JPH0551844B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学的エツジ検出方法に関する。

圧延中あるいは搬送中の走行する鋼材の板巾を
測定する装置としては、測定精度及び保全性等を
高める為に、板巾を非接触で測定することができ
る光学的巾計が用いられるようになつてきた。光
学的巾計には、(i)被測定材の背面側にバツクライ
トを設置して被測定材の陰影を撮像することによ
り巾値を得る透過光方式、(ii)被測定材の表面を光
源で照らして反射光画像を撮像することにより巾
値を得る反射光方式及び(iii)被測定材が熱間圧延材
のように熱放射する場合にその放射光を撮像する
放射光方式等がある。

被測定材が例えば熱間圧延される鋼材である場
合、透過光方式では、鋼材を搬送するローラテー
ブルの下方に該テーブル全巾域に亘つて光源を設
置する必要がある上、これらの光源には落下する
スケール等に対する保護や防じん対策を施さなく
てはならず、設置場所も制約を受けるという問題
があり、反射光方式の場合には、光エネルギーの
大きい光源を必要とし、被測定材の表面が均質で
ない場合には反射パターンが不揃いになつて測定
不能となり、熱間圧延材の場合には特に反射率が
低い為に適さない。

上記２つの方式にくらべて放射光方式の場合に
は光源を必要としないので、保全面や設置場所に
対する制約が少なく、熱間圧延される鋼材の巾計
として最も適しているが、測定精度が高くないと
いう理由から実用されることが少なく、現在では
透過光方式の光学的巾計が多用されている。

次に、放射光方式の測定精度が低い理由につい
て説明する。分解能が高くかつ走査点輝度を正確
に電気信号（電圧）に変換する理想的な撮像装置
を用いて被測定物である赤熱物体を巾方向に走査
した場合の映像信号を第１図イに示す。走査点が
結像画像中の赤熱物体のエツジにさしかかると映
像信号は零レベルから急峻に立上がり、走査点が
巾方向中央部へ移動するに伴つて表面温度分布に
対応した波形を描く。自然冷却される赤熱物体は
角隈部が他部に比して早く冷却されるので映像信
号は上記急峻対立上り後はゆるやかに上昇して一
定レベルに達する波形となる。この映像信号を適
当なしきい値レベルと比較して白(H)レベルと黒(L)
レベルに２値化し、Ｈレベルの期間を例えばクロ
ツクパルスを計数して求めることにより赤熱物体
の巾を測定することができる。

しかし、通常の撮像装置では、分解能に限りが
あり、映像信号は、高域周波数がカツトされる
上、感度波長が放射光物体の発光波長にくらべて
短波長側にあると温度変化に対する変化割合が大
きくなるので、実際には第１図ａに示したような
急峻な立上りの映像信号を得ることができず、第
１図ｂに示す如く立上りがなまるので、しきい値
レベルの設定が非常に難しい上、被測定物の温度
が異ると同図ｃに示す如く映像信号の波形が異つ
たものになる為、しきい値レベルが固定されてい
る場合には、Ｈレベルとなる時点が△t₁＋△t₂だ
け相違する結果となる。これには映像信号の波高
に対応してしきい値を自動的に変化させたり（ダ
イナミツクスレシヨールド法）、露光量や利得を
自動的に変化させて一定の映像信号を得る
（AGC）等により補正することができるが、第１
図ｄに示す如く、被測定物の角隈部から中央部に
かけての湿度分布が異る場合の映像信号に対して
は補正や修正の方法がなく、しきい値比較法を用
いて正確なエツジ位置を検出することはできな
い。

更に、しきい値比較法では、しきい値レベルを
高く設定すると、角隈部の温度が高くない被測定
物に対しては真のエツジ位置より内側をエツジ位
置として検出し、しきい値レベルを低く設定する
と真のエツジ位置より外側をエツジ位置として検
出する傾向がある。この傾向は、映像信号が第１
図ｅに示す如く段階状となる固体撮像素子（固体
イメージセンサ）を用いた場合に著しい。

