JP5176372B2 - 疵検査方法、疵検査装置、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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しかしながら、従来の技術では、圧延ロールの1回転分に相当する画像を重ね合わせているに過ぎない。このため、圧延ロールの表面に生じている模様や肌荒れ等により生じている無害な粗度変化も、疵検査画像にS/N比が高く表れることになる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、周期性のある有害疵と、その有害疵と同じような周期性・形態を有する外乱ノイズとが混在している場合でも、周期性のある有害疵を従来よりも高精度に検出することができるようにすることを目的とする。
図1は、本実施形態における表面疵検査システムの概略構成の一例を示した図である。尚、本実施形態では、図1に示すように、疵検査を行う疵検査対象物として、ワークロール7a、中間ロール7b、及びバックアップロール7cを備えた仕上圧延機7で仕上圧延された後の帯状鋼板1を例に挙げて説明する。尚、以下の説明では、帯状鋼板1を鋼板1と略称する。
このような圧延鋼板製造ラインに設置される表面疵検査システムは、照明装置4と、撮像装置5と、情報処理装置6とを有している。
ここでは、撮像装置5として、白黒濃淡画像を出力するラインカメラを使用した場合を例として挙げて説明する。具体的に撮像装置5は、鋼板1の幅方向に細長い疵検査範囲の濃淡画像を撮像し、例えば白黒256階調の情報を撮像画像として出力するものとする。
表示装置8は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)等を備えており、情報処理装置6により実行された疵検査の結果を示す画像を表示するためのものである。
図2において、画像入力部21は、撮像装置5で撮像されたライン毎の画像データを入力し、連続して入力した複数のライン毎の画像データ(2048×1画素)を用いて、例えば、2048(幅)×512(長さ)の画素数を有する画像データを構成する。そして、画像入力部21は、その画像データをRAMに記憶する。
画像入力部21は、例えば、画像入力ボードで構成するデータ入出力制御装置を用いることにより実現される。
以上のように本実施形態では、例えば、シェーディング補正部22が、RAMに記憶されている最も古い画像データを破棄し、シェーディング補正を行った画像データを追加して、所定の長さの画像データをRAMに形成することにより画像記憶手段が実現される。また、本実施形態では、例えば、RAMに記憶されている「予め設定された長さの画像データ」が、移動する検査対象物の表面の撮像画像として実現される。
以上のように本実施形態では、例えば、画像切り出し部23aが、ワークロール7aの外周長の設計値と、ワークロール7aの外周長の設計値を±数画素ずつ増減させた長さで、「長さ3m分の画像データ」をその長手方向に分割して切り出して、p個の画像データ群42a〜42cを撮像画像群として生成することにより、画像切り出し手段が実現される。
以上のようにして、図3(c)に示すように、p個の加算平均画像データ43a〜43cが得られる。
尚、加算平均画像導出部23は、例えば、情報処理装置6のCPU、ROM、RAM、及びハードディスクを用いることにより実現される。
画像切り出し部23aによる画像データの切り出し長さが、その画像データに含まれている「周期性を有する疵」の周期とかけ離れる程、ランダムな輝度値をもつ画素同士を、加算処理部23bで加算することになる。このような場合、加算処理部23bで得られる加算平均画像データ43は、一様な輝度値を有する画像データとなり、その分散σ2は小さくなる。言い換えると、画像データに含まれている「周期性を有する疵」の周期に近い長さを有する加算平均画像データ43である程、その分散σ2は大きくなる。
加算平均画像選択部24は、例えば、情報処理装置6のCPU、ROM、RAM、及びハードディスクを用いることにより実現される。
加算平均画像バッファ部25は、例えば、情報処理装置6のバッファ(例えばRAM)を用いることにより実現される。
尚、加算平均画像バッファ部25に記憶されているn個の加算平均画像データ43の起点を合わせる方法は、前述したものに限定されない。例えば、基準となる加算平均画像データ43の画素の値と、起点合わせの対象となる加算平均画像データ43の画素の値との差の絶対値を、加算平均画像データ43の全ての画素について算出する。そして、算出した画素の値の差の絶対値の和が最も小さくなるパターンになるように、起点合わせの対象となる加算平均画像データ43を再構成するようにしてもよい。
