JP3228643B2 - エッジ位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定対象物について幅
などの寸法を光学的に測定する装置に用いられるエッジ
位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧延装置などでは、圧延材の幅を測定を
光学的な手法により行なっている。図３は、その原理に
ついての説明図であり、１は圧延材等の測定対象物、２
はレンズ、３は光電変換器である。

【０００３】すなわち、測定対象物１の光学像はレンズ
２を通して光電変換器３へ送られ、光電変換器３は光電
変換した電気信号を出力する。そして、この出力信号が
所定閾値を立上がった部分及び立下がった部分をエッジ
位置と判別するか、あるいはこの出力信号の微分値が所
定閾値を超えた位置を測定対象物１のエッジ位置と判別
し、この２つのエッジ位置の間の距離を求めることで測
定対象物１の寸法を測定していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は、測定対象物の形状如何によって、エッジ位置を正確
に検出できない場合があった。

【０００５】すなわち、測定対象物のエッジ部が光電変
換器の走査ラインに対してほぼ直角に交差している場合
はエッジ位置の検出が正確に行なわれるが、図４
（ａ），（ｂ）に示すように、走査ラインに対してなだ
らかな角度で交差するような場合は、測定対象物の光量
むら（照明の反射むらや自発光量のむら）の影響が大き
くなる場合があり、閾値のレベルを最適に設定すること
が困難となって、検出したエッジ位置と実際のエッジ位
置とがずれてしまうことがあった。

【０００６】また、図４（ｂ）に示したような、ノイズ
等の外乱がエッジ位置付近に発生した場合は、誤ってこ
の外乱部分をエッジ位置として検出してしまうことにな
る。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、測定対象物の形状やノイズ等の外乱の有無の如
何にかかわらず測定対象物のエッジ位置を高精度に検出
することが可能なエッジ位置検出装置を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として請求項１記載の発明は、測定対象物のエッ
ジ位置を検出するエッジ位置検出装置において、前記測
定対象物の形状についての光信号を電気信号に変換する
光電変換器と、前記変換された電気信号を、信号アドレ
スｉを有するディジタル信号Ｄi に変換するＡ／Ｄ変換
器と、前記ディジタル信号Ｄi とこれに隣接するディジ
タル信号Ｄi-1 との差分（Ｄi −Ｄi-1）を求めること
により、微分値ΔＤi を演算する微分回路と、前記信号
アドレスの間隔が所定数２Ｎだけ離れた２つの信号Ｄi+
N ，Ｄi-N 間の差分（Ｄi+N −Ｄi-N ）を求めることに
より局所変化率ΔＤiNを演算する局所変化率演算回路
と、前記微分回路からの微分値ΔＤi を入力し、前記局
所変化率ΔＤiNが所定閾値以上となる期間だけこの微分
値ΔＤi を出力するデータ領域限定回路と、前記データ
領域限定回路が出力する微分値ΔＤi のうちの最大微分
値を検出する最大微分値検出回路と、を備え、前記最大
微分値検出回路の検出結果に基いて前記エッジ位置の検
出を行うことを特徴とするものである。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載のエ
ッジ位置検出装置において、前記最大微分値検出回路
は、最大微分値及びこれに隣接する微分値を検出するも
のであり、さらに、前記信号アドレスｉ及び微分値ΔＤ
ｉの値を２軸とする座標平面上での、前記最大微分値及
びこれに隣接する微分値とそれらの信号アドレスの積に
より形成される面積の重心位置を演算する重心位置演算
回路を備え、この重心位置演算回路の演算結果に基いて
前記エッジ位置の検出を行うことを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明の構成において、微分回路
が演算する微分値ΔＤi の値はエッジ位置付近で大きく
なるが、ノイズ等の外乱が生じた場合にも大きくなる。
しかし、エッジ位置付近での局所変化率ΔＤiNは、高い
レベルの値がある程度連続するのに対し、ノイズ等の外
乱の場合は高レベルの値が連続することはない。

【００１１】データ領域限定回路は、このような性質を
利用して微分回路から出力される微分値ΔＤi について
のデータ領域を限定している。この限定されたデータ領
域の中から最大微分値検出回路は最大微分値を検出す
る。そして、この最大微分値の信号アドレスからエッジ
位置を検出することができる。

【００１２】請求項２記載の発明では、最大微分値検出
回路が最大微分値の他にその隣接値も検出できるように
なっている。そして、これらの検出された値と信号アド
レスとの積により形成される面積の重心位置を重心位置
演算回路が演算する。この重心位置がエッジ位置とな
る。この請求項２記載の発明によれば、通常の表示器の
表示画面の分解能以上の精度でエッジ位置を検出するこ
とができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１及び図２に基き
説明する。図１は本実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【００１４】図１において、１は圧延材等の測定対象
物、２はレンズ、３は光電変換器である。光電変換器３
は、例えばＣＣＤセンサのような自己走査型の光電素子
のものであってもよいし、あるいはミラーやスリット等
によって機械的に走査するものであってもよい。

【００１５】光電変換器３から出力される電気信号は、
その後、Ａ／Ｄ変換器４、微分回路５、局所変化率演算
回路６、ゲート回路８及び比較器９から成るデータ領域
限定回路７、最大微分値検出回路、重心位置演算回路１
１により処理され、これによりエッジ位置が検出される
ようになっている。

【００１６】次に、上記のように構成される図１の動作
を図２の波形図を参照しつつ説明する。

【００１７】まず、光電変換器３からの出力信号は、標
本化・量子化されて画素アドレスｉを有するディジタル
信号Ｄi に変換される。図２（ａ）は、このディジタル
信号Ｄi の波形図である。

