JP6171517B2

JP6171517B2 - 色調変化検出装置及び色調変化検出方法

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Publication number: JP6171517B2
Application number: JP2013083924A
Authority: JP
Inventors: 山地　宏尚; 宏尚山地; 梅村　純; 純梅村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-04-12
Also published as: JP2014206451A

Description

本発明は、色調変化検出装置及び色調変化検出方法に関する。

ステンレス鋼板は、熱間圧延−焼鈍−酸洗板又は熱間圧延−酸洗板を７０〜９０％冷間圧延し、冷間加工組織を最終熱処理によって再結晶させる焼鈍工程を経ることで、組織の均一化が図られている。このような焼鈍工程は、焼鈍炉の雰囲気を制御しながら実施されるものであるが、焼鈍炉雰囲気の制御は、製品の製造し始めにおいて不安定になることがあり、また、焼鈍雰囲気の制御自体が不調になる場合も生じうる。雰囲気制御が不安定になったり、制御に不調が発生したりした場合には、焼鈍材表面に厚さが３０〜３００ｎｍの酸化皮膜が生成する。この酸化皮膜は、ステンレス鋼表面に形成されるが、クロム（Ｃｒ）が濃化した不動態皮膜とは異なり、Ｃｒ濃度が減少し、鉄（Ｆｅ）が多く濃化しており、また、皮膜の厚さと屈折率とに起因する光の干渉作用により、厚さを増すごとに、金色、青色、紫色、灰色等に変化するテンパーカラーを呈する。かかる酸化皮膜は耐食性等の使用性能を劣化させるものであるため、焼鈍工程の後段に設けられた酸洗工程によって、酸化皮膜の除去が行われる。そのためには、焼鈍炉雰囲気の制御が不適切な部位が鋼板長手方法のどこからどこまでかを正確に把握する必要がある。

また、表面塗装材等に使用されるステンレス鋼板は、酸化皮膜の残存による品質影響が少なく、腐食環境が緩い場合も多い。このような製品の酸化皮膜の生成状況を製造段階で定量的に把握することができれば、酸洗工程が省略可能か否かを判断することができ、製造コスト削減と歩留り向上を図ることもできる。

また、上記ステンレス鋼板以外にも、製鉄プロセスにおいて制御条件の変化に応じて鋼板表面に色調の変化が生じる場合もある。

そのため、搬送ライン上を搬送される鋼板等の帯状体について、かかる帯状体の品質、製造コスト削減、歩留まり向上等を目的として、帯状体の表面に発生した色調の変化を監視可能な技術が希求されている。

ここで、製造ライン上を移動する鋼板について、広い範囲に亘って発生したコーティング材の変色や色のついた疵などの有色疵を検出するために用いられる装置として、下記の特許文献１や特許文献２に開示された疵検査装置がある。

例えば下記の特許文献１では、１台の照射装置から鋼板表面に対して鋼板を横切る帯状白色光を照射し、帯状白色光の反射像を撮像することでグレー画像信号を取得してグレーのフレーム画像を生成し、このフレーム画像から微小疵を検出するとともに、反射像を撮像したカラー画像信号をもあわせて取得して、グレーのフレーム画像より低分解能のカラーのフレーム画像を生成することで、カラーのフレーム画像から変色系の疵を検出する検査装置が開示されている。

また、下記の特許文献２では、鋼板表面をカラー撮像して得られるＲＧＢ信号の画像を、予め照明色温度やカメラのカラーバランスの相違を求めた補正情報で補正し、更に、均等色空間の信号に変換した画像に基づいて、均等色空間の色域として色相又は彩度を分割した成分を含むか否かでもって、色相又は彩度に対応した有色疵を検出する検査装置が開示されている。

一方、下記の特許文献３では、鋼板の酸洗工程における黒皮除去後に生じる赤錆の変色状況を検出する方法として、鋼板表面に照射された白色光の反射光をセンサで捉え、そのカラー情報（ＲＧＢ値やＬａｂ値）を基に、変色状況を定量化する技術が開示されている。

また、下記の特許文献４では、カラー印刷物の評価方法として、撮像カメラで撮像した一パターン分の基準対象画像を予め記憶することで標準対象画像とし、色彩欠陥検出動作において撮像される評価画像上の任意に設定した位置の色情報を比較することで、色調の違いを評価する技術が開示されている。

特開２００４−１３８４１７号公報特開２００５−２３３８２６号公報特開昭６１−１３４６３６号公報特開平０９−３２９４９５号公報特開平０８−３０４０３５号公報

上記特許文献１及び上記特許文献２に開示された装置は共に、鋼板の有色疵の色情報をカラー画像から得て、鋼板の正常部と異なる部位を疵として検出することが目的の検査装置である。また、上記特許文献３に開示された装置は、走行中の鋼板表面に照射した照明光の反射光を分光することで得られるカラー情報から変色状況を連続的に定量化して、変色を検出する変色度測定装置である。

また、上記特許文献４に開示された方法は、標準対象画像が予め確保されており、かつ、同じ撮像条件の照明とカメラとを用いて撮影する前提に基づく評価方法である。

上記特許文献１〜特許文献４に開示された技術は、いずれも照明光を鋼板表面に照射して、鋼板表面からの反射光をカメラ又はセンサで捉え、得られたカラー情報を利用する技術としては同一である一方で、通常の色調検査方法と同様にカメラ（センサ）や照明の特性にはばらつきが存在するため、基準白色板等で校正し、検査中は校正した状態を維持して使用することが前提となる。

しかしながら、鋼板等の帯状体の表面における色調変化を監視し、生じた色調変化を検出するためには、以下のような課題がある。

すなわち、近年の技術発展に伴い、上記特許文献に開示されているような装置における照明装置として、高輝度・長寿命である高輝度白色ＬＥＤ光源装置が用いられることが多くなった。ところが、高輝度白色ＬＥＤ光源は、青色ＬＥＤと黄色に発色する蛍光体とを組み合わせて白色を実現しているため、照度レベルを変化させると、光質に変化が生じる。すなわち、照度レベルが高い場合には、青みかかった白色光であるが、照度レベルを低くすると黄色成分が相対的に多くなり黄ばんだ照射光となるといった、いわゆる照明色温度変化が生じることとなる。

また、照明装置として高輝度白色ＬＥＤ光源装置を用いているか否かによらず、光源装置の経年劣化や故障等の発生等によって、意図せぬ照明色温度の変化が生じることも予想される。

そのため、鋼板等といった帯状体の表面に照射される照明光の照明色温度が変化する場合であっても、帯状体表面に発生しうる色調変化をより正確に検出することが可能な技術が必要となる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、帯状体表面に照射される照明光の照明色温度が変化する場合であっても、帯状体表面に発生しうる色調変化をより正確に検出することが可能な、色調変化検出装置及び色調変化検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、搬送される帯状体の表面の色調変化を検出する色調変化検出装置において、前記帯状体の幅方向の端部の外側で、前記帯状体表面と同じ表面高さに配設され、互いに色調の異なる３個以上の色パレットから構成されるカラーチャート部材と、前記カラーチャート部材及び前記帯状体表面の双方に対して照明光を照射する光源と、前記帯状体表面及び前記カラーチャート部材からの、前記照明光の反射光をカラー撮像画像として撮像するカラーカメラと、前記カラー撮像画像に対して画像処理を行うものであり、前記色パレットの本来の色調を表す参照データが予め格納された記憶部を有する演算処理装置と、を備え、前記カラーカメラは、前記帯状体が所定距離搬送される毎に、前記カラー撮像画像のうち前記カラーチャート部材が撮像される部分であるカラーチャート対応領域に対応する領域と、前記カラー撮像画像のうち前記帯状体表面が撮像される部分である帯状体対応領域に対応する領域とが同一視野内に位置するように、前記照明光の反射光のライン画像を撮像し、１フレームに対応する数だけ前記ライン画像が撮像されると、前記１フレーム分の前記ライン画像から前記カラー撮像画像を生成し、前記演算処理装置は、前記ライン画像毎に、前記カラーチャート対応領域の色調が、前記参照データに含まれる色調と一致するように、前記カラー撮像画像の色調補正に用いられる補正行列を決定し、前記補正行列を用いて、前記帯状体対応領域の色調を補正し、色調補正後の前記帯状体対応領域の色調の色空間での位置に応じて、前記帯状体表面に色調変化が生じたかを判定する色調変化検出装置が提供される。

前記照明光は、非偏光の照明光であり、前記カラーカメラ又は当該カラーカメラの光軸上に、前記非偏光の照明光の前記帯状体表面からの反射光のＳ偏光成分を透過させるＳ偏光フィルタを設けてもよい。

前記演算処理装置は、少なくとも前記帯状体の表面の幅方向に設定された色調監視領域について、前記色空間における色相の値及び彩度の値を特定し、当該色相の値及び彩度の値が前記色空間における所定の領域に含まれるか否かに応じて、色調変化が生じたかを判定するように構成されていてもよい。

