JPS59141007A - 光学的エツジ位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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
れるようになってきた。光学的巾計には、ｆｉ）Ｍ測定
材の背面側にバックライトを設置して被測定材の陰影を
撮像することによシ巾値を得る透過光方式、０１）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
により中値を得る反射光方式及び（ｌｉｉ）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
テーブル全中域に亘っ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
ギーの大きい光源全必要とし、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って測定不能と
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（を
圧）に変換する理想的な撮像装置を用いて被測定物であ
る赤熱物体を中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
にさじか＼ると映像信号は零ノベルから急峻に立上がシ
、走査点が巾方向中央部へ移動するに伴って表面温度分
布に対応した波形を描く。目然冷却される赤熱物体は角
隅部が他部に比して早く冷却されるので映像信号は上記
急峻な立上シ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。この映像信号を適轟なしきい値レベルと
比較して白（Ｈｌ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ッ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、分解値に限りがあシ、映
像信号は、高域周波数がカットされる上、感度波長が放
射光物体の発光波長にくらぺて短波長側にあると温度変
化に対する便化割合が大きくなるので、実際に／Ｉ′ｉ
第１図（イ）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図仲）に示す如く立上りがなま
るので、しきい値レベルの設定力非常に難しい上、被測
定物の温度が異ると同図←→に示す如く映像信号の波形
が異ったものになる為、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Δｔ，十Δｔ２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シ（ダイナミックスレ
ショールド法）、露光量や利得を自動的に変化はせて一
定の映像信号を得る（ＡＧＣ）等によシ補正することが
できるが、第１図に）に示す如く、被測定物の角隅部か
ら中央部にかけての温度分布が異る場合の映像信号罠対
しては補正や修正の方法がなく、シきい値比較法を用い
て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、角隅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ケ
エッ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（ホ）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）を用いた場合に著るしい。

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ｆｉｌｌ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った。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
って左右されるので、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、上記した従来の要求に応える為になされたも
ので、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で常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し、
その特徴とするところは、映像信号の一走査区間中の最
初の変曲点情報また？′ｉ／及び最後の変曲的情報を取
出し、−走査サイクルの終了毎に上記変曲点情報を演算
処理して変曲点位置を算出し、該変曲点位置をエツジ位
置として検出する点にある。

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
あって、その上を被測定物（赤熱物体）である厚板（板
巾：　９００〜４５００　ｍ温度＝７００〜１１００　
℃）　２　Ｇが走行する。３゜は固体イメージセンサで
あって、例えば１０２４箇の画素（光電検出素子）が１
列に並び画素ピッチｄのリニア光電面を有し、該光電面
にレンズを通ｊ〜て厚板２０を含む図に鎖線で示す範囲
（５ｃｏｐ　）の像が結像される高さに設置され、該結
像を厚板２ｏの板中方向に走査する。固体イメージセン
サ３ｏからは一走査サイクルに第３図に示す如き映像信
号が取出される。

この映像信号は、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Ｋ１画分づ＼、サンプ
ルホールド回路３１に取込まれ、続いてＡ／Ｄ変換回路
３２に送シ込まれ、その大きさくもしくは高さ）Ｖｎ（
ｎ：画素アドレス、１．２・・・ｍ、川）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は引算回路であって、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Ｍ】の出力。

Ｖｍ−１を減算して差分信号Ｉｊ７ｍ＝Ｖｍ　−Ｖｍ−
１ｉ送出する。この差分信号Ｌｍ　ＦｉメモリＭ３に送
られ、タイミングパルスｃＫ毎にメモリＭ３から次段の
メモリＭ４に入力される。メモリＭ３の差分信号ＬｍＦ
ｉコンパレータ（比較回路）Ｃ１に送られて１画素分後
の引算回路３３ノ出力Ｌｍ＋１　と比較される。コンパ
レータＣ】はＬｍ＞Ｌｍ＋１である場合にゲート信号ｇ
１を出力する。又メモリＭ３の出力Ｌｍｆｌコンパレー
タＣ２で１画素分前の差分信号であるメモリＭ４の内容
Ｌｍ−１と比較され、該コンパレータＣ２はＬｍ＞　Ｌ
ｍ−１である場合にゲート信号ｇ２に出力する。他方、
メモリＭ１の内容Ｖｍは順次、メモリＭ２ｉ介してコン
パレータＣ３に送られると共に、直接、コンパレータＣ
４に入力される。コンパレータＣ３１ｌｔＡ／Ｄ変換回
路３２から引算回路３３に送られる画素分のデジタル値
に対して２画素分遅れたデジタル値’Ｖｍ−１を設定値
Ｖと比較してＶｍ−１〉■である場合にゲート信号ｇ３
を出力する。

