JP5479385B2 - 結束された鋼材束中の鋼材本数の計数方法及び計数装置 - Google Patents
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Description
そのため、生産や出荷の工程管理という観点から、鋼材束中の鋼材本数を正確に計数することが必要になっている。
前者の照明や撮影方法の改善に関しては、すでにいくつかの提案がなされている。例えば下記特許文献1には、「鋼材束の軸方向と一致しない方向から散乱光を照射する棒鋼計数装置」が、特許文献2には、「鋼材束の軸方向と平行な光で照明する棒鋼計数装置」が開示されている。
そこで本発明は、鋼材束断面の照明法や撮像方法を改善して輝度のバラツキをを軽減する手段を提供するとともに、画像解析の方法自体を改良して、断面像の輝度に多少のバラツキはあっても、鋼材本数を誤差無く計数できる画像解析の手段を提供することを課題としている。
断面が同一形状の棒鋼又は線材を多数束ねて結束した鋼材束中の鋼材単体の本数を、その断面画像の画像解析により計数する方法であって、
前記鋼材束断面の正面中央付近の所定位置に設置された二次元撮像手段により、照明された該断面全体の画像を撮影して、この画像を第一のメモリーに記録する撮像ステップと、
この画像を所定の輝度レベルを初期閾値として2値化処理し、得られた2値化画像を第二のメモリーに記録する2値化処理ステップと、
前記2値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域(以下を「ランド」という)の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析ステップと、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定する正常ランド判定ステップと、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベル又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去し、正常ランドを消去した後の消去画像を第三のメモリーに記録する正常ランド消去処理ステップと、
消去された正常ランドの数を鋼材本数カウンターに計上する計数ステップと、
次いで、前記第三メモリーの消去画像その他必要な画像をディスプレイ上に表示して、未消去領域に存在する鋼材本数を目視観測により判定し、該鋼材本数を前記カウンターに追加計上する目視計数ステップとを有することを特徴とするものである。
これにより、鋼材断面に影が生じるのを防止し、各鋼材の輝度のバラツキを軽減して、画像処理により好適な断面画像を得ることができる。
2値化処理画像は閾値の輝度レベルによって微妙に変化するため、この閾値の選択によって、正常ランドと判定される鋼材数が大幅に左右される。適正な閾値の選択は、予測が難しいので、高めの輝度レベルから、閾値を段階的に下げて、
正常ランドの消去処理を繰り返すことにより、試行的に適正レベルにすることができ、消去される正常ランド数を最大にすることができる。
その面積が前記補正基準値の整数N倍に合致し、かつ前記重心位置間距離が所定の範囲内である場合に、該残存ランド画像を消去して、消去後の画像を前記第三メモリーに上書きするとともに、前記カウンターに前記整数Nの値を加え、その後前記目視計数ステップの操作を行ってもよい。
これにより、目視計数ステップでのより正確な計数が可能になる。
前記計数ステップまでの操作を実施した後、前記カウンターの計数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発し、該警報が発せられた場合にのみ、観測員が前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とするものである。
これにより、画像解析による計数値が所定の員数値と一致しない場合にのみ、観測員は目視計数を行えばよく、観測員の労力を顕著に軽減することができる。
上記のいずれかの計数方法を実施するための装置であって
鋼材束断面の全面を照明する照明手段と、
前記鋼材束の正面中央付近の所定位置に設置された二次元モノクロ画像の撮像手段と、
前記モノクロ画像を記録する第一のメモリーと、
この画像を所定の明度レベルを閾値として2値化処理して2値化画像を得る2値化処理手段と、
該2値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域(以下、「ランド」という)の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析手段と、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定するする正常ランド認定手段と、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベルに又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去する正常ランド消去処理手段と、
前記2値化画像、前記正常ランド消去後の原画像及び未消去の前記残存ランドの拡大画像を記録する第二、第三及び第四のメモリーと、
消去された前記正常ランドの数及び目視計数された鋼材本数を計数するカウンターと、
目視計数された鋼材本数を前記カウンターに入力する入力手段と、
前記第一〜第四メモリーいずれかの1以上の画像を表示するディスプレイと、
を備えたことを特徴とするものである。
上記第一発明の装置の構成に加えて、前記カウンターの係数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発する警報手段を備えたことを特徴とするものでである。