前記演算処理装置は、判定結果を前記帯状体の搬送方向に沿った位置毎に配列させて、判定結果の時系列データを生成するように構成されていてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、搬送される帯状体の表面の色調変化を検出する色調変化検出方法において、互いに色調の異なる３個以上の色パレットの本来の色調を表す参照データを予め記憶しておき、前記帯状体の幅方向の端部の外側で、前記帯状体表面と同じ表面高さに、前記色パレットから構成されるカラーチャート部材を予め配設しておき、光源を用いて、前記カラーチャート部材及び前記帯状体表面の双方に対して照明光を照射する照明ステップと、カラーカメラを用いて、前記帯状体表面及び前記カラーチャート部材からの、前記照明光の反射光を、カラー撮像画像として撮像する撮像ステップと、前記カラー撮像画像に対して画像処理を行う画像処理ステップと、を有し、前記撮像ステップは、前記帯状体が所定距離搬送される毎に、前記カラー撮像画像のうち前記カラーチャート部材が撮像される部分であるカラーチャート対応領域に対応する領域と、前記カラー撮像画像のうち前記帯状体表面が撮像される部分である帯状体対応領域に対応する領域とが同一視野内に位置するように、前記照明光の反射光のライン画像を撮像し、１フレームに対応する数だけ前記ライン撮像画像が撮像されると、前記１フレーム分の前記ライン画像から前記カラー撮像画像を生成し、前記画像処理ステップでは、前記ライン画像毎に、前記カラーチャート対応領域の色調が、前記参照データに含まれる色調と一致するように、前記カラー撮像画像の色調補正に用いられる補正行列を決定し、前記補正行列を用いて、前記帯状体対応領域の色調を補正し、色調補正後の前記帯状体対応領域の色調の色空間での位置に応じて、前記帯状体表面に色調変化が生じたかを判定する色調変化検出方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、帯状体表面を撮像したカラー撮像画像のうちカラーチャート部材が撮像された部分の画像データを利用して、カラー撮像画像の色調補正に用いられる補正行列を決定し、当該補正行列を用いてカラー撮像画像の色調を補正するため、帯状体表面に照射される照明光の照明色温度が変化する場合であっても、帯状体表面に発生しうる色調変化をより正確に検出することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る色調変化検出装置の一例を示した説明図である。同実施形態に係る色調変化検出装置の撮像装置の一例を示した説明図である。同実施形態に係る色調変化検出装置の撮像装置の一例を示した説明図である。同実施形態に係る撮像装置が備えるカラーチャート部材について説明するための説明図である。同実施形態に係る撮像装置が備えるカラーチャート部材について説明するための説明図である。同実施形態に係る撮像装置で生成されるカラー撮像画像の一例について模式的に示した説明図である。同実施形態に係る色調変化検出装置が備える演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。同実施形態に係る演算処理装置が備える画像処理部の構成の一例を示したブロック図である。同実施形態に係る画像処理部が実施する画像処理について説明するための説明図である。同実施形態に係る画像処理部が実施する画像処理について説明するための説明図である。同実施形態に係る画像処理部が実施する画像処理について説明するための説明図である。同実施形態に係る画像処理部が実施する画像処理について説明するための説明図である。同実施形態に係る色調変化検出方法の流れの一例を示した流れ図である。テンパーカラーと酸化皮膜の膜厚との関係について説明するための説明図である。本発明の第２の実施形態に係る色調変化検出装置の撮像装置の一例を示した説明図である。同実施形態に係る色調変化検出装置の撮像装置の一例を示した説明図である。干渉作用の入射角度依存性について説明するためのグラフ図である。干渉作用の入射角度依存性について説明するためのグラフ図である。同実施形態に係る撮像装置の変形例を示した説明図である。同実施形態に係る撮像装置の変形例を示した説明図である。酸化皮膜の反射率の入射角度依存性について説明するためのグラフ図である。同実施形態に係る画像処理部が実施する画像処理について説明するための説明図である。同実施形態に係る画像処理部が実施する画像処理について説明するための説明図である。本発明の実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［第１の実施形態］
（色調変化検出装置の構成について）
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る色調変化検出装置１０の全体的な構成について説明する。図１は、本実施形態に係る色調変化検出装置１０の一構成例を示した説明図である。

本実施形態に係る色調変化検出装置１０は、搬送ライン上を搬送される鋼板等の帯状体Ｓの表面に生じた色調変化を検出する装置である。ここで、帯状体Ｓは、未図示の搬送ライン上をある方向に向かって搬送されているものとし、帯状体Ｓの長手方向を搬送方向とも称するものとする。

色調変化検出装置１０は、図１に示したように、撮像装置１００と、演算処理装置２００と、を主に備える。

撮像装置１００は、演算処理装置２００による制御のもとで、帯状体Ｓの表面に対して照明光を照射するとともに、当該照明光の帯状体表面での反射光を撮像してカラー撮像画像を生成する装置である。撮像装置１００は、生成した帯状体表面のカラー撮像画像を演算処理装置２００に対して出力する。

演算処理装置２００は、撮像装置１００による撮像処理を制御するとともに、撮像装置１００により生成されたカラー撮像画像を取得し、取得したカラー撮像画像に対して以下で詳述する画像処理を行うことで、帯状体Ｓの表面に発生した色調変化を検出する。

撮像装置１００による帯状体表面の撮像処理や、演算処理装置２００による色調変化の検出処理は、帯状体Ｓの搬送にあわせてリアルタイムに実施することが可能である。色調変化検出装置１０の使用者は、色調変化検出装置１０（より詳細には、演算処理装置２００）から出力される検出結果に着目することで、帯状体Ｓの表面に発生した色調変化をリアルタイムに把握することが可能となる。

以下では、これら撮像装置１００及び演算処理装置２００について、それぞれ詳述することとする。

なお、以下では、帯状体Ｓとして上記のようなステンレス鋼板に着目し、焼鈍工程においてステンレス鋼板の表面に生じうる青色のテンパーカラーを、色調変化検出装置１０を用いて検出する場合を例にとって説明を行うものとする。しかしながら、本実施形態に係る色調変化検出装置１０が検出可能な色調変化はかかる例に限定されるわけではなく、製鉄プロセスにおいて生じうる各種の色調変化を検出することが可能である。

＜撮像装置１００について＞
まず、図２Ａ〜図４を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置１００について、詳細に説明する。図２Ａ〜図２Ｂは、本実施形態に係る撮像装置１００の構成例について示した説明図である。図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態に係る撮像装置１００が備えるカラーチャート部材の一例について示した説明図である。図４は、本実施形態に係る撮像装置１００により生成されるカラー撮像画像の一例について模式的に示した説明図である。

図２Ａは、撮像装置１００を帯状体Ｓの上方から見た場合の模式図であり、図２Ｂは、撮像装置１００を帯状体Ｓの側方から見た場合の模式図である。

本実施形態に係る撮像装置１００は、図２Ａ及び図２Ｂに示したように、カラーチャート部材１０１と、光源１０３と、カラーカメラ１０５と、を少なくとも有している。カラーチャート部材１０１、光源１０３及びカラーカメラ１０５は、これらの設置位置が変化しないように公知の手段により固定されている。

カラーチャート部材１０１は、帯状体Ｓの幅方向の端部の更に外側に配設された部材である。カラーチャート部材１０１の表面（天面）には、互いに色調の異なる複数（３個以上）の色パレットが配設されており、本実施形態に係る色調変化検出装置１０において標準色チャートとして利用される。

カラーチャート部材１０１は、搬送ライン（図示せず。）上にいかなる幅の帯状体Ｓが搬送されたとしても、帯状体Ｓとぶつからないような幅方向位置に配設されている。また、カラーチャート部材１０１の天面の位置が帯状体Ｓの表面の位置と一致するように、カラーチャート部材１０１の高さ方向の配設位置が決定されることが好ましい。カラーチャート部材１０１の天面の位置と帯状体Ｓの表面の位置とを一致させることで、帯状体Ｓの表面にカラーカメラ１０５のピントが合った状態となった際に、カラーチャート部材１０１の天面に設けられた複数の色パレットに対してもカラーカメラ１０５のピントが合った状態となる。これにより、カラーカメラ１０５は、より高い精度でカラーチャート部材１０１を撮像することが可能となる。

このカラーチャート部材１０１の具体例については、以下で詳述する。

光源１０３は、カラーチャート部材１０１及び帯状体Ｓの表面に対して、可視光帯域に属する照明光を照射する装置である。光源１０３としては、Ｒ（赤）成分、Ｇ（緑）成分、Ｂ（青）成分をそれぞれ含む白色光源を用いることが好ましい。また、光源の種類は特に限定されるものではないが、高輝度の光を照射可能な高輝度ＬＥＤ光源を用いることが好ましい。なお、光源１０３は、少なくとも、後述するカラーカメラ１０５によってカラーチャート部材１０１及び帯状体表面が撮像される際に照明光を照射していればよく、カラーカメラ１０５による撮像タイミングによらず常時点灯していてもよい。光源１０３の点灯タイミングは、例えば後述する演算処理装置２００によって制御されている。

光源１０３は、図２Ａ及び図２Ｂに示したように、所定の輝度でカラーチャート部材１０１及び帯状体Ｓの幅方向全体の双方を照明可能な高さに設置される。また、光源１０３の光軸と帯状体表面の法線とのなす角φは特に限定されるものではなく、設置可能なスペース等に応じて任意の角度に設定することが可能である。

カラーカメラ１０５は、照明光の照射されているカラーチャート部材１０１及び帯状体表面の領域ＡＲを撮像することにより、照明光の帯状体表面での反射光及び照明光のカラーチャート部材１０１からの反射光の双方を撮像する装置である。このカラーカメラ１０５は、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）又は、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子が搭載されたものであり、図２Ａに示した領域ＡＲをカラーで撮像することができる。このようなカラーカメラ１０５として、例えばＲＧＢラインセンサカメラを挙げることができる。

カラーカメラ１０５に搭載されるレンズの焦点距離や画角、及び、帯状体表面からの離隔距離は特に限定するものではなく、カラーチャート部材１０１及び帯状体表面が同一視野内に位置するようにそれぞれを選択すればよい。また、カラーカメラ１０５に搭載される撮像素子の大きさや画素サイズも特に限定するものではないが、生成される画像の画質や画像分解能等を考慮すると、サイズの大きな撮像素子を利用することが好ましい。

光源１０３の光軸とカラーカメラ１０５の光軸とのなす角（図２Ｂにおける角度θ）は、照明光の正反射に対応する角度とならない任意の角度に設定することが好ましい。ここで、正反射に対応する角度とは、幾何光学的に厳密な正反射角に対して±５°以内の角度（幾何光学的に厳密な正反射角−５°以上、幾何光学的に厳密な正反射角＋５°以下の角度）を指す。この幾何光学的に厳密な正反射角±５°以内の範囲からの光は、正反射とみなすことができる。従って、正反射に対応する角度とならない角度とは、幾何光学的に厳密な正反射角に対して±５°超となる角度を指す。光源１０３の光軸とカラーカメラ１０５の光軸とのなす角は、上記のような条件を考慮しながら、帯状体表面及びカラーチャート部材からの散乱光を撮像可能な範囲で、カラーカメラ１０５の設置可能スペース等に応じて適宜決定すればよい。また、図２Ｂにおける角度θは、なるべく大きな値に設定し、光源１０３とカラーカメラ１０５とをなるべく離隔させるようにすることが特に好ましい。