以上のように本実施形態では、例えば、起点合わせ部26が、加算平均画像データ43yの起点を、加算平均画像データ43xの起点に合わせて、加算平均画像データ43y´を生成することにより、起点合わせ手段が実現される。
具体的に周期性外乱成分抽出部27は、まず、疵検査対象であるn番目に(最新に)得られた第nの加算平均画像データ43を除く、1番目〜(n−1)番目に(過去に)得られた第1〜第(n−1)の加算平均画像データ43の平均画像データI0を算出する。すなわち、周期性外乱成分抽出部27は、以下の(3)式の計算を行う。
次に、周期性外乱成分抽出部27は、第1〜第(n−1)の加算平均画像データ43(I1〜In-1)と、それらの平均画像データI0との差を示す差分画像データIi´を算出する。すなわち、周期性外乱成分抽出部27は、以下の(4)式の計算を行う。
Ii´=Ii−I0 (i=1,2,・・・,(n−1)) ・・・(4)
M=PPT ・・・(6)
N=PTP ・・・(7)
また、rは、M、Nのランクである。
更に、σiは、Mの0でない固有値λi(i=1,2,・・・,r)の平方根である。
U=(u1,u2,・・・,ur) ・・・(8)
V=(v1,v2,・・・,vr) ・・・(9)
ここで、uiは、λiに対応するMの固有ベクトルであり、viは、λiに対応するNの固有ベクトルである。
α0=1 ・・・(11)
αi=(In,Ji) ・・・(12)
尚、(10)式において、係数αi、固有画像Jiは、対応する固有値λiが大きいものから順に並んでいるものとする。すなわち、固有値λiは、λ1、λ2、・・・、λrの順に大きいものとする。
以上のように本実施形態では、例えば、周期性外乱成分抽出部27が、(10)式を求めることにより、外乱ノイズ抽出手段が実現される。
周期性外乱成分抽出部27は、例えば、情報処理装置6のCPU、ROM、RAM、及びハードディスクを用いることにより実現される。
具体的に周期性外乱成分低減部28は、(10)式において、係数α0を0(ゼロ)にした後、係数αiを係数α1から順に、対応する固有値λiとハードディスク等に予め記憶されている閾値λTと比較する。周期性外乱成分低減部28は、その比較の結果、固有値λiが、閾値λT以上である場合には、その係数αiを0(ゼロ)に設定する。一方、固有値λiが、閾値λT未満である場合、周期性外乱成分低減部28は、その係数αiの値として、周期性外乱成分抽出部27で求められられた値を採用する。
尚、閾値λTは、例えば、「疵検査対象物の材質・形状」と、「周期性のある無害な粗度変化を発生するロールの材質・大きさ・形状・圧下」と、「どの程度の粗度変化であれば無害と見なせるかを示す情報」等に基づいて、実験的に(経験的に)求められる。
周期性外乱成分低減部28は、例えば、情報処理装置6のCPU、ROM、RAM、及びハードディスクを用いることにより実現される。尚、以下の説明では、疵検査対象である第nの加算平均画像データ43(In)から、周期性のある無害な粗度変化を低減した加算平均画像データ43(In´)を、必要に応じて、周期性のある無害な粗度変化を低減した加算平均画像データ43(In´)と称する。
二値化処理部29は、例えば、情報処理装置6のCPU、ROM、RAM、及びハードディスクを用いることにより実現される。
また、特徴量計算(特徴抽出)とは、図形の形状に関する特徴量を求める処理である。この特徴量計算で求める特徴量は、例えば、「疵候補の位置」と、「疵候補に外接する長方形の幅・長さ・長さと幅の比・最大長・周囲長」と、「疵候補の輝度分布」等の中から選択される1又は2以上の組み合わせである。
ラベリング/特徴量計算部30は、例えば、情報処理装置6のCPU、ROM、RAM、及びハードディスクを用いることにより実現される。
以上のように本実施形態では、例えば、ラベリング/特徴量計算部30による「ラベリング処理及び特徴量計算」と、疵判定部31による「疵判定」とにより、疵検出手段が実現される。
疵判定部31は、例えば、情報処理装置6のCPU、ROM、RAM、及びハードディスクを用いることにより実現される。
疵判定結果表示部32は、例えば、情報処理装置6のCPU、ROM、RAM、及びハードディスクを用いることにより実現される。
まず、ステップS1において、画像入力部21は、撮像装置5で撮像された所定数のラインの画像データを入力するまで待機する。そして、撮像装置5で撮像された所定数(例えば512)のラインの画像データを入力すると、ステップS2に進む。ステップS2に進むと、画像入力部21は、入力した所定数のラインの画像データを用いて、所定の画素数(例えば、2048(幅)×512(長さ))の画像データを構成する。
次に、ステップS4において、画像切り出し部23aは、変数Sを「1」に設定する。