このように、放射光方式による映像信号をしき
い値比較法を用いて信号処理した場合には、被測
定物のエツジ位置を正確に検出することが、難し
く、幅計として十分な測定精度が得られなかつ
た。しかし、放射光方式そのものは前記した如
く、光源が不要である等の大きな利点があり、特
に固体イメージセンサを用いる場合には悪環境下
でも安心して使用することができ上記利点を更に
助長することができるので、又、透過光方式や反
射光方式による巾測定の場合にもしきい値比較法
を用いた場合のエツジ位置検出精度が被測定物と
他部との明度差によつて左右されるので、常に高
精度のエツジ位置検出を可能にする信号処理方法
の開発が切望されていた。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、撮像装置として多数の画素を配列し
てなる固体イメージセンサを用い、上記映像信号
の相隣る走査点の値順次差分して差分信号を作
り、一走査サイクルにおける該差分信号列の最大
値または／及び最小値を与える差分信号と該差分
信号の両隣の差分信号の大きさ及び上記最大値ま
たは／及び最小値を与える差分信号の走査アドレ
スをエツジ位置情報として取り出して、該エツジ
位置情報を演算処理して等価最大立上がり点及び
等価最大立上がり点を算出し、これらをエツジ位
置とする構成とすることによつて、被測定物の明
度や輝度に左右されることなく、簡単な信号処理
と演算処理を用いて費用をかけることなく実用的
に高い検出精度が得られる光学的エツジ位置検出
方法を提供することを目的とする。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

第２図において、１０は圧延ラインのローラテ
ーブルであつて、その上を被測定物（赤熱物体）
である厚板（板巾：900〜4500mm、温度700〜1000
℃）２０が走行する。３０は固体イメージセンサ
であつて、例えば、1024個の画素の光電面がピツ
チｄで１列に並び該光電面にレンズを通して厚板
２０を含む図に鎖線で示す範囲（SCOP）の像が
結像される高さに設置され、該結像を厚板２０の
板巾方向に走査する。固体イメージセンサ３０か
らは一走査サイクルに第３図に示すごとき映像信
号Ｆ(x)が取り出される。この映像信号Ｆ(x)は図示
しないタイミング回路が発生するタイミングパル
スCK毎に１画素分づつサンプルホールド回路３
１に取り込まれ、続いてAD変換回路３２に送り
込まれ、その大きさもしくは高さVn（ｎ：画素ア
ドレス、１、２……ｍ…）に対応するデジタル値
（信号）（説明の便宜上、Vnとする）に変換され
て順次送出される。３３は引算回路であつてデジ
タル値Vmとこれに対して１画素分だけ遅延され
たメモリＭ０の出力Vm_-1を減算して差分信号
Lm＝Vm−Vm_-1を送出する。この差分信号Lm
はメモリＭ１に送られ、タイミングパルスCKの
発生毎にメモリＭ１から次段のメモリＭ２に入力
される。メモリＭ１の内容はコンパレータＣ１と
セレクタSE１に入力される。コンパレータＣ１
はメモリＭ１からの入力とメモリＭ３からの入力
を比較して前者が大である場合に出力する。この
出力は選択指令SXとしてセレクタSE１に入力さ
れる。セレクタSE１は上記選択指令を受けると
メモリＭ１の内容をメモリＭ３に書き込む。上記
選択指令SXが無い場合、メモリＭ３の出力が選
択されメモリＭ３の内容は変化しない。また、コ
ンパレータＣ１からの選択指令SXはゲート回路
Ｇ１に入力される。該ゲート回路Ｇ１は上記コン
パレータＣ１の出力とタイミングパルスCKを共
に受けるとラツチ指令TXをラツチ回路Ｒ１，Ｒ
３，Ｒ５，Ｒ７に送出する。ラツチ回路Ｒ１，Ｒ
３，Ｒ５はそれぞれ差分信号Lm₊₁、Lm、Lm_-1
を取り込んで記憶する。ラツチ回路Ｒ７はタイミ
ングパルスCKを係数するカウンタ３４の計数値
（走査アドレス）ｘ＝ｍを取り込んで記憶する。
メモリＭ１の出力は、又、コンパレータＣ２及び
セレクタSE２にも入力される。コンパレータＣ
２はコンパレータＣ１とは逆にメモリＭ１の出力
がメモリＭ４の出力の内容より小である場合に出
力する。この出力は選択指令SYとしてセレクタ
SE２に供給される。セレクタSE２は選択指令
SYを受けるとメモリＭ１の出力をメモリＭ４に
書き込む。上記選択指令が無い場合はメモリＭ４
の出力が選択され、メモリＭ４の内容は変化しな
い。又、コンパレータＣ２からの選択指令SYは
ゲート回路Ｇ２に入力される。ゲート回路Ｇ２は
上記出力SYとタイミングパルスCKを共に受ける
とラツチ指令TYをラツチ回路Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６
及びＲ８に送出する。ラツチ回路Ｒ２，Ｒ４，Ｒ
６はそれぞれ差分信号Lm₊₁、Lm、Lm_-1が記憶
し、ラツチ回路Ｒ８にはゲート回路Ｇ２が出力し
た時のカウンタ３４の計数値ｘ＝ｍが書き込まれ
る。ラツチ回路Ｒ１〜Ｒ８の内容は一走査サイク
ルの終了時に３ステートラツチ回路3R１〜3R８
にそれぞれ移され、マイクロコンピユータCPU
からのアドレス信号CSにより順次、該マイクロ
コンピユータCPUに読出される。３５はバツフ
ア、３６はデコーダを示している。