このようなカラーカメラ１０５は、搬送ラインが帯状体Ｓを所定距離移動させる毎に、図２Ａに示した領域ＡＲをカラー撮像していく。１フレームに対応するライン数だけ領域ＡＲを撮像すると、カラーカメラ１０５は、得られた撮像データを利用して１フレーム分のカラー撮像画像を生成する。また、カラーカメラ１０５の撮像タイミングは、例えば後述する演算処理装置２００によって制御されている。

次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、撮像装置１００が備えるカラーチャート部材１０１について、具体的に説明する。

図３Ａは、カラーチャート部材１０１を、光源１０３及びカラーカメラ１０５の配設されている側から見た場合を示した模式図である。図３Ａに例示したように、カラーチャート部材１０１の表面には、互いに色調の異なる３個以上の色パレットが設けられている。それぞれの色パレットに対応づけられる色調は、特に限定するものではないが、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のそれぞれに値を有する色（換言すれば、いずれかの成分の値が０とならない色）をそれぞれの色パレットに対応付けることが好ましい。また、互いに隣り合う色パレット間のＲＧＢ成分の変化量がなるべく均一となるように、それぞれの色パレットに対応づけられる色調を選択することが好ましい。

以下で詳述するように、演算処理装置２００では、カラーチャート部材１０１を撮像した画像データを利用して、カラー撮像画像の色調補正を行うために利用される３行×３列の補正行列を決定するが、上記のような条件を満足する色調をそれぞれの色パレットに対応付けることでより正確な補正行列を得ることが可能となり、色調変化の検出精度を更に向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、カラーチャート部材１０１におけるそれぞれの色パレットに対応づけられる色調を、複数階調の灰色とすることが好ましい。灰色は、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のそれぞれに値を有する色調であるとともに、階調が変化していくことで、白色に近い色から黒色に近い色までを対応付けることが可能となる。そのため、複数階調の灰色からなる３個以上の色パレットを用いてカラーチャート部材１０１を構成することで、撮像装置１００の色調を、ホワイトバランスを含めて調整することが可能となる。

図３Ａに示したカラーチャート部材１０１は、複数階調の灰色に対応する６種類の色パレット（色パレット１〜色パレット６）から構成されている。図中のカッコ内に示した数値は、それぞれの色パレットに対応する色調のＲＧＢ成分である。図３Ａに示したように、互いに隣り合う色パレット間のＲＧＢ成分の変化量がなるべく均一となるように色を選択することで、カラーチャート全体として、色調がほぼ均一に変化したものとなることがわかる。

なお、それぞれの色パレットに対応する色調のＲＧＢ成分は、図３Ａに示した値に限定されるものではなく、任意の値を設定することが可能である。また、図３Ａに示したようなカラーチャート部材だけでなく、例えばマクベスのカラーチャート等といった公知の色見本を利用して、色見本の中に記載されている色調を適宜選択してもよい。これらの色パレットから構成されるカラーチャート部材１０１は、いかなる方向から撮像した場合であっても、色パレット本来の色調がカラーカメラ１０５によって撮像されることとなる。カラーチャート部材１０１を構成する色パレットの個数については、以下で改めて説明する。

図３Ｂは、カラーチャート部材１０１を、帯状体Ｓの側方から見た場合の一例を示した模式図である。色調変化検出装置１０が設置される搬送ラインには、厚みの異なる様々な帯状体Ｓが搬送される場合も考えられる。そこで、図３Ｂに示したように、カラーチャート部材１０１の底面（すなわち、色パレットが配設されているカラーチャート部材１０１の天面と対向する面）側に表面位置調整機構１０７を設け、カラーチャート部材１０１の高さを自由に調整できるようにしてもよい。表面位置調整機構１０７は特に限定されるものではなく、公知の駆動機構を利用することが可能である。このような表面位置調整機構１０７を設け、演算処理装置２００や搬送ラインの制御コンピュータ（図示せず）等からの制御信号に応じてカラーチャート部材１０１の表面位置を調整することで、帯状体Ｓの表面及びカラーチャート部材１０１の表面の高さを常に一致させることが可能となり、より精度良くカラー撮像画像を生成することが可能となる。

図４は、以上説明したような撮像装置１００により撮像されるカラー撮像画像の一例を模式的に示したものである。本実施形態に係る撮像装置１００では、カラーチャート部材１０１と帯状体Ｓの幅方向全体とが同一視野に収まるようにカラーカメラ１０５が設置されているため、カラー撮像画像には、図４に示したように、カラーチャート部材１０１が撮像されている部分と、帯状体表面が撮像されている部分とが共に存在することとなる。以下では、カラーチャート部材１０１が撮像されている部分を「カラーチャート対応領域」と称することとし、帯状体表面が撮像されている部分を「帯状体対応領域」と称することとする。

本実施形態に係る撮像装置１００では、カラーチャート部材１０１、光源１０３及びカラーカメラ１０５と、搬送ラインとの間の相対的な位置関係は固定されている一方で、搬送ライン上には帯状体Ｓが所定の搬送速度で搬送されている。そのため、カラーチャート対応領域は、図３Ａに示したようなカラーチャート部材１０１を撮像した場合には、図４に示したように各色パレットに対応する色調が搬送方向に連続した画像となる。また、帯状体対応領域は、搬送ライン上を搬送される帯状体の長手方向の各位置が撮像された画像となる。

以下に、本実施形態に係る撮像装置１００の有する各装置について、その具体的な構成や設定値等を列挙する。かかる構成や設定値等はあくまでも一例であって、本発明に係る撮像装置１００が、以下の具体例に限定されるわけではない。

○帯状体Ｓ
鋼板：板幅１５００ｍｍ
○カラーカメラ１０５
２０４８画素のＲＧＢラインセンサカメラ：１台
ＲＧＢ信号をライン蓄積し、１０２４ライン蓄積する毎にカラーフレーム画像を生成。
○カラーカメラ１０５から帯状体表面までの光軸に沿った離隔距離：約２ｍ
○光源１０３の光軸とカラーカメラ１０５の光軸とのなす角θ：約２０°
○カラーカメラ１０５は、帯状体が搬送方向に４ｍｍ進む毎に撮像する。

以上、図２Ａ〜図４を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置１００について説明した。

＜演算処理装置２００の全体構成について＞
続いて、図５を参照しながら、本実施形態に係る色調変化検出装置１０が備える演算処理装置２００の全体構成例について説明する。図５は、本実施形態に係る演算処理装置２００の全体的な一構成例を示したブロック図である。

図５に示したように、演算処理装置２００は、データ取得部２０１と、撮像制御部２０３と、画像処理部２０５と、表示制御部２０７と、記憶部２０９と、を主に備える。

データ取得部２０１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。データ取得部２０１は、撮像装置１００によって生成され、撮像装置１００から出力されたカラー撮像画像の実体データを取得し、後述する画像処理部２０５へと伝送する。また、データ取得部２０１は、取得したカラー撮像画像の実体データに、当該データを取得した日時等に関する時刻情報を紐づけて、履歴情報として後述する記憶部２０９に格納してもよい。

撮像制御部２０３は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。撮像制御部２０３は、本実施形態に係る撮像装置１００による帯状体Ｓの撮像制御を実施する。より詳細には、撮像制御部２０３は、帯状体Ｓの撮像を開始する場合に、光源１０３に対して照明光の照射を開始させるための制御信号を送出する。また、撮像制御部２０３は、照明光の照度レベルを変更させるための制御信号を光源１０３に対して送出して、照明光の照度レベルを変更させる制御を実施することも可能である。

また、撮像装置１００が帯状体Ｓの撮像を開始すると、撮像制御部２０３は、帯状体Ｓと撮像装置１００との間の相対的な位置を変化させる駆動機構等から定期的に送出されるＰＬＧ信号（例えば、帯状体Ｓが１ｍｍ移動する毎等に出力されるＰＬＧ信号）に基づいて、カラーカメラ１０５に対して撮像を開始するためのトリガ信号を送出する。撮像制御部２０３が撮像を開始するためのトリガ信号を送出するタイミングは、カラーカメラ１０５によって撮像されるカラー撮像画像の分解能に応じて決定すればよい。そのため、撮像制御部２０３は、ＰＬＧ信号を取得する毎にカラーカメラ１０５に対してトリガ信号を送出してもよく、ＰＬＧ信号を適宜分周して（例えば、ＰＬＧ信号を８回取得する毎など）トリガ信号を送出してもよい。

また、撮像装置１００のカラーチャート部材１０１が図３Ｂに示したような表面位置調整機構１０７を備える場合、撮像制御部２０３は、カラーチャート部材１０１の表面位置を調整させるための制御信号を、表面位置調整機構１０７に送出してもよい。このような制御信号は、例えば、搬送ラインの制御コンピュータ等から送出された、搬送される帯状体の厚み変化に関する制御信号を演算処理装置２００が取得する毎に送出される。

画像処理部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０５は、撮像装置１００により生成されたカラー撮像画像の実体データを利用して、各カラーフレーム画像に対して以下で説明するような画像処理を行い、帯状体Ｓの表面に存在する可能性のある色調変化を検出する。画像処理部２０５は、帯状体Ｓの表面の色調変化検出処理を終了すると、得られた検出結果に関する情報を、表示制御部２０７に伝送する。

なお、この画像処理部２０５については、以下で詳述する。

表示制御部２０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部２０７は、画像処理部２０５から伝送された、帯状体Ｓの色調変化検出結果を含む各種の処理結果を、演算処理装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２００の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、色調変化検出装置１０の利用者は、帯状体Ｓの表面に存在する色調変化に関する検出結果等といった各種の処理結果を、その場で把握することが可能となる。

