータが決定されるこ
   とと、及び前記処理に当って感応装置と各他の感応装置
   との関係は前記較正パラメータを反復決定することによ
   り正確に決定され、物体の表面の少なくとも一部分の横
   断面形状又は輪郭に関する情報を得る方法。
4. 【請求項４】物体の表面の少なくとも一部分の横断面形
   状又は輪郭に関する情報を得る方法であって、 前記既知基準器から少なくとも３つの基準位置を形成す
   るため前記既知基準器を検出する段階であって、前記既
   知基準器は、得られた第４の基準位置と共に較正パラメ
   ータを決定するのに使用できる形状をもつ平行四辺形を
   画定する、前記既知基準器を検出する段階と、 実質的に正確な第１基準位置、第２基準位置、第３基準
   位置第４基準位置が決定されるように前記較正パラメー
   タを反復決定する段階と、 物体の横断面形状又は輪郭に関する予備情報を得るため
   に前記物体からの反射光を生じるように前記物体を照明
   する段階と、 前記既知基準器上の上記基準位置の既知位置からの前記
   実質的に正確な基準位置の位置の変化量に従って前記予
   備情報を変換し、これにより前記物体の表面の少なくと
   も一部分の真の横断面形状又は輪郭のより良好な表示を
   得て、物体に関する前記情報が得られ、又は得られるよ
   うにする、前記予備情報を変換する段階とを含み、ここ
   で、前記既知基準器からの前記較正パラメータの決定
   は、複数の感応装置によって行われ、また 真の測定平面を確立するため前記データを処理する段階
   を含み、各感応装置と他の各感応装置との関係は前記較
   正パラメータを反復して決定することにより正確に決定
   される、物体の表面の少なくとも一部分の横断面形状又
   は輪郭に関する情報を得る方法。
5. 【請求項５】請求の範囲第４項記載の方法において、前
   記物体からの照明は、前記物体の横断面形状又は輪郭に
   関する予備情報が得られるとき前記物体の実質的に静止
   像を与えるようにストローブされる、物体の表面の少な
   くとも一部分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る
   方法。
6. 【請求項６】物体の表面の少なくとも一部分の横断面形
   状又は輪郭に関する情報を得る装置であって、 前記物体に向けて光を投射する照明装置と、 既知の基準器からの光を検出する感応装置とを含み、前
   記既知の基準器は、測定平面に実質的に垂直な少なくと
   も４つの平面を画定する少なくとも４つの実質的に平ら
   な表面を含み、これにより前記４つの平面と前記測定平
   面との交差によって形成される４本の線が、これらの線
   の交差点において少なくとも３つの同一直線上にない基
   準位置を画定し、前記感応装置は、前記物体からの光に
   感応して前記物体及び前記基準器に関する予備情報を与
   え、また 前記基準位置から幾何学的像変換を決定するための変換
   装置を含み、前記変換装置は検出された基準位置によっ
   て画定される形状を像平面から物体平面へ転送して前記
   基準器における前記基準位置によって画定される真の形
   状を与え、また前記変換装置は、前記予備情報に対して
   前記幾何学的像変換を実行し、これにより前記予備情報
   の形状を変化させて、前記感応装置と前記物体との間の
   幾何学的関係に起因する歪を補償し、また前記変換装置
   は、前記物体の真の横断面形状の表示を与えるように前
   記予備情報を像平面から物体平面へ変換する、物体の表
   面の少なくとも一部分の横断面形状又は輪郭に関する情
   報を得る装置。
7. 【請求項７】請求の範囲第６項記載の装置において、前
   記既知の基準器は十字形横断面を有しかつ第１平面、第
   ３平面、第２平面及び第４平面は前記十字の一つの腕の
   端面、前記十字の前記腕の側面、前記十字の前記腕の隣
   りの腕の側面及び前記十字の前記隣りの腕の端面によっ
   て規定される棒を含む、物体の表面の少なくとも一部分
   の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る装置。
8. 【請求項８】請求の範囲第６項記載の装置において、処
   理装置を更に含み、前記処理装置は正確な基準位置が決
   定されるように較正パラメータを計算することと、正確
   な基準位置は前記既知の基準器上に使用されることと、
   前記処理装置は較正データを前記既知の基準器から複数
   の前記感応装置を経由して受取りかつ真の測定平面を確
   立するために前記データを処理することによって較正パ
   ラメータを決定することと前記処理に当って各感応装置
   の各他の感応装置との関係は前記較正パラメータを反復
   決定することにより正確に決定される、物体の表面の少
   なくとも一部分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得
   る装置。
9. 【請求項９】物体の表面の少なくとも一部分の横断面形
   状又は輪郭に関する情報を得る装置であって、 前記物体に向けて光を投射する照明装置と、 既知の基準器から少なくとも３つの基準位置が実質的に
   正確に決定されかつ、これと共に決定される導出される
   第４基準位置により較正パラメータを決定するのに使用
   される平行四辺形を規定するような前記基準器からの光
   を検出する感応装置と、 前記較正パラメータを反復決定する処理装置とを包含
   し、 前記感応装置は前記物体に関する予備情報を得るために
   前記物体からの光に感応し、前記処理装置は前記物体に
   関する前記情報又は該情報から情報を得ることを可能に
   するために前記物体の表面の少なくとも一部分の横断面
   形状又は輪郭のより良好な表示を得るように前記既知の
   基準器上の既知の位置からの前記実質的に正確な基準位
   置の位置の変化量に従って前記予備情報を変換し、 また、前記処理装置は、前記既知基準器からの較正デー
   タを前記感応装置の複数から受け、前記データを処理し
   て真の測定平面を確定し、前記較正パラメータを反復し
   て決定することにより各感応装置と他の各感応装置との
   関係が正確に決定される、物体の表面の少なくとも一部
   分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る装置。