次に、この装置の動作を第３図、第４図を参照
して説明する。

映像信号Ｆ(x)は、第３図に示す如く、走査点が
厚板２０の一方のエツジ近傍（ｘ＝２）にさしか
かるまでは、被測定部分の輝度が低い為に零レベ
ル近傍の低レベルであるが、エツジ近くにさしか
かると輝度が高くなるのでそのレベルが上昇し始
め、真のエツジ位置を含む領域を撮像している画
素に達すると時刻T₁で（ｘ＝３）急激なレベル
上昇を呈し、更に走査点が厚板２０の内側に移動
するに伴つてゆるやかなレベル上昇を呈しつつほ
ぼ一定レベルに落ち着く。また、走査点が他方の
エツジ部を移動する間には上記とは逆のレベル変
動を示し、走査点が他方の真のエツジ位置を含む
領域を撮像している画素（ｘ＝ｍ）に達した時に
最大のレベル降下を呈する。

本実施例では、走査開始後、まず、差分信号
Lm＝Vm−Vm_-1が正の値になつた時点で、コン
パレータＣ１から選択指令SXが出され、メモリ
Ｍ３に値Lmが記憶される。その後は、この記憶
された差分信号値Lmよりも大きい差分信号が発
生する毎に選択指令SXが出され、メモリＭ３の
内容が更新されると同時にラツチ回路Ｒ１，Ｒ
３，Ｒ５及びＲ７にそれぞれ記憶される差分信号
Lm₊₁、Lm、Lm_-1及びｍの値も更新される。

即ち、走査点が時刻ｔ＝T0で厚板２０の一方
のエツジ位置の極く近傍を撮像している画素に達
したものと仮定すると、差分信号L2＝V2−V1＞
０となるので、選択指令SXが発生し、該差分信
号L2の値はメモリＭ３に記憶される。走査点が
１画素分だけ移動した時刻T1（ｘ＝３）では真の
エツジ位置を撮像している画素が走査される為、
差分信号L3＝V3−V2＞V2−V1＝L2となり、メ
モリＭ３にはL3が書き込まれると同時にラツチ
回路Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５はラツチ指令Txを受けて
L4、L3、L2を記憶する。更に１画素分だけ移動
したｘ＝４では差分信号L4＝V4−V3＜V3−V2
＝L3となるので、コンパレータＣ１からの選択
指令SYは無く、メモリＭ３の内容はそのままと
なる。即ち、真のエツジ位置を撮像している画素
の出力V3が走査された時点の差分信号が正の最
大値になり、以後は、L4、L3、L2及びその時点
の走査アドレスがラツチ回路Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５及
びＲ７に記憶されたままとなる。

また、走査開始後、まず、差分信号Lm＝Vm
−Vm_-1が負の値になつた時点でコンパレータＣ
２から選択指令SYが出力され、メモリＭ４に差
分信号Lmが記憶される。その後、記憶された差
分信号の値より小さい（極性は負で、その絶対値
が大）差分信号が発生する毎に選択指令SYが出
され、メモリＭ４の内容が更新される。また、同
時に、ラツチ回路Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６及びＲ８に記
憶されるLm₊₁、Lm、Lm_-1及びｍの値も更新さ
れる。

即ち、走査点が他方の真のエツジ位置を撮像し
ている画素（走査アドレスｘ＝ｍ）に達し、映像
信号Ｆ(x)の立ち下がり点にくると、差分信号Lm
＝Vm−Vm_-1＜０が最小になるので、その時点
のLm₊₁、Lm、Lm_-1及びｍの値がラツチ回路Ｒ
２，Ｒ４，Ｒ６及びＲ８に記憶され、以後はこの
時の値より小となる差分信号が発生しないので、
これらの値がラツチ回路Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６及びＲ
８に記憶されたままとなる。

真のエツジ位置は、差分信号列の最大値を与え
る画素のピツチ内または／及び最小値を与える画
素の画素ピツチ内にあるので、エツジ位置に対応
する上記画素ピツチ内の点を等価最大立上がり点
または／及び等価最大立下がり点として数学的に
求める。即ち、本実施例では、差分信号の最大値
または／及び最小値Lmとその走査アドレスのア
ドレス値ｍ及びその両隣の走査アドレスの差分信
号の値Lm₊₁、Lm_-1をエツジ位置情報としてマイ
クロコンピユータCPUで下式の演算処理を行わ
せ、その演算結果をエツジ位置として検出する。