前記拡散反射光照射手段は、一端に所定大きさの開口部を有し、この開口部以外の全内壁面が拡散反射材料で被覆された箱状のランプハウスと、該ランプハウスの軸心周辺を除いた任意の位置に配列され、広角度に照明光を放射する複数のユニット光源とからなり、
かつ前記撮像手段が、前記開口部の中央を通過する前記ランプボックスの軸心上の前記対向壁面付近、又は該軸心上の前記対向壁面に設けられた第二の開口部の背後に近接して配置されていることが好ましい。
前記撮像手段は、そのレンズ面と前記鋼材束の断面との距離Lが下式の関係を満たすように設置されていることが好ましい。
L>3dl×W/2D
ここで、L:撮像手段のレンズ面と鋼材束断面との距離
dl:隣接する鋼材間の断面段差の最大値
W:鋼材束の直径又は最大径
D:鋼材単体の直径又は最大径
また、本発明に内蔵される照明方法及び撮像方法を用いれば、鋼材束断面映像に視野欠け部分、影になった暗部や断面の明るさのバラツキが生じるのを防ぐことができ、これにより画像解析の精度を一層高めることができる。
ランプボックス10の全内壁面には拡散反射層11が形成されている。拡散反射層11は、一般にはつや消し塗料を塗布することによって形成することができる。
ただし、撮像装置4は、その受光面(レンズ面)と鋼材束2の断面との距離Lが下式の関係を満たすように設置されていることが好ましい。
L>3dl×W/2D ……………(1)
ここで、L:撮像手段の受光面と鋼材束断面との距離
dl:隣接する鋼材間の断面段差の最大値
W:鋼材束の直径又は最大径
D:鋼材単体の直径又は最大径
鋼材束中の鋼材は、出っ張っているものと引っ込んでいるもので段差がある。図3にみるように鋼材2aと鋼材2bの段差(最大値)をdlとする。鋼材束の周縁付近にこのような段差があると、鋼材2bの断面の一部の幅δの部分は、鋼材2aに遮られて画像が得られないことになる。このような画像の欠損は、画像解析による計数の精度を損なうおそれがある。本発明者の知見によれば、上記のδが鋼材単体の直径Dの1/3以下であば、とくに支障が無いことが知れている。
幾何学的な関係から、撮像手段の受光面と鋼材束断面との距離をL、鋼材束の直径をWとすると、下記の関係が成り立つ。
L/(W/2)= dl/δ ………(1)
これよりδ<D/3にするには、(1)式の関係が必要なことが知れる。
その他の必要な画像としては、第一メモリーの原画像及び未消去ランドの拡大画像があげられる。この拡大画像は、未消去ランドそれぞれに対して、同一倍率(例えば2〜10倍)の拡大画像を作成し、個々の画像に順番を付して第四メモリーに記録する。目視計数ステップにおいて、この順番にしたがって拡大画像が順次表示されるように構成されている。このような拡大画像を用いることにより、残存領域中の鋼材本数をより正確に目視計数することが可能になるので、この鋼材本数を入力装置8によってカウンターに追加計数する。入力装置8にはパソコンのキーボードやマウスを利用することができる。
このように構成することにより、観測員は員数が不一致の場合(通常は100〜1000回に1回位)のみ、目視計数を行えばよく、その労力を大幅に軽減することができる。
このように構成することにより、照明装置に光が外部に漏れて、他の作業を妨害するという弊害を最小限にとどめることができる。
次いで、画像処理の演算に必要な基準値を入力する(S−2)。この基準値には、正常ランドの面積(計数される鋼材単体の断面積)、外周長、隣接するランドの中心点(重心)間距離等があげられる。これらの数値の入力は、入力装置8(例えばキーボードや工場のDSC(プロコン)からの伝送信号)を用いて行うことができる。
次いで閾値を決定する。最初は初期閾値K0を閾値とするが、2回目以降は閾値変更ステップ(S−5)の操作を行う。すなわち、Ki+1=Ki−ΔKとして算定し、これを閾値として2値化処理を行う。
2値化処理(S−6)ステップにおいて、原画像がモノクロ画像の場合は、各画素の輝度をそのまま用いて2値化処理を行えばよい。しかし、カラー画像の場合は、RGB3色の輝度の平均値を用いる必要がある。本発明者の知見では、かかる平均輝度として、RGB3色の輝度に鋼材の切断面が示す色調から求める重みを付けて平均した加重平均値を用いることが好ましい。
これらランド特性解析ステップと正常ランド判定ステップの方法には、次ぎの2ケ−スが考えられる。
ケ−スA:ランド面積(及び上記の選択された特性値)が、鋼材本数1本での基 準値に所定誤差範囲内で合致するもののみを、正常ランドとして処理する。ケ−スB:ランド面積が鋼材本数1本の基準値に所定誤差範囲内で合致する場合 にこれを1個のランドとしてカウントし、かつ鋼材本数N本の面積の補正 された基準値(複数連結した場合の隙間部分の面積を補正したもの)に所 定誤差範囲内で合致する場合ににこれをN個のランドとしてカウントする。
これにより、本発明の計数方法の一連の手順が完了する。
したがって、このような画像処理と目視計数を組み合わせた計数方法によれば、目視計測者の労力を著しく軽減し、かつ従来の画像解析では不可避とも言える計数ミスを完全に無くすることができる。
鋼材束1:直径40mmφ丸棒鋼、1束中の鋼材本数80本(符号R40)
鋼材束2:直径10mmφ異形棒鋼、1束中の鋼材本数600本(符号D10)
鋼材束断面の画像撮影に用いた照明装置の形状・寸法を図9に示す。ランプボックスは、略正方形の箱状部10aと角錐台状の傾斜部10bとからなり、前方中央に第1の開口部6と後方中央に第2の開口部12が設けられている。ランプボックスの後方壁面近くに、ユニット光源9が8個配列されている。
二次元撮像装置に用いたCCDカメラは日立国際電気製で、モノクロ画像には型式KP−FP200CL、カラー画像にはKP−FD202GVlを用いた。画素数は、モノクロ、カラーともに1688(W)×1248(V)である。カメラ受光面から鋼材断面までの距離は250mmとした。