次に、ステップS5において、画像切り出し部23aは、RAMに記憶されている画像データを、第Sの長さ(ピッチ)毎に切り出して、画像データ群42を生成する。前述したように、本実施形態において、第Sの長さ(ピッチ)は、例えば、ワークロール7aの外周長の設計値、又はワークロール7aの外周長の設計値を±数画素ずつ増減させた長さである。
次に、ステップS7において、輝度分散演算部23cは、ステップS6で得られた加算平均画像データ43について、(2)式の計算を行って、輝度値の分散σ2を演算する。
次に、ステップS8において、画像切り出し部23aは、変数Sが、pであるか否かを判定する。尚、pは、図3(c)に示すように、画像切り出し部23aにより生成する画像データ群42の数に対応するものであり、ハードディスク等に予め設定されている。
次に、ステップS11において、加算平均画像選択部24は、ステップS10で選択した加算平均画像データ43を、加算平均画像バッファ部25に記憶する。前述したように、本実施形態では、n個の加算平均画像データ43が選択され、加算平均画像バッファ部25に記憶されるまで、図5のフローチャートを繰り返し行う。
まず、ステップS21において、起点合わせ部26は、加算平均画像バッファ部25に、第1〜第n(n個)の加算平均画像データ43が記憶されるまで待機する。そして、加算平均画像バッファ部25に、第1〜第n(n個)の加算平均画像データ43が記憶されると、ステップS22に進む。
次に、ステップS23において、周期性外乱成分抽出部27は、疵検査対象であるn番目に得られた第nの加算平均画像データ43を除く、第1〜第(n−1)の加算平均画像データ43の各画素を加算して平均画像データI0を求める。すなわち、周期性外乱成分抽出部27は、(3)式の計算を行う。
次に、ステップS26において、周期性外乱成分低減部28は、線形分解した加算平均画像データ43(In)を用いて、周期性のある無害な粗度変化(周期性のある外乱ノイズ)を低減した加算平均画像データ43(In´)を求める((13)式を参照)。このステップS26の詳細については、図7を用いて後述する。
次に、ステップS28において、ラベリング/特徴量計算部30は、ステップS27で得られた2値画像に対してラベリング処理及び特徴量計算を行い、疵候補を抽出する。
次に、ステップS29において、疵判定部31は、ステップS28で得られた特徴量等に基づく疵判定を行う。
次に、ステップS30において、疵判定結果表示部32は、その疵判定の結果に基づく検出画像データを生成して表示装置8に表示させる。
まず、ステップS41において、周期性外乱成分低減部28は、周期性外乱成分抽出部27により求められた(10)式における係数α0を0(ゼロ)に設定する。
次に、ステップS42において、周期性外乱成分低減部28は、変数iを「1」に設定する。
次に、ステップS45において、周期性外乱成分低減部28は、変数iに「1」を加算する。
次に、ステップS48において、周期性外乱成分低減部28は、ステップS46で決定した係数αi(α0〜αr)と、その係数αiに対応する固有画像Jiとを、(13)式の右辺に代入する。これにより、周期性外乱成分低減部28は、疵検査対象である第nの加算平均画像データ43(In)から、周期性のある無害な粗度変化を低減した加算平均画像データ43(In´)を算出する。
更に本実施形態では、主成分分析(固有画像法)を使った成分抽出を行って、疵検査対象である加算平均画像データ43(In)から、周期性のある外乱ノイズを抽出して低減する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、周期性のある外乱ノイズを抽出して低減する方法は、このような方法に限定されるものではない。
また、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
2 搬送ロール
3 ロータリーエンコーダ
4 照明装置
5 撮像装置
6 情報処理装置
7 仕上圧延機
7a ワークロール
7b 中間ロール
7c バックアップロール
8 表示装置
Claims (7)
- 移動する疵検査対象物の表面の撮像画像を記憶媒体に記憶する画像記憶ステップと、
前記撮像画像から、周期性を有する疵の周期の長さで切り出した画像を生成する画像切り出しステップと、
前記画像切り出しステップにより切り出された画像であって、互いに異なる撮像画像に基づく複数の切り出し画像を記憶媒体に記憶する切り出し画像記憶ステップと、
前記切り出し画像記憶ステップにより記憶された複数の切り出し画像のうちの、疵検査対象の画像を除く過去に得られた画像に同位相で含まれる成分を、周期性を有する外乱ノイズとして抽出する外乱ノイズ抽出ステップと、
新たに前記画像切り出しステップにより、疵検査対象の切り出し画像が生成されるとき、前記疵検査対象の切り出し画像から前記外乱ノイズ抽出ステップによって抽出された外乱ノイズを差し引くことで、前記疵検査対象の切り出し画像に含まれている、周期性を有する外乱ノイズを低減する外乱ノイズ低減ステップと、