XP＝ｄ（ｍ＋Lm₊₁−Lm_-1／２〔2Lm−（Lm₊₁＋Lm_-1
）〕） 但し、XP：等価最大立上がり点もしくは等価
最大立下がり点 次に、上記演算式について説明する。

図５に示すように、（−１、Lm_-1）、（０、
Lm）、（１、Lm₊₁）の３点を通る放物線ｙ＝ax²
＋bx＋ｃを考え、この放物線のピーク位置をも
つて、真のエツジ位置とする。この３点を通るこ
とにより Lm−₁＝ａ−ｂ＋ｃ (1) Lm＝ｃ (2) Lm₊₁＝ａ＋ｂ＋ｃ (3) (1)、(2)、(3)を解いて、 ａ＝Lm₊₁＋Lm_-1／２−Lm (4) ｂ＝Lm₊₁−Lm_-1／２ (5) ｃ＝Lm (6) したがつて、この放物線のピークを与えるｘ座
標は、 ｘ＝ｂ／2a＝Lm₊₁−Lm_-1／２（2Lm−（Lm₊₁＋Lm_-
1）） となる。１画素のピツチをｄとし、走査開始アド
レスを０、差分ピークが発生するアドレスをｍと
すると、真のピーク位置は、 XP＝ｄ（ｍ＋Lm₊₁−Lm_-1／２（2Lm−（Lm₊₁＋Lm_-1）
）） となる。

以上の如く、本発明によれば、撮像信号をある
間隔で走査して差分信号列を作り、その内の最大
差分信号値とその走査アドレスの値、該走査アド
レスの両隣の走査アドレスの差分信号値をエツジ
位置情報として取り出して、この僅かな情報から
被測定材のエツジ位置に対応する等価最大立上が
り点及び等価最大立下がり点を演算により求める
構成としたことによつて、被測定物と他部との境
界がぼやけている場合にも前記しきい値比較を行
う方法の場合に比して、より確実に、より正確
に、しかも、複雑な信号処理を要せず、演算処理
装置として小容量のものを用いることができるの
で、簡単に、費用をかけることなくエツジ位置を
検出することができる。

また、固体イメージセンサを用いるので、保全
性にすぐれ、撮像装置の設置場所に対する制約が
少なく、取り扱いが容易で、ランニングコストが
安くて済みので、悪環境にも強い光学的巾計を実
用化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｅは従来の光学的エツジ位置検出方
法の問題点を説明する為の映像信号波形図、第２
図は本発明による光学的エツジ位置検出方法の実
施例の回路ブロツク図、第３図は上記実施例の動
作を説明する為の映像信号波形図、第４図は第３
図の映像信号の差分信号波形図、第５図は上記実
施例における演算式を説明する為の図である。 ３０……固体イメージセンサ、３１……サンプ
リングホールド回路、３２……AD変換回路、３
３……引算回路、３４……カウンタ、Ｍ１〜Ｍ４
……メモリ、Ｃ１，Ｃ２……コンパレータ、Ｇ，
Ｇ１，Ｇ２……ゲート回路、Ｒ１〜Ｒ８……ラツ
チ回路、3R１〜3R８……３ステートラツチ回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定物を該被測定物の巾方向に走査して得
   られる映像信号から上記被測定物のエツジ位置を
   検出する場合において、 上記映像信号の相隣る走査点の値を順次差分し
   て差分信号を作るとともに第１のメモリ部と第２
   のメモリ部に差分信号の値とその走査アドレス及
   び該差分信号の前後の両隣差分信号の値を記憶さ
   せ、第１のメモリ部の記憶内容を、記憶している
   差分信号の値より今回差分信号の値が大である場
   合にはこの大である差分信号の値と走査アドレス
   及び該大である差分信号の両隣差分信号の値に更
   新し、第２のメモリ部の記憶内容を、記憶してい
   る差分信号の値より今回差分信号の値が小である
   場合にはこの小である差分信号の値と走査アドレ
   ス及び該小である差分信号の両隣差分信号の値に
   更新し、一走査サイクル終了時における上記第１
   のメモリ部および第２のメモリ部が記憶している
   差分信号とその両隣差分信号と走査アドレスの値
   から下式に基づき ｄ（ｍ＋L_n+1−L_n-1／２（2L_n−（L_n+1＋L_n-1））
   ） ただし、ｄ：画素のピツチ L_n：差分信号 ｍ：走査アドレス値 L_n+1、L_n-1：両隣差分信号 エツジ位置を検出することを特徴とする光学的
   エツジ位置検出方法。