モノクロの原画像の例を図10に示す。鋼材断面の部分は照明光を反射して白色になり、隙間部分は黒色になっている。まず、2値化処理の閾値は、原画像における各鋼材断面部分と鋼材間の隙間部分の平均輝度を求め、鋼材断面部分の平均輝度を初期閾値K0=200(相対値)、隙間部分の平均輝度を下限閾値KL=50とし、閾値の変化幅ΔK=50(相対値)として、図8のフロー図に示す操作を繰り返した。正常ランドか否かの判定は、ランド面積及び重心−外周間の最大距離(以下、最大半径という)が基準値の範囲に入るか否かで判定し、鋼材が1本の単離ランドと鋼材が2本の連結ランドについて、同時に正常ランド判定を行った。
このようにして、正常ランドを計数した結果を表1に示す。消去鋼材数が計算回数の増加に伴って増加し、第4回の計算で実際の員数80本が正しく計数されたことが知れる。
鋼材束1の場合と同様に閾値を変えて繰返し消去(白抜き)処理を行った。ただし、この場合は、初期閾値K0=120(相対値)、下限閾値KL=15とし、ΔK=30(相対値)として、図8のフロー図に示す操作を繰り返した。鋼材束1の場合と同様に正常ランドか否かの判定は、ランド面積及び重心−外周間の最大距離(以下、最大半径という)が基準値の範囲に入るか否かで判定し、鋼材が1本の単離ランドと鋼材が2本の連結ランドについて、同時に正常ランド判定を行った。
上から5段目の「自動認識率」は、本方式の画像処理段階での計数本数/結束本数×100の比率を表し、7段目の「本方式での認識率」は(正しく計数された束数)/(生産束数)×100の比率を表す。表3に見られるように、本発明の計数法により、以下なる鋼材種類においても、全く誤計数を生じることなく計数可能なことが確かめられた。
ランプボックスの側壁面、14;警報装置、15;シャッター、16;センサ
Claims (16)
- 断面が同一形状の棒鋼又は線材を多数束ねて結束した鋼材束中の鋼材単体の本数を、その断面画像の画像解析により計数する方法であって、
前記鋼材束断面の正面中央付近の所定位置に設置された二次元撮像手段により、照明された該断面全体の画像を撮影して、この画像を第一のメモリーに記録する撮像ステップと、
この画像を所定の輝度レベルを初期閾値として2値化処理し、得られた2値化画像を第二のメモリーに記録する2値化処理ステップと、
前記2値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域(以下「ランド」という)の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析ステップと、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定する正常ランド判定ステップと、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベル又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去し、正常ランドを消去した後の消去画像を第三のメモリーに記録する正常ランド消去処理ステップと、
消去された正常ランドの数を鋼材本数カウンターに計上する計数ステップと、
次いで、前記第三メモリーの消去画像その他必要な画像をディスプレイ上に表示して、未消去領域に存在する鋼材本数を目視観測により判定し、該鋼材本数を前記カウンターに追加計上する目視計数ステップと
を有することを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数方法。 - 前記撮像ステップにおいて、光源ボックスの内壁面での反射により生じた拡散反射光をその開口部から照射する拡散反射光照射手段により、前記鋼材断面の照明を行うことを特徴とする請求項1に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
- 前記第三メモリーに記録された正常ランド消去後の画像について、前記2値化処理ステップにおける閾値の輝度レベルを、前記初期閾値から所定幅で段階的に下げて前記の2値化処理ステップ、ランド特性解析ステップ、正常ランド判定ステッップ、正常ランド消去処理ステップ、計数ステップまで一連の操作を、前記閾値が所定の下限閾値に達するまで繰り返し行った後、前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
- 前記第一メモリーの原画像において、各鋼材断面の画像に該当する部分及び鋼材間の隙間に該当する部分を特定し、これら両部分の所定範囲に含まれる画素の輝度の平均値を求め、これにより得られた鋼材断面部分の平均輝度を前記初期閾値とするとともに、前記隙間部分の平均輝度を前記下限閾値とすることを特徴とする請求項3に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
- 前記ランド特性解析ステップにおいて、前記ランドの面積に加えて、各ランドの重心座標、隣接するランド重心間距離、重心−外周間の最大距離(以下、最大半径という)及び外周長からなるランド特性値の群より選ばれた1種又は2種以上をランド特性値として求め、前記正常ランド判定ステップにおいて、各ランドの面積に加えて、前記の選ばれた特性値の全てについて、これらの特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと判定することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
- 前記目視計数ステップに先立って、前記第三メモリーの消去画像について、未消去領域に残存する各ランド(以下、残存ランドという)の面積が前記基準値に所定の係数をかけた補正基準値の整数倍(1倍を含む)に、所定の誤差範囲内で合致するか否かを判定し、かつ該残存ランドの重心位置と、該重心位置に最も近接する隣接ランドの重心位置とを特定して、両重心位置間距離を算定し、