記憶部２０９は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２００が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２０９には、本実施形態に係る演算処理装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２０９は、データ取得部２０１、撮像制御部２０３、画像処理部２０５、表示制御部２０７等が、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。

＜画像処理部２０５について＞
次に、図６〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える画像処理部２０５について、詳細に説明する。図６は、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える画像処理部２０５の一構成例を示したブロック図である。図７〜図１０は、本実施形態に係る画像処理部２０５が実施する画像処理について説明するための説明図である。

図６に示したように、画像処理部２０５は、領域特定部２２１と、監視領域決定部２２３と、補正行列決定部２２５と、色調補正部２２７と、色空間変換部２２９と、判定部２３１と、を主に備える。

領域特定部２２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。領域特定部２２１は、データ取得部２０１から出力されたカラー撮像画像の実体データを参照して、カラー撮像画像のうちカラーチャート部材が撮像された部分に該当する領域（カラーチャート対応領域）及び帯状体表面が撮像された部分に該当する領域（帯状体対応領域）をそれぞれ特定する。

上記のように、本実施形態に係る撮像装置１００では、カラーチャート部材１０１及びカラーカメラ１０５は空間に固定されているため、カラーチャート対応領域は、カラー撮像画像の決まった位置に撮像されることとなる。そのため、例えば図４に示したようなカラー撮像画像において、「画像の左端からｘ画素目〜ｙ画素目が色パレット１に対応する」等といった設定を予め行って、カラーチャート部材１０１を構成する色パレットの位置と、カラー撮像画像における画素位置とを、予めルックアップテーブル等の形式でデータベース化することができる。得られたデータベースを記憶部２０９等に予め格納しておくことで、領域特定部２２１は、カラー撮像画像の中からカラーチャート対応領域に対応する部分を特定することができる。

また、カラー撮像画像のうちカラーチャート対応領域以外の部分が、帯状体対応領域の候補となる部分である。領域特定部２２１は、図７上段に示したように、カラー撮像画像のうちカラーチャート対応領域以外の部分に対して公知のエッジ検出を行うことで、帯状体の幅方向の端部（すなわち、帯状体の左端及び右端の画素位置）を特定する。検出された２つのエッジ位置に挟まれる範囲が、帯状体対応領域に該当することとなる。領域特定部２２１は、このような処理をカラー撮像画像の搬送方向を構成するライン毎に実施することで、１フレーム分のカラー撮像画像についてカラーチャート対応領域及び帯状体対応領域を特定することができる。

領域特定部２２１は、カラーチャート対応領域及び帯状体対応領域の位置を示した情報を生成すると、生成したこの情報を、監視領域決定部２２３及び補正行列決定部２２５に出力する。

監視領域決定部２２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。監視領域決定部２２３は、領域特定部２２１により特定された帯状体の幅方向のエッジ位置に基づいて、カラー撮像画像における色調監視領域を決定する。ここで、色調監視領域とは、本実施形態に係る画像処理部２０５が、帯状体対応領域のうち色調の変化が生じているか否かの監視対象とする領域であり、帯状体表面の幅方向の位置を特定するものである。

本発明で着目するような色調変化は、搬送ライン上を搬送される帯状体（例えば、各種の鋼板）の種類に応じて、特定の位置に検出されることが多いものである。そこで、過去の操業実績等に基づいて、搬送ライン上を搬送される帯状体の種別毎に、色調変化の生じやすい場所を特定することができる。そこで、帯状体の種別毎に色調変化の生じやすい場所を関連づけておき、予めデータベース化して記憶部２０９等に格納しておくことができる。監視領域決定部２２３は、例えばこのようなデータベースを参照しながら、搬送されている帯状体で色調変化の生じやすい場所を特定し、図７下段に示したように領域特定部２２１から出力された帯状体のエッジ位置に関する情報に基づいて、１又は複数の色調監視領域の場所を決定することができる。

なお、図７下段では、色調監視領域として、帯状体の左端近傍、中央部付近、右端近傍の３箇所を決定する場合について図示しているが、色調監視領域の位置及び個数は、図７下段に示した例に限定されるわけではない。例えばステンレス鋼板の製造過程における焼鈍処理のように、青色のテンパーカラーが鋼板の左端近傍及び右端近傍に発生しやすいのであれば、少なくとも鋼板の左端近傍及び右端近傍を、色調監視領域とすればよい。また、ある領域をより重点的に監視したいのであれば、該当する領域を更に細分化して、複数の色調監視領域が設定されるようにしておけばよい。

また、本実施形態に係る色調変化の検出処理は、少なくとも帯状体表面に設定された色調監視領域に対して実施されればよいが、帯状体表面の全体が色調監視領域として設定されてもよいのは言うまでもない。

監視領域決定部２２３は、以上説明したようにして色調監視領域を決定すると、決定した色調監視領域の位置を示す情報を生成し、後述する判定部２３１に出力する。

補正行列決定部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。補正行列決定部２２５は、領域特定部２２１により特定されたカラーチャート対応領域に含まれるカラー撮像画像の実体データを利用して、このカラー撮像画像の色調補正に用いられる補正行列を決定する。先だって説明したように、光源１０３の照度レベルの変化や、光源１０３の経年劣化や、光源１０３の故障等といった様々な要因によって、カラー撮像画像の色調は、本来の色調から変化している可能性がある。そこで、補正行列決定部２２５は、カラー撮像画像の色調を本来の色調へと修正する補正に利用する補正行列を、カラーチャート対応領域の画像データを利用して決定する。

例えば図３Ａに示したように、カラーチャート部材１０１に含まれる色パレットに対応する色調（すなわち、色パレット本来の色調）は既知であり、記憶部２０９等に設計パラメータ（参照データ）として格納しておくことが可能である。また、カラーチャート対応領域を構成する各画素の色調は、データを構成するＲＧＢ信号を参照することで特定できる。従って、補正行列決定部２２５は、カラーチャート部材１０１に含まれるＮ個の色パレット毎に、以下の式１０１で表される関係式を作ることができる。

ここで、下記式１０１において、（Ｒ_Ｃｉ，Ｇ_Ｃｉ，Ｂ_Ｃｉ）は、ｉ（ｉ＝１〜Ｎの整数）個目の色パレットに対応づけられた色パレット本来の色調のＲＧＢ成分であり、（Ｒ_ｉ，Ｇ_ｉ，Ｂ_ｉ）は、着目している色パレットに対応するカラーチャート対応領域を実際に撮像した画像から得られるＲＧＢ信号値である。また、式１０１におけるＭは、下記式１０２に示したように、３行×３列の９成分からなる補正行列である。

従って、補正行列決定部２２５は、上記式１０１に基づき生成されるＮ次元連立方程式を同時に満たす行列Ｍの９つの成分ｍ_１１〜ｍ_３３を算出することで、補正行列Ｍを決定することができる。

ここで、上記式１０２から明らかなように、行列Ｍには９つの成分が存在する。従って、カラーチャート部材１０１がＮ＝３個の互いに色調の異なる色パレットから構成されており、かつ、各色パレットに対応する色調のＲＧＢ成分がゼロを含むものでなければ、補正行列決定部２２５は、Ｎ次元連立方程式を解析的に解くことが可能となる。しかし、カラーカメラのＲＧＢ成分の分解には、スペクトル分布（波長幅）があるため、Ｎ＝４個以上の互いに色調の異なる色パレットを用いることが好ましい。

カラーチャート部材１０１を構成する色パレットの個数が４個以上である場合には、補正行列決定部２２５は、公知の最小二乗法を行うことで、行列Ｍに含まれる９つの成分ｍ_１１〜ｍ_３３の値を算出する。ここで、最小二乗法によって算出される９つの成分の精度は、用いる最小二乗法のアルゴリズムと、色パレットの個数Ｎとに応じて変化することとなる。従って、カラーチャート部材１０１を４個以上の色パレットで構成する場合、利用する最小二乗法のアルゴリズムと、求められる最小二乗法の精度とに応じて、色パレットの個数Ｎを設定することが好ましい。

補正行列決定部２２５は、以上説明したような処理を、カラー撮像画像を構成するライン数だけ繰り返して、各ラインの補正行列Ｍを決定する。

なお、上記説明では、補正行列決定部２２５が、カラー撮像画像を構成するライン毎に補正行列Ｍの算出を行う場合について説明したが、例えば以下のような方法を用いることで、補正行列決定部２２５は、補正行列Ｍを決定する際の演算負荷を削減することが可能である。

例えば、１つのカラー撮像画像が、搬送方向にＴ個のラインから構成されており、補正行列決定部２２５がｔ番目のラインの補正行列Ｍを決定し、（ｔ＋１）番目のラインの補正行列Ｍを決定しようとしている場合を考える。この場合において、（ｔ＋１）番目のラインのカラーチャート対応領域に含まれる各色パレットのＲＧＢ画像信号（式１０１におけるＲ_ｉ，Ｇ_ｉ，Ｂ_ｉ）が、ｔ番目のラインに含まれるカラーチャート対応領域に含まれる各色パレットのＲＧＢ画像信号（式１０１におけるＲ_ｉ，Ｇ_ｉ，Ｂ_ｉ）と等しければ、補正行列決定部２２５は、（ｔ＋１）番目のラインに対応する補正行列Ｍを改めて算出せずに、ｔ番目のラインに対応する補正行列Ｍを（ｔ＋１）番目のラインにも適用すればよい。

また、補正行列Ｍの精度は若干低下するが、搬送方向にＴ個のラインから構成されるカラー撮像画像を、いくつかのライン毎に複数のブロックに区分し、各ブロックについて共通で利用する補正行列Ｍを決定してもよい。この場合、補正行列決定部２２５は、各ブロックに含まれる各色パレット（例えば、色パレット１〜色パレット６のそれぞれ）について、各色パレットの実際のＲＧＢ画像信号（式１０１におけるＲ_ｉ，Ｇ_ｉ、Ｂ_ｉ）を代表する値（代表値）を算出する。次いで、補正行列決定部２２５は、かかる代表値を利用したＮ次元連立方程式を解くことによって、着目しているブロックで共通の補正行列Ｍを決定すればよい。ここで、上記代表値としては、平均値、最頻値、最大値、最小値、中央値等の各種統計量を利用すればよい。