前記外乱ノイズ低減ステップにより外乱ノイズが低減された、前記疵検査対象の切り出し画像を用いて、前記疵検査対象物の表面に形成されている疵を検出する疵検出ステップとを有することを特徴とする疵検査方法。 - 新たに前記画像切り出しステップにより、疵検査対象の切り出し画像が生成されるとき、前記切り出し画像記憶ステップによりそれまでに記憶された複数の切り出し画像のうち、少なくとも2つの切り出し画像の起点を、それら少なくとも2つの切り出し画像の輝度値に基づいて合わせる起点合わせステップを有し、
前記外乱ノイズ抽出ステップは、前記起点合わせステップにより起点が合わせられた少なくとも2つの切り出し画像のうちの、疵検査対象の画像を除く過去に得られた画像に同位相で含まれる成分を、前記疵検査対象の切り出し画像に含まれている、周期性を有する外乱ノイズとして抽出することを特徴とする請求項1に記載の疵検査方法。 - 前記疵検査対象物は、鋼材であり、
前記周期性を有する疵の周期と、前記周期性を有する外乱ノイズの周期は、前記鋼材を搬送するロール、又は前記鋼材を圧延するロールの外周長に対応した長さを有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の疵検査方法。 - 移動する疵検査対象物の表面の撮像画像を記憶媒体に記憶する画像記憶手段と、
前記撮像画像から、周期性を有する疵の周期の長さで切り出した画像を生成する画像切り出し手段と、
前記画像切り出し手段により切り出された画像であって、互いに異なる撮像画像に基づく複数の切り出し画像を記憶媒体に記憶する切り出し画像記憶手段と、
前記切り出し画像記憶手段により記憶された複数の切り出し画像のうちの、疵検査対象の画像を除く過去に得られた画像に同位相で含まれる成分を、周期性を有する外乱ノイズとして抽出する外乱ノイズ抽出手段と、
新たに前記画像切り出し手段により、疵検査対象の切り出し画像が生成されるとき、前記疵検査対象の切り出し画像から前記外乱ノイズ抽出手段によって抽出された外乱ノイズを差し引くことで、前記疵検査対象の切り出し画像に含まれている、周期性を有する外乱ノイズを低減する外乱ノイズ低減手段と、
前記外乱ノイズ低減手段により外乱ノイズが低減された、前記疵検査対象の切り出し画像を用いて、前記疵検査対象物の表面に形成されている疵を検出する疵検出手段とを有することを特徴とする疵検査装置。 - 新たに前記画像切り出し手段により、疵検査対象の切り出し画像が生成されるとき、前記切り出し画像記憶手段によりそれまでに記憶された複数の切り出し画像のうち、少なくとも2つの切り出し画像の起点を、それら少なくとも2つの切り出し画像の輝度値に基づいて合わせる起点合わせ手段を有し、
前記外乱ノイズ抽出手段は、前記起点合わせ手段により起点が合わせられた少なくとも2つの切り出し画像のうちの、疵検査対象の画像を除く過去に得られた画像に同位相で含まれる成分を、前記疵検査対象の切り出し画像に含まれている、周期性を有する外乱ノイズとして抽出することを特徴とする請求項4に記載の疵検査装置。 - 前記疵検査対象物は、鋼材であり、
前記周期性を有する疵の周期と、前記周期性を有する外乱ノイズの周期は、前記鋼材を搬送するロール、又は前記鋼材を圧延するロールの外周長に対応した長さを有していることを特徴とする請求項4又は5に記載の疵検査装置。 - 移動する疵検査対象物の表面の撮像画像を記憶媒体に記憶する画像記憶ステップと、
前記撮像画像から、周期性を有する疵の周期の長さで切り出した画像を生成する画像切り出しステップと、
前記画像切り出しステップにより切り出された画像であって、互いに異なる撮像画像に基づく複数の切り出し画像を記憶媒体に記憶する切り出し画像記憶ステップと、
前記切り出し画像記憶ステップにより記憶された複数の切り出し画像のうちの、疵検査対象の画像を除く過去に得られた画像に同位相で含まれる成分を、周期性を有する外乱ノイズとして抽出する外乱ノイズ抽出ステップと、
新たに前記画像切り出しステップにより、疵検査対象の切り出し画像が生成されるとき、前記疵検査対象の切り出し画像から前記外乱ノイズ抽出ステップによって抽出された外乱ノイズを差し引くことで、前記疵検査対象の切り出し画像に含まれている、周期性を有する外乱ノイズを低減する外乱ノイズ低減ステップと、
前記外乱ノイズ低減ステップにより外乱ノイズが低減された、前記疵検査対象の切り出し画像を用いて、前記疵検査対象物の表面に形成されている疵を検出する疵検出ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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