【００１８】微分回路５は、このディジタル信号Ｄi を
入力し、ΔＤi ＝Ｄi −Ｄi-1 の演算により、微分値Δ
Ｄi を求める。図２（ｂ）は、この微分値ΔＤi の信号
についての波形図である。

【００１９】また、局所変化率演算回路６も、このディ
ジタル信号Ｄi を入力し、ΔＤiN＝Ｄi+N −Ｄi-N の式
により、局所変化率ΔＤiNを求める。ここで、Ｎの値は
エッジの立上がりに要する画素数を考慮して決定される
ものであり、通常はＮ＝５程度の値となる。図２（ｃ）
は、この局所変化率ΔＤiNの信号についての波形図であ
る。

【００２０】比較器９は、局所変化率ΔＤiNと所定の閾
値とを比較し、ΔＤiNが閾値以上となる区間だけ、図２
（ｄ）のような信号を出力する。この信号がゲート回路
９に対するゲート制御信号となる。

【００２１】ゲート回路８は、図２（ｅ）に示すよう
に、微分回路５から入力した信号ΔＤi のうち比較器９
からもゲート制御信号を入力したときの信号ΔＤi のみ
を出力する。

【００２２】最大微分値検出回路１０は、このように領
域が限定された微分値ΔＤi の中から最大微分値ΔＤi
max を検出する。この最大微分値ΔＤi max の画素アド
レスｉによりエッジ位置を求めることができるが、この
実施例では、画素の大きさ以下の高精度の分解能レベル
でエッジ位置を検出できるようにするため、図２（ｆ）
に示すように、最大微分値ΔＤi max の他に、その隣接
微分値も検出できるようにしている。

【００２３】重心位置演算回路１１は、このような３画
素の微分値及び画素アドレスから、下式により、重心位
置ＰG を演算する。

【００２４】

【数１】 この重心位置ＰG がすなわちエッジ位置となる。ここ
で、ｎは最大微分値が検出された画素アドレスであり、
ｎ−１，ｎ＋１はその隣接微分値の画素アドレスであ
る。

【００２５】上記した図１の構成によれば、光電変換器
３からの出力にノイズ等の外乱がある場合や、照明むら
がある場合でも、微分信号を局所変化率で評価（ゲー
ト）することとしているので、測定対象物のエッジ部を
正確に検出することができる。

【００２６】そして、検出したエッジ部の微分値の重心
を演算することによりエッジ位置を求めるようにしてい
るので、１画素以下の分解能での測定が可能である。

【００２７】また、最大微分値及びその隣接微分値のみ
を演算に使用するので、測定対象物の変動等によりピン
トがぼけたり結像特性が変化してエッジ部の波形が変わ
っても、その影響を最小限にすることができ、高精度の
測定が可能となる。

【００２８】さらに、３画素だけ（３画素以上とするこ
とも可能である。）のデータ処理を行うので、構成を簡
単にすることができ、高速処理が可能となる。

【００２９】なお。上記実施例では、局所変化率を２値
化した信号で微分信号にゲートをかけることにより、エ
ッジ部を検出する構成としているが、局所変化率の２値
化信号と微分信号の２値化信号とのアンド条件を取り、
これによりゲートをかける構成としてもよい。

【００３０】また、上記実施例では、Ａ／Ｄ変換器４が
後の処理をハードウェアで構成する場合を想定している
が、Ａ／Ｄ変換器４の出力をメモリに記憶させ、それ以
後の処理をソフトウェアで実現する構成としてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、測定対
象物の形状やノイズ等の外乱の有無の如何にかかわら
ず、測定対象物のエッジ位置を高精度に検出することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図。

【図２】図１の動作を説明するための波形図。

【図３】従来技術の原理の説明図。

【図４】従来技術の課題についての説明図。

【符号の説明】

１ 測定対象物 ３ 光電変換器 ４ Ａ／Ｄ変換器 ５ 微分回路 ６ 局所変化率演算回路 ７ データ領域限定回路 １０ 最大微分値検出回路 １１ 重心位置演算回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定対象物のエッジ位置を検出するエッジ
   位置検出装置において、 前記測定対象物の形状についての光信号を電気信号に変
   換する光電変換器と、 前記変換された電気信号を、信号アドレスｉを有するデ
   ィジタル信号Ｄi に変換するＡ／Ｄ変換器と、 前記ディジタル信号Ｄi とこれに隣接するディジタル信
   号Ｄi-1 との差分（Ｄi −Ｄi-1 ）を求めることによ
   り、微分値ΔＤi を演算する微分回路と、 前記信号アドレスの間隔が所定数２Ｎだけ離れた２つの
   信号Ｄi+N ，Ｄi-N 間の差分（Ｄi+N −Ｄi-N ）を求め
   ることにより局所変化率ΔＤiNを演算する局所変化率演
   算回路と、 前記微分回路からの微分値ΔＤi を入力し、前記局所変
   化率ΔＤiNが所定閾値以上となる期間だけこの微分値Δ
   Ｄi を出力するデータ領域限定回路と、 前記データ領域限定回路が出力する微分値ΔＤi のうち
   の最大微分値を検出する最大微分値検出回路と、 を備え、前記最大微分値検出回路の検出結果に基いて前
   記エッジ位置の検出を行うことを特徴とするエッジ位置
   検出装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のエッジ位置検出装置におい
   て、 前記最大微分値検出回路は、最大微分値及びこれに隣接
   する微分値を検出するものであり、 さらに、前記信号アドレスｉ及び微分値ΔＤｉの値を２
   軸とする座標平面上での、前記最大微分値及びこれに隣
   接する微分値とそれらの信号アドレスの積により形成さ
   れる面積の重心位置を演算する重心位置演算回路を備
   え、 この重心位置演算回路の演算結果に基いて前記エッジ位
   置の検出を行うことを特徴とするエッジ位置検出装置。