また、光源１０３の照度レベルに応じて、複数の補正行列Ｍを予め決定しておくことも可能である。例えば、光源１０３の照度レベルを、レベル１０からレベル１００までの１０間隔で変化させながら実際の検出処理を実施する場合を考える。この際、実際の撮像装置１００を利用して実際のカラーチャート部材１０１を照度レベル毎に予め撮像し、得られた１０枚のカラー撮像画像を利用して、補正行列決定部２２５は、照度レベルに応じた１０個の補正行列Ｍ_１０、Ｍ_２０、・・・、Ｍ_１００を予め算出しておく。その後、補正行列決定部２２５は、照度レベルと１０個の補正行列Ｍとを互いに関連づけて、補正行列に関するルックアップテーブル等のデータベースを作成し、記憶部２０９に格納しておく。実際の帯状体表面の色調変化検出処理時には、補正行列決定部２２５は、撮像制御部２０３から光源１０３の照度レベルに関する情報を取得し、得られた照度レベルに応じて、当該照度レベルに関連づけられている補正行列Ｍを、記憶部２０９等から取得する。これにより、補正行列決定部２２５は、Ｎ次元連立方程式を毎回解くという演算負荷を削減することができる。

補正行列決定部２２５は、以上説明したような各種の方法を利用して、撮影時の照明色温度やカラーカメラ１０５のカラーバランスの相違を補償するための補正行列Ｍを決定すると、決定した補正行列Ｍを表す情報を、色調補正部２２７に出力する。

色調補正部２２７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。色調補正部２２７は、補正行列決定部２２５により決定された補正行列Ｍを用いて、カラー撮像画像の色調を補正する。具体的には、色調補正部２２７は、補正行列決定部２２５により決定された補正行列Ｍを用いて、以下の式１０３により、カラー撮像画像における帯状体対応領域の色調を補正する。ここで、以下の式１０３において、（Ｒ_ｃａｍ，Ｇ_ｃａｍ，Ｂ_ｃａｍ）は、帯状体対応領域のカラー撮像画像から直接得られる各画素のＲＧＢ信号値であり、（Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’）は、色調補正後の各画素のＲＧＢ信号値である。

色調補正部２２７は、以上のような行列演算処理を、カラー撮像画像を構成する各ラインに対して実施することで、カラー撮像画像における帯状体対応領域の色調を補正することができる。なお、色調補正部２２７は、帯状体対応領域全てに対して色調補正処理を実施するのではなく、帯状体対応領域のうち色調監視領域に対応する画素に対してのみ、上記式１０３のような色調補正処理を実施してもよい。

色調補正部２２７は、上記式１０３に基づく色調補正処理を実施すると、色調補正後のカラー撮像画像のデータを、後述する色空間変換部２２９に出力する。

色空間変換部２２９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。色空間変換部２２９は、色調補正後のカラー撮像画像のデータを利用して、当該カラー撮像画像の色調を、ＲＧＢ成分で表される表色系における色調から均等色空間における色調へと変換する。より詳細には、色空間変換部２２９は、色調補正後のＲ’Ｇ’Ｂ’信号を、ＸＹＺ表色系を介して、均等色空間へと変換する。以下、色空間変換部２２９による色空間変換処理を、式を示しながら具体的に説明する。

色空間変換部２２９は、色調補正部２２７から色調補正後のカラー撮像画像のデータ（すなわち、Ｒ’Ｇ’Ｂ’信号で表されたデータ）を取得すると、まず、以下の式１０４を利用して、Ｒ’Ｇ’Ｂ’信号で表されたデータを、三刺激値ＸＹＺという心理物理量で表される色空間で表されるデータへと変換する。

続いて、色空間変換部２２９は、得られた三刺激値ＸＹＺで表された画像データを、均等色空間で色調が表された画像データへと変換する。ここで、均等色空間とは、等しい大きさに知覚される色の差（色差）が、色の空間内の等しい距離に対応するように意図された空間である。この均等色空間では、空間内の座標で表される色が人間の知覚する色と対応がとれているため、人間の知覚する色をより正確に取り扱うことが可能となる。

三刺激値ＸＹＺで表された色調を均等色空間における色調へと変換する方法については、ＪＩＳＺ８７２９（色の表示方法−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系及びＬ^＊ｕ^＊ｖ^＊表色系）に規定される方法に従えば良い。本実施形態に係る色空間変換部２２９は、以下の式１０５〜式１０７に基づいて、三刺激値ＸＹＺで表された色調を、均等色空間の一例であるＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間で表される色調へと変換する。ここで、以下の式１０５〜式１０７において、（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）は、ＪＩＳＺ８７２０（測色用標準イルミナント及び標準光源）で規定されている標準イルミナントＤ_６５における白色点である。

図８は、均等色空間の一例であるＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系及びＣＩＥ−ＬＣＨ表色系を説明するための概念図である。ＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系は、Ｌ^＊軸、ａ^＊軸、ｂ^＊軸の３軸で規定される表色系（色空間）である。Ｌ^＊軸は、縦軸であり、明度を表す軸となっている。ａ^＊軸は、赤（正のａ^＊）と緑（負のａ^＊）の度合いを表す軸である。ｂ^＊軸は、黄（正のｂ^＊）と青（負のｂ^＊）の度合いを表す軸である。ａ^＊−ｂ^＊平面では、円周方向に色相が変化し、半径方向に彩度が変化するようになっている。また、彩度については、半径の大きさ（絶対値）が増すと彩度が増すように構成されている。従って、（ａ^＊，ｂ^＊）の座標がゼロに近づくほど中間色（白、グレー、黒）となり、（ａ^＊，ｂ^＊）の座標の絶対値が大きくなるほど、該当する色は鮮やかなものとなる。このように、ＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系は、色調を（Ｌ^＊，ａ^＊，ｂ^＊）というデカルト座標で表現した表色系である。

本実施形態に係る色空間変換部２２９は、更に、ＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系で表された色調を、更に、ＣＩＥ−ＬＣＨ表色系で表される色調へと変換する。ＣＩＥ−ＬＣＨ表色系は、図８のようにデカルト座標で表現されたＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系を極座標（より詳細には、円筒座標）に変換して、明度（Ｌ）、彩度（Ｃ）及び色相（Ｈ）により色を指定できるようにした表色系である。ここで、ＣＩＥ−ＬＣＨ表色系では、ＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系におけるＬ^＊の値をそのまま明度（Ｌ）として利用する。また、ＣＩＥ−ＬＣＨ表色系では、彩度（Ｃ）は、Ｌ軸からの距離として表現し、色相（Ｈ）は、ａ^＊軸からの偏角として表現する。従って、色空間変換部２２９は、以下の式１０８及び式１０９を利用して、ＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系で表された色調を、更に、ＣＩＥ−ＬＣＨ表色系で表される色調へと変換する。

色空間変換部２２９は、以上のようにして、Ｒ’Ｇ’Ｂ’信号値で表された色調を、均等色空間での色調へと変換した後に、変換後のカラー撮像画像のデータを、判定部２３１へと出力する。

判定部２３１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。判定部２３１は、色調補正後のカラー撮像画像のうち帯状体表面が撮像された部分の画像データを利用し、帯状体表面に対応する色調の色空間での位置に応じて、帯状体表面に色調変化が生じたか否かを判定する。より詳細には、判定部２３１は、色空間変換部２２９から出力された画像データを利用して、少なくとも帯状体の表面に設定された色調監視領域について、色空間における色相の値及び色彩の値を特定する。その後、判定部２３１は、特定した色相の値及び色相の値が、着目する色空間における所定の領域に含まれるか否かに応じて、色調変化が生じたか否かを判定する。

本実施形態で着目する色調変化は、例えば鋼板表面の色調が、本来有しているべき色調から異なる色調へと変化するといったような、特定の色調への変化であるため、着目する色調変化が生じたか否かは、色調変化が生じた後の色調が、色空間（均等色空間）でどの領域に該当しているかを把握することで判断することができる。従って、着目する色調変化に関して、過去の操業実績等を解析することで、色調変化後の色調に対応する色空間の領域を決定することができる。

例えば、ステンレス鋼板の製造時に発生しうる青色のテンパーカラーについて検出を行う場合について着目する。本例で着目するテンパーカラーは青色系であるため、帯状体（鋼板）表面がどの程度青みがかっているかは、色相と彩度の閾値のみで決定することができ、明度を用いる必要はない。また、明度は、帯状体表面の反射率にも関係し、帯状体表面の粗度等の表面性状の影響を大きく受けるため、明度の閾値を考慮しなくてよいということは、判定精度の安定性を担保するものとなる。そこで、過去の操業実績等を解析することで、色調変化後の色調に対応するＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系での領域（以下、該当色領域という。）が、図９における斜線で示した領域であることが特定できたものとする。

この場合、該当色領域と、そうではない領域との境界が重要となる。今、境界値として、●で表した（ａｍ，ｂｍ）という座標と、○で表した（ａｎ，ｂｎ）という座標の２つの値が特定できたとすると、該当色領域を表す境界値としては、以下の式１１０〜式１１２の３つのパラメータを考慮すればよいこととなる。

従って、判定部２３１は、カラー撮像画像のうち着目する画素位置における色調の色空間座標に着目し、その彩度（Ｃ）及び色相（Ｈ）が、Ｃ＞Ｃ_ｔｈｒ、かつ、Ｈ_ｎ＜Ｈ＜Ｈ_ｍという２つの条件を同時に満足する場合に、着目する色相変化が発生したと判断することができる。

例えば図１０に示したように、帯状体表面に３つの色調監視領域α、β、γが設定されている場合を考える。判定部２３１は、監視領域決定部２２３から出力された色調監視領域を示した情報を参照して、カラー撮像画像における色調監視領域の位置を特定する。その上で、判定部２３１は、色空間変換部２２９から出力された色空間座標における色調に関する情報を参照して、着目する色調監視領域に対応する色調の色空間での座標値を特定する。その後、判定部２３１は、着目する色調の座標値が上記２つの条件を満たすか否かの判定を行う。