その面積が前記補正基準値の整数N倍に合致し、かつ前記重心位置間距離が所定の範囲内である場合に、該残存ランド画像を消去して、消去後の画像を前記第三メモリーに上書きするとともに、前記カウンターに前記整数Nの値を加え、その後前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。 - 未消去の残存ランドの全てについて、個別に所定倍率の拡大画像を作成して、これらの拡大画像を第四のメモリーに記録して、該拡大画像を順次ディスプレイに表示し得るように構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
- 前記目視計数ステップにおいて、前記第一メモリーの原画像及び前記第三メモリーの消去画像をディスプレイに表示するとともに、これと並列に前記第四メモリーの拡大画像を順次ディスプレイに表示して、表示された拡大画像中に鋼材断面と判定される映像があるかないかを観測員が判定し、鋼材断面と判定される映像がある場合に、該当する鋼材本数を前記観測員がキーボードから前記カウンターに追加計上し得るように構成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
- 前記計数ステップまでの操作を実施した後、前記カウンターの計数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発し、該警報が発せられた場合にのみ、観測員が前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の計数方法を実施するための装置であって
鋼材束断面の全面を照明する照明手段と、
前記鋼材束の正面中央付近の所定位置に設置された二次元画像の撮像手段と、
前記画像を記録する第一のメモリーと、
この画像を所定の輝度レベルを閾値として2値化処理して2値化画像を得る2値化処理手段と、
該2値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域(以下、「ランド」という)の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析手段と、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定するする正常ランド認定手段と、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベルに又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去する正常ランド消去処理手段と、
前記2値化画像、前記正常ランド消去後の原画像及び未消去の前記残存ランドの拡大画像を記録する第二、第三及び第四のメモリーと、
消去された前記正常ランドの数及び目視計数された鋼材本数を計数するカウンターと、
目視計数された鋼材本数を前記カウンターに入力する入力手段と、
前記第一〜第四メモリーいずれかの1以上の画像を表示するディスプレイと、
を備えたことを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数装置。 - 前記照明手段が、光源ボックスの内壁面で生じた拡散反射光をその開口部から照射する拡散反射光照射手段である請求項10記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
- 請求項10又は11に記載の構成に加えて、前記カウンターの係数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発する警報手段を備えたことを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
- 前記拡散反射光照射手段が、一端に所定大きさの開口部を有し、この開口部以外の全内壁面が拡散反射材料で被覆された箱状のランプハウスと、該ランプハウスの軸心周辺を除いた任意の位置に配列され、広角度に照明光を放射する複数のユニット光源とからなり、
かつ前記撮像手段が、前記開口部の中央を通過する前記ランプボックスの軸心上の前記対向壁面付近、又は該軸心上の前記対向壁面に設けられた第二の開口部の背後に近接して配置されていることを特徴とする請求項11又は12に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。 - 前記撮像手段が、そのレンズ面と前記鋼材束の断面との距離Lが下式の関係を満たすように設置されていることを特徴とする請求項10〜13のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
L>3dl×W/2D
ここで、L:撮像手段のレンズ面と鋼材束断面との距離
dl:隣接する鋼材間の断面段差の最大値
W:鋼材束の直径又は最大径
D:鋼材単体の直径又は最大径 - 前記開口部の前に、その全面を遮光しかつ電気信号で開閉するシャッターが設けられていることをする特徴とする請求項13又は14に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
- 前記シャッター前方において、計数対象である鋼材束の位置を検出するセンサーを設置し、該位置センサーの情報により、前記鋼材束が所定の位置にあると判断された場合にのみ、前記シャッターが開状態になるように構成されていることを特徴とする請求項15に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
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