このように、色空間変換部２２９によって色調を円筒座標系へと変換しておくことで、デカルト座標系における判定処理に比べて、上記のような判定処理をより簡便に行うことが可能となる。

いま、図１０のパターンＡに示したように、色調監視領域α、β、γの色空間座標の全てが、上記２つの条件を満足し、該当色領域内に存在することが特定できたものとする。この場合、判定部２３１は、色調監視領域α、β、γのそれぞれにおいて、色調変化が発生したと判定する。逆に、図１０のパターンＢに示したように、色調監視領域α、β、γの色空間座標の全てが、上記２つの条件を満たさず、該当色領域内に存在しないことが特定できたものとする。この場合、判定部２３１は、色調監視領域α、β、γのそれぞれにおいて、色調変化が発生していないと判定する。

また、色調監視領域α、β、γのいずれかが該当色領域内に存在し、残りは該当色領域内に存在しないような場合も生じうる。この場合、判定部２３１は、該当色領域に存在することとなった色調監視領域において、色調変化が発生したと判定する。

判定部２３１は、このようにして得られた判定結果を示す情報を、例えば表示制御部２０７に出力する。判定部２３１は、色調変化が発生しているフレームに紐づけられた識別番号を併せて出力するようにすれば、帯状体の長手方向のどの部位に色調変化が発生しているかを一意に特定することが可能となる。これにより、色調変化検出装置の使用者は、色調変化が帯状体のどの部位に発生したかを簡便に把握することが可能となる。

判定部２３１は、このような判定処理を、１フレーム分のカラー撮像画像が撮像装置１００により生成される毎に実施する。これにより、本実施形態に係る色調変化検出装置１０では、搬送される帯状体表面に生じうる色調変化をリアルタイムで検出することが可能となる。

また、判定部２３１は、色調変化の判定結果だけでなく、着目する色調監視領域の色調の色空間座標値（例えば、Ｌ^＊，ａ^＊，ｂ^＊、Ｃ、Ｈ等の値）を出力してもよい。このような値や、判定結果そのものを、帯状体の搬送方向に沿った位置毎に配列させることで、色空間座標値や判定結果の時間推移、すなわち、時系列データを生成することが可能となる。このような時系列データを表示制御部２０７に出力することで、ある１点の時刻において色調変化が発生したか否かだけでなく、色調自体の変化の様子を時間を追って把握することが可能となり、操業の指針として役立たせることが可能となる。なお、このような時系列データの表示形式については、特に限定するものではなく、公知のあらゆる表示形式を利用することが可能である。

なお、判定部２３１は、得られた判定結果等に関する情報を、演算処理装置２００の外部に設けられた各種のコンピュータ等に出力してもよく、所定の帳票形式となるようにプリントアウトすることで出力してもよい。

以上、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える画像処理部２０５について、詳細に説明した。

また、上記説明では、色空間変換部２２９により、Ｒ’Ｇ’Ｂ’信号がＣＩＥ−ＬＣＨ表色系における色調表示へと変換され、かかる色調表示に基づいて判定部２３１により色調変化の有無が判定される場合について説明した。しかしながら、色空間変換部２２９は、Ｒ’Ｇ’Ｂ’信号をＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系における色調表示へと変換し、かかる色調表示に基づいて判定部２３１により色調変化の有無が判定されてもよい。また、場合によっては、色空間変換部２２９による表色系の変換処理を行わず、Ｒ’Ｇ’Ｂ’信号のままで判定処理が行われても良い。

また、上記説明では、例として挙げた青色テンパーカラーの特性に基づき、明度Ｌを判定条件に加えずに色調変化の有無を判定する場合について説明したが、着目する色調変化に応じて、明度Ｌを判定条件に加えてもよいことは言うまでもない。

以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。

なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置２００の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。

（色調変化検出方法の流れについて）
次に、図１１を参照しながら、本実施形態に係る色調変化検出装置１０で実施される色調変化検出方法の流れの一例について、簡単に説明する。図１１は、本実施形態に係る色調変化検出方法の流れの一例を示した流れ図である。

本実施形態に係る色調変化検出装置１０の撮像装置１００は、演算処理装置２００の撮像制御部２０３の制御のもとでカラーチャート部材１０１及び帯状体表面を含む所定の撮像領域を撮像して、カラー撮像画像生成する（ステップＳ１０１）。その後、撮像装置１００は、生成したカラー撮像画像を演算処理装置２００に出力する。

演算処理装置２００のデータ取得部２０１は、撮像装置１００により生成されたカラー撮像画像を取得すると（ステップＳ１０３）、取得したカラー撮像画像を画像処理部２０５に出力する。

画像処理部２０５の領域特定部２２１は、カラー撮像画像のカラーチャート対応領域及び帯状体対応領域の存在部位を特定し（ステップＳ１０５）、特定結果を監視領域決定部２２３及び補正行列決定部２２５に出力する。

監視領域決定部２２３は、領域特定部２２１によって特定された帯状体のエッジ位置に基づいて、色調監視領域を決定し（ステップＳ１０７）、特定結果を判定部２３１に出力する。

一方で、補正行列決定部２２５は、カラーチャート対応領域の画像を利用して、上記式１０１に基づき補正行列Ｍを決定する（ステップＳ１０９）。その後、補正行列決定部２２５は、決定した補正行列Ｍを、色調補正部２２７に出力する。

色調補正部２２７は、得られた補正行列Ｍを利用して、上記式１０３に基づきカラー撮像画像のうち帯状体対応領域の色調を補正する（ステップＳ１１１）。その後、色調補正部２２７は、色調補正後のカラー撮像画像のデータを、色空間変換部２２９に出力する。

色空間変換部２２９は、色調補正が行われたカラー撮像画像について、色空間の変換処理を行って（ステップＳ１１３）、均等色空間での色調の表示形式へと変換を行う。その後、色空間変換部２２９は、変換後のカラー撮像画像を、判定部２３１へと出力する。

判定部２３１は、監視領域決定部２２３により決定された色調監視領域について、色空間変換部２２９から出力されたカラー撮像画像を利用して、彩度Ｃ及び色相Ｈに着目して色調変化が生じたか否かを判定する（ステップＳ１１５）。その後、判定部２３１は、得られた判定結果を出力する（ステップＳ１１７）。

以上、本実施形態に係る色調変化検出方法の流れについて、簡単に説明した。

［第２の実施形態］
以上説明した第１の実施形態に係る色調変化検出装置及び色調変化検出方法は、鋼板の種類が固定されており鋼板表面の色が一定である場合に、有効な方法である。しかしながら、様々な鋼板の種類を製造する製造ラインでは、鋼板の種類が変わる毎に鋼板表面の色調が変化してしまい、その結果、テンパーカラーの色調自体が変化することがある。また、同一の鋼種であったとしても、鋼板を製造する各種の炉の状態等によっても、テンパーカラーの色調が変化することもある。

そのため、本発明者は、第１の実施形態に係る色調変化検出装置及び色調変化検出方法の精度をより向上させる方法について更なる検討を行った結果、以下で説明するような、第２の実施形態に係る色調変化検出装置及び色調変化検出方法に想到した。

（テンパーカラーの色調について）
本発明の第２の実施形態に係る色調変化検出装置及び色調変化検出方法について説明するに先立ち、本発明者が行ったテンパーカラーの色調に関する検討結果について、図１２を参照しながら、まず説明する。図１２は、テンパーカラーと酸化皮膜の膜厚との関係について説明するための説明図である。

テンパーカラーは、帯状体表面（例えば鋼板表面）に生成した酸化皮膜の厚さと屈折率とに起因する、光の干渉作用により生じるものである。いま、図１２に示したように、照明光の入射角をθ_ｉとし、屈折角をθ_ｔとし、屈折率がｎである酸化皮膜の膜厚をｄとする。ここで、酸化皮膜の上面の反射と下面の反射との光路差をΔＤとすると、光路差ΔＤは、以下の式１５１で表される。ここで、Ｓｎｅｌｌの法則より、以下の式１５２で表される関係が成立するため、以下の式１５１は、式１５３のように表すことができる。

また、空気、酸化皮膜の主成分であるＦｅ_２Ｏ_３、及び、鉄の屈折率の関係は、空気（屈折率：１）＜鉄（屈折率：２．０８）＜酸化皮膜（屈折率：２．９１）であるため、図１２に示した２つの光路間に半波長分のズレが生じる。従って、下記の式１５４で示した関係を満たす波長λが、テンパーカラーの色となって観察されることとなる。ここで、下記式１５４において、ｍ＝１，２，・・・である。

人が認識可能な可視光の波長範囲は４００（紫）〜８００（紫赤）ｎｍであり、三原色の波長は、それぞれ、青：４５０ｎｍ、緑：５３０ｎｍ、赤：６８０ｎｍ程度である。また、カラーカメラの撮像感度も、人の認識感度に合わせて、上記三原色と同じような波長範囲に設定されている。

上記式１５３及び式１５４から、被検査物（すなわち、酸化皮膜）の膜厚が一定であれば、入射角によりテンパーカラーの色が変化することとなる。従って、反射光によっては、テンパーカラーの色が消滅してしまう可能性がある。

しかしながら、実際には酸化皮膜がある程度厚くなると（換言すれば、上記式１５４のｍが大きくなると）、角度による色変化（すなわち、波長変化）は鈍くなる。このような現象は、以下の３つの要因によって生じると考えられる。

（１）酸化皮膜の屈折率が大きいため、光路差の変化は少ない。
（２）酸化皮膜が完全に透明でなく、厚くなると拡散反射作用により観測する角度で色調が変化する現象も生じることから、強調される波長の色と消滅する波長の色が他の色と合成されて目に入るため。
（３）光が反射する界面（皮膜下面）は理想的な鏡面でも無く、膜厚も均一とは言えないため、認識される色は様々な角度での干渉の平均として、色調が認識されるため。

従って、テンパーカラーの色調の変化は、角度の影響よりも、酸化皮膜の厚さの変化の影響が強くなり、厚さが増す毎に、黄色、金色、青色、紫色、灰色、・・・、黒色と変化する現象として捉えられる。検査員は、このテンパーカラーの色調変化から、酸化皮膜厚さを推測しており、濃い青みを帯びた色のときに有害な酸化皮膜厚であるという経験から経験的に合否判定している。

酸化皮膜の厚みを定量する方法としては、上記特許文献５に記載されているように、５０ｎｍ以下の干渉色が生じない程度の厚みの膜厚を対象に、光電型色彩計により予め厚みが既知の薄膜の色空間を測定して膜厚と色指数の補正曲線を準備しておき、未知の厚みを色彩計から求める方法がある。しかしながら、有害な酸化皮膜厚みとなる干渉色が生じる程度の膜厚に対しては、使用が不可能であるため、テンパーカラーの検出には利用することができない。

また、鋼鈑表面自身の色調が様々に変化する場合には、酸化皮膜によるテンパーカラーの色調に鋼鈑表面自身の色調も合成されることから、処理されるカラー画像から算出される色調変化が、酸化皮膜の厚みに依存しない場合が生じることがある。

そこで、本発明者は、鋭意検討を行った結果、以下で説明するような撮像装置を用いることで、帯状体表面自身の色調が変化する場合であってもテンパーカラーを正確に検出することが可能な方法に想到した。

（色調変化検出装置の構成について）
本発明の第２の実施形態に係る色調変化検出装置１０は、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る色調変化検出装置１０と同様に、撮像装置１００と、演算処理装置２００と、を主に備える。

ここで、本実施形態に係る色調変化検出装置１０が備える演算処理装置２００の機能は、テンパーカラーの検出に利用する該当色領域の色空間での位置が、第１の実施形態における位置と異なる以外は同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。

＜撮像装置１００について＞
次に、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照しながら、本実施形態に係る撮像装置１００について、詳細に説明する。図１３Ａ及び図１３Ｂは、本実施形態に係る撮像装置１００の構成例について示した説明図である。

図１３Ａは、撮像装置１００を帯状体Ｓの上方から見た場合の模式図であり、図１３Ｂは、撮像装置１００を帯状体Ｓの側方から見た場合の模式図である。

本実施形態に係る撮像装置１００は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示したように、カラーチャート部材１０１と、光源１０３と、カラーカメラ１０５と、を少なくとも有している。カラーチャート部材１０１、光源１０３及びカラーカメラ１０５は、これらの設置位置が変化しないように公知の手段により固定されている。

ここで、本実施形態に係るカラーチャート部材１０１は、第１の実施形態に係るカラーチャート部材１０１と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。

光源１０３は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示したように、所定の輝度でカラーチャート部材１０１及び帯状体Ｓの幅方向全体の双方を照明可能な高さに設置される。また、光源１０３の光軸と帯状体表面の法線とのなす角φは、以下で説明するような特定の角度範囲となるように設定される。

カラーカメラ１０５は、照明光の照射されているカラーチャート部材１０１及び帯状体表面の領域ＡＲを撮像することにより、照明光の帯状体表面での反射光及び照明光のカラーチャート部材１０１からの反射光の双方を撮像する装置である。このカラーカメラ１０５は、ＣＣＤ又は、ＣＭＯＳ等の撮像素子が搭載されたものであり、図１３Ａに示した領域ＡＲをカラーで撮像することができる。このようなカラーカメラ１０５として、例えばＲＧＢラインセンサカメラを挙げることができる。

カラーカメラ１０５の光軸と光源１０３から照射される照明光の光軸とのなす角は、照明光の正反射に対応する角度となるように設定されることが好ましい。正反射に対応する角度とは、第１の実施形態における記載と同様に、幾何光学的に厳密な正反射角に対して±５°以内の角度を指す。図１３Ｂに示した例では、カラーカメラ１０５の光軸と帯状体表面の法線とのなす角（図１３Ｂにおける角度θ’）は、光源１０３の光軸（照明光の光軸）と帯状体表面の法線方向とのなす角度φの正反射角に対して±５°以内の角度に設定することが好ましい。

このようなカラーカメラ１０５は、搬送ラインが帯状体Ｓを所定距離移動させる毎に、図１３Ａに示した領域ＡＲをカラー撮像していく。１フレームに対応するライン数だけ領域ＡＲを撮像すると、カラーカメラ１０５は、得られた撮像データを利用して１フレーム分のカラー撮像画像を生成する。また、カラーカメラ１０５の撮像タイミングは、例えば演算処理装置２００によって制御されている。

＜光源１０３の設置角度φについて＞
続いて、図１４Ａ及び図１４Ｂを参照しながら、光源１０３の設置角度φについて、詳細に説明する。図１４Ａ及び図１４Ｂは、干渉作用の入射角度依存性について説明するためのグラフ図である。

上記式１５４を波長λについて変形すると、以下の式１５４ａを得ることができる。ここで、撮像したい色調は可視光の波長範囲の４００ｎｍから８００ｎｍであるため、式１５４ａにおける波長λは、４００≦λ≦８００と設定することができる。従って、かかる波長範囲において、式１５４ａから、以下の式１５５を得ることができる。以下の式１５５を満たす正の整数ｍの数が、強め合ってテンパーカラーとして観測される波長の数となる。

ΔＤは、上記式１５３から明らかなように、照明光の入射角及び膜厚に応じて変化するため、照明光の入射角によって、強め合う波長とともに強め合う波長の数ｍも変化することとなる。カラーカメラ１０５によって撮像されるカラー撮像画像から色調変化を算出するには、撮像されるカラー撮像画像のカラー情報（スペクトル）の中に、強め合う波長が存在するか、あるいは、弱め合う波長が存在する方が、膜厚変化による色差が明確になるので好ましい。

鋼板の表面に生成される酸化皮膜は、厚みｄが１００ｎｍ程度となるくらいから色づき、２００ｎｍ程度から有害なものとなることが多い。そこで、図１４Ａに示したグラフ図は、酸化皮膜の主成分であるＦｅ_２Ｏ_３の屈折率ｎ_１＝２．９１とし、有害なものとして監視したい酸化皮膜厚を２００ｎｍとした場合に、上記式１５５における最左辺及び最右辺の値が入射角に応じてどのように変化するかを示したものである。図１４Ａにおいて、横軸は、照明光の入射角φであり、縦軸は、最左辺及び最右辺の値（換言すれば、式１５５におけるパラメータｍの値）である。

図１４Ａに示したグラフから、テンパーカラーのスペクトルが強め合う（ｍが正の整数となる。）又は弱め合う（ｍが半整数となる。）という条件を満たす波長が得られる入射角の範囲（換言すれば、図中に示した２本の曲線の間に上記条件を満足するｍが存在する範囲）は、０°から７０°であることがわかる。

また、図１４Ｂは、図１４Ａにおける酸化皮膜厚を３００ｎｍに変更した場合のグラフ図である。図１４Ｂから明らかなように、酸化皮膜の膜厚が増加するに従って、強め合う波長の数も増加する。ｍの値が大きくなるほど高次の干渉になり、強度変化は弱くなるので、ｍ＝１，２程度の低次の干渉光が望ましい。この観点から図１４Ｂを見ると、入射角は約４０°以上とすることが望ましいことがわかる。

これらの知見より、本実施形態に係る撮像装置１００で用いられる正反射光学系の入射角を４０°〜７０°に設定すれば、干渉作用で強め合うテンパーカラーの色差変化を、より正確に把握し易くなることがわかる。実際には、入射角を大きくすると、光源１０３やカラーカメラ１０５の設置スペースが大きくなるため、これら機器を取り付け可能なスペースの広さに応じて、上記角度範囲の中から実際の設置角度φを設定することが好ましく、例えば、５０°〜５５°程度とすることが好ましい。

以上、本実施形態に係る撮像装置１００と、光源１０３の設置角度φについて、詳細に説明した。

＜撮像装置１００の変形例−Ｓ偏光フィルタの利用＞
本変形例では、光源１０３から射出される照明光を非偏光とするとともに、図１５Ａ及び図１５Ｂに示したように、本発明の第２の実施形態に係る撮像装置１００において、カラーカメラ１０５自体（例えば、カラーカメラ１０５のレンズ）又はカラーカメラ１０５の光軸上に偏光フィルタ１５１を配設し、カラーカメラ１０５に対してＳ偏光が受光するようにする。これにより、鋼板自体の色調変化の影響を少なくして、酸化皮膜自体の干渉作用による色調を強調することが可能となる。以下、その理由について、図１６を参照しながら説明する。

図１２に示したような鋼板及び酸化皮膜において、酸化皮膜の主成分であるＦｅ_２Ｏ_３の複素屈折率Ｎ_１＝ｎ_１＋ｉｋ（ｎ_１：屈折率、ｉ：虚数、ｋ：消衰係数）を、ｎ_１＝２．９１８、ｋ＝０．０３（＠６９２．８ｎｍ）とする。このとき、Ｓｎｅｌｌの法則と、式１６０ａ及び式１６１ａに示したフレネルの公式とに基づいて導出される、式１６０ｂ及び式１６１ｂを利用し、Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分及び非偏光の反射率を計算した。ここで、下記式１６０ａ〜式１６１ｂにおいて、ｒ_Ｐ及びｒ_Ｓは、振幅反射率であり、着目するＰ偏光成分の反射率Ｒ_Ｐ＝｜ｒ_Ｐ｜^２であり、Ｓ偏光成分の反射率Ｒ_Ｓ＝｜ｒ_Ｓ｜^２である。

図１６から明らかなように、照明光の入射角度φ＝５０°のとき、非偏光の照明光に含まれるＳ偏光成分は約４０％が酸化皮膜表面で反射され、Ｐ偏光成分は約１０％が反射されて、残りは酸化皮膜中に入射する。酸化皮膜に入射したＳ偏光成分及びＰ偏光成分は、Ｓ偏光とＰ偏光のモード変換を起こしつつ、複素屈折率の消衰係数に基づいて強度を減衰しながら拡散反射する。そのため、正反射方向に設けられたカラーカメラ１０５で撮像される酸化皮膜を透過した反射光の強度は、入射強度に比較して小さくなる。

すなわち、カラーカメラ１０５で撮像されるＳ偏光成分は、酸化皮膜表面で反射した強いＳ偏光成分（非偏光に比較して、入射角度５０°のとき１．５倍）と、酸化皮膜内で減衰し鋼鈑表面で反射されたＳ偏光成分及びＰ偏光成分のうちの僅かなＳ偏光成分と、の合計となる。従って、撮像されるＳ偏光成分のカラー撮像画像では、図１３Ａ及び図１３Ｂに示した第２の実施形態と比較して、鋼鈑表面の地合で反射される反射光の寄与は小さくなり、酸化皮膜の干渉作用によるテンパーカラーに起因する情報がより多く含まれることとなる。その結果、本変形例による撮像装置１００を利用することで、酸化皮膜の干渉作用によるテンパーカラーをより鮮明に捉えることが可能となる。

なお、図１６では、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光帯域のうち６９２．８ｎｍの波長に着目して説明を行ったが、６９２．８ｎｍ以外の可視光帯域においても、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分及び非偏光の反射率は、図１６と同様の特徴を示す。

図１７は、実際に撮像された、テンパーカラーなし（無色）１５点、無害のテンパーカラー有り６点、有害のテンパーカラー有り５点のステンレス鋼板表面のカラー撮像画像（Ｓ偏光フィルタ：未使用）を利用し、算出したＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間でのａ^＊値、ｂ^＊値を（ａ，ｂ）座標上でプロットしたものである。

また、図１８は、図１７で利用したものと同一のステンレス鋼板を利用して、ステンレス鋼板表面のカラー撮像画像（Ｓ偏光フィルタ：使用）を撮像し、算出したＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間でのａ^＊値、ｂ^＊値を（ａ，ｂ）座標上でプロットしたものである。

なお、図１７及び図１８に利用したカラー撮像画像を得るに当たっては、撮像装置１００は、以下のような条件で設置した。

○帯状体Ｓ
鋼板：板幅１５００ｍｍ
○カラーカメラ１０５
２０４８画素のＲＧＢラインセンサカメラ：１台
ＲＧＢ信号をライン蓄積し、１０２４ライン蓄積する毎にカラーフレーム画像を生成。
○カラーカメラ１０５から帯状体表面までの光軸に沿った離隔距離：約２ｍ
○光源１０３の光軸と鋼板表面の法線とのなす角φ：５０°
○カラーカメラ１０５の光軸と鋼板表面の法線とのなす角θ’：５０°
○カラーカメラ１０５は、帯状体が搬送方向に４ｍｍ進む毎に撮像する。

目視では、無害のテンパーカラーは、角度によって黄色から青色に観察され、有害のテンパーカラーは、角度によって、濃紺から紫色に観察される。図１７及び図１８に示したグラフから明らかなように、正反射光学系で撮影していることにより、目視との色は若干の違いが生じている。

図１７及び図１８から明らかなように、有害と判定されるテンパーカラーの色調が占めるグラフ中の領域は、無色の場合の色調や無害と判定されるテンパーカラーの色調に対応する領域とは異なっている。従って、有害と判定されるテンパーカラーの色調のみからなる領域を特定し、かかる領域を該当色領域とすることで、有害と判定されるテンパーカラーを正確に検出することが可能となる。

次に、図１７及び図１８における座標軸の目盛に着目すると、Ｓ偏光フィルタを使用しなかった場合（図１７）の座標軸の範囲に比べて、Ｓ偏光フィルタを使用した場合（図１８）の座標軸の範囲が広くなっていることがわかる。これは、カラーカメラ１０５の前段にＳ偏光フィルタを配設することで、色相、彩度ともに無害・有害の差異がより明確になったことを示している。従って、カラーカメラ１０５の前段にＳ偏光フィルタ１５１を配設することによって、有害と判定されるテンパーカラーをより正確に検出することが可能となることがわかる。

以上、図１２〜図１８を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る色調変化検出装置及び色調変化検出方法と、その変形例について、詳細に説明した。

（ハードウェア構成について）
次に、図１９を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１９は、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。

演算処理装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。

ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。

バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（ＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。

入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。演算処理装置２００のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。

出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。

ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。

ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（ＳｅｃｕｒｅＤｉｇｉｔａｌｍｅｍｏｒｙｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。

接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（ＳｍａｌｌＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍＩｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。

通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（ＡｓｙｍｍｅｔｒｉｃＤｉｇｉｔａｌＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒＬｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。

以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。

（まとめ）
以上説明したように、本発明の実施形態に係る色調変化検出装置及び色調変化検出方法によれば、簡便な装置構成で、帯状体表面における色調変化を、照明光の色変化によらず、人間が感じる色感覚と同じような対応で、かつ、定量的に、帯状体の全長に亘って監視することができる。更に、帯状体の長手方向のどの領域に色調変化が発生していたかが明確になることから、製造コスト削減と歩留り向上や品質保証に大きく寄与することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記の実施形態では、ステンレス鋼板等の鋼板を例に挙げて説明を行ったが、本発明の実施形態に係る色調変化検出装置及び色調変化検出方法は、鋼板以外の金属板で生じた色調変化の検出にも適用することが可能である。

１０色調変化検出装置
１００撮像装置
１０１カラーチャート部材
１０３光源
１０５カラーカメラ
１０７表面位置調整機構
２００演算処理装置
２０１データ取得部
２０３撮像制御部
２０５画像処理部
２０７表示制御部
２０９記憶部
２２１領域特定部
２２３監視領域決定部
２２５補正行列決定部
２２７色調補正部
２２９色空間変換部
２３１判定部

Claims

搬送される帯状体の表面の色調変化を検出する色調変化検出装置において、
前記帯状体の幅方向の端部の外側で、前記帯状体表面と同じ表面高さに配設され、互いに色調の異なる３個以上の色パレットから構成されるカラーチャート部材と、
前記カラーチャート部材及び前記帯状体表面の双方に対して照明光を照射する光源と、
前記帯状体表面及び前記カラーチャート部材からの、前記照明光の反射光をカラー撮像画像として撮像するカラーカメラと、
前記カラー撮像画像に対して画像処理を行うものであり、前記色パレットの本来の色調を表す参照データが予め格納された記憶部を有する演算処理装置と、
を備え、
前記カラーカメラは、前記帯状体が所定距離搬送される毎に、前記カラー撮像画像のうち前記カラーチャート部材が撮像される部分であるカラーチャート対応領域に対応する領域と、前記カラー撮像画像のうち前記帯状体表面が撮像される部分である帯状体対応領域に対応する領域とが同一視野内に位置するように、前記照明光の反射光のライン画像を撮像し、１フレームに対応する数だけ前記ライン画像が撮像されると、前記１フレーム分の前記ライン画像から前記カラー撮像画像を生成し、
前記演算処理装置は、前記ライン画像毎に、
前記カラーチャート対応領域の色調が、前記参照データに含まれる色調と一致するように、前記カラー撮像画像の色調補正に用いられる補正行列を決定し、
前記補正行列を用いて、前記帯状体対応領域の色調を補正し、
色調補正後の前記帯状体対応領域の色調の色空間での位置に応じて、前記帯状体表面に色調変化が生じたかを判定する
ことを特徴とする、色調変化検出装置。
前記照明光は、非偏光の照明光であり、
前記カラーカメラ又は当該カラーカメラの光軸上に、前記非偏光の照明光の前記帯状体表面からの反射光のＳ偏光成分を透過させるＳ偏光フィルタを設ける
ことを特徴とする、請求項１に記載の色調変化検出装置。
前記演算処理装置は、少なくとも前記帯状体の表面の幅方向に設定された色調監視領域について、前記色空間における色相の値及び彩度の値を特定し、当該色相の値及び彩度の値が前記色空間における所定の領域に含まれるか否かに応じて、色調変化が生じたかを判定する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の色調変化検出装置。
前記演算処理装置は、判定結果を前記帯状体の搬送方向に沿った位置毎に配列させて、判定結果の時系列データを生成する
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の色調変化検出装置。
搬送される帯状体の表面の色調変化を検出する色調変化検出方法において、
互いに色調の異なる３個以上の色パレットの本来の色調を表す参照データを予め記憶しておき、
前記帯状体の幅方向の端部の外側で、前記帯状体表面と同じ表面高さに、前記色パレットから構成されるカラーチャート部材を予め配設しておき、
光源を用いて、前記カラーチャート部材及び前記帯状体表面の双方に対して照明光を照射する照明ステップと、
カラーカメラを用いて、前記帯状体表面及び前記カラーチャート部材からの、前記照明光の反射光を、カラー撮像画像として撮像する撮像ステップと、
前記カラー撮像画像に対して画像処理を行う画像処理ステップと、
を有し、
前記撮像ステップは、前記帯状体が所定距離搬送される毎に、前記カラー撮像画像のうち前記カラーチャート部材が撮像される部分であるカラーチャート対応領域に対応する領域と、前記カラー撮像画像のうち前記帯状体表面が撮像される部分である帯状体対応領域に対応する領域とが同一視野内に位置するように、前記照明光の反射光のライン画像を撮像し、１フレームに対応する数だけ前記ライン画像が撮像されると、前記１フレーム分の前記ライン画像から前記カラー撮像画像を生成し、
前記画像処理ステップでは、前記ライン画像毎に、
前記カラーチャート対応領域の色調が、前記参照データに含まれる色調と一致するように、前記カラー撮像画像の色調補正に用いられる補正行列を決定し、
前記補正行列を用いて、前記帯状体対応領域の色調を補正し、
色調補正後の前記帯状体対応領域の色調の色空間での位置に応じて、前記帯状体表面に色調変化が生じたかを判定する
ことを特徴とする、色調変化検出方法。