ゲート信号ｇｌ、ｇ２及びｇｓはゲートＧＩＫ送られる
。このゲートＧ１は上記３つのゲート信号が入力された
場合、即ち、Ｖｍ−１＞Ｖ。

Ｌｍ−１ぐＬｍ）Ｉ、ｍ＋　１なる条件が満たされた場
合にフリップ・フロップ（Ｆ／Ｆ）にセット信号を入力
するうＦ／Ｆがセット入力を受けるとその出力（タイミ
ングｔＴ＋　とする）がラッチ指令（信号）としてラッ
チ回路Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５及びＲ７に入力され、ラッチ回
路Ｒ１、Ｒ３及びＲ５は、夫々差分信号Ｉ、ｍ＋］、Ｌ
ｍ及びＬｍ−１を取込んで記憶する。ラッチ回路Ｒ１ｊ
：り０ツクハルスＣＫを計数するカウンタ３４の計数値
（走査アドレス）ｘ＝ｍ４取込んで記憶する。コンパレ
ータｃ３、ｃ４の上記設定値Ｖはノイズによる誤動作を
防ぐ為のもので第３図に示す如きレベルを持たせておく
。

コンパレータＣ１は、又、差分信号Ｌｍ　と差分信号Ｌ
ｍ＋１との大小関係がＬｍ＜Ｌｍ＋１　である場合にゲ
ート信号ｇ＋　ｋ出力し、コンパレータＣ２は差分信号
１ｍとＬｍ−１との大小関係がＬｍ（１，ｍ−］である
場合にゲート信号１．全出力し、コンパレータＣ４はデ
ジタル値ｖｍがｖｍ＞ｖである場合にゲート信号ｇ３を
出力し、これら３つのゲート信号が共にゲート回路Ｇ２
に入力されると該ゲート回路Ｇ２がラッチ指令（タイミ
ングをＴ２とする）をラッチ回路Ｒ２Ｒ４、Ｒ６及びＲ
８に送出する。即、ｖｍ＞ｖ、Ｌｍ−１＞　Ｌｍ　（Ｌ
ｍ　＋　１なる条件が満足されると、ラッチ回路Ｒ２、
Ｒ４、Ｒ６に夫々差分信号Ｌｍ＋］、Ｌｍ、Ｌｍ−１が
記憶され、ラッチ回路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が誉込葦れる。ラッ
チ回路Ｒ１〜Ｒ８の内容は一走査サイクルの終了時に３
ステ一トラツチ回路３Ｒ１〜３Ｒ８に夫々移され、マイ
クロコンピュータ（ＣＰＵ　）からのアドレス信号ｃｓ
’ｒｔよシ、順次、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ　）
に続出されて演算処理される。３５Ｆｉバツフア、３６
はデコーダを示している。

次に、動作について説明する。

映像信号は、走査点が厚板２ｏのエツジ近傍にさしかか
るまでは、被測足部分のｊ４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
漸次高くなるのでレベルが上昇し始め、真のエツジ位置
に達すると急激なレベル上昇を呈し、更に走査点が内側
へ移動するに伴ってゆるやかなレベル上昇？！：呈しつ
＼はｙ一定レベルＫｇ着く。

又、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、走査点がエツジ位置に達した時
に最大のレベル降下を呈する。従って、−走査サイクル
期間の映像信号中で最初の変曲点が真のエツジ位置もし
くは真のエツジ位置に最も近く、最後の変曲点が他方の
エツジの真のエツジ位置もしくは真のエツジ位置に最も
近い位置を与える。

実施例では、走査開始後、走査点がエツジ近傍罠達する
までは、映像信号のレベルがＶ以下であるので、コンパ
レータＣ１がゲート信号ｇｓｋ出力せず、ＦＡ′からラ
ッチ指令が送出されないのでラッチ回路Ｒ１、Ｒ３、Ｒ
５、Ｒ７＃ｉ動作しない。今、真のエツジ位置ｒ撮像し
ている画素の映像信号のレベルをｖ３、該画素の両隣の
画素のレベルヲ夫々■いＶ。

（〉■）とし、デジタル値ｖ４がＡ／ｂ変換回路３２か
ら送シ出されたものとすると、上記走査開始後、走査ア
ドレスｘ−＝４に達して始めてゲート信号ｇ３が出力さ
れ、かつゲート信号ｇ、及びｇ、も出力されるので、ゲ
ート回路Ｇ１が開き、２ツチ指令がＦ−Ｆから送出され
、ラッチ回路Ｒ１にはり、＝Ｖ、−Ｖ、、ラッチ回路Ｒ
３にはり、＝Ｖ、−Ｖ２、ラッチ回路Ｒ５にはり、＝　
Ｖｉ　−Ｖ、が書込まれ、ラッチ回路Ｒ７には走査アド
レスｘ　＝　３が書込まれる。これら３つの隣シ合う差
分信号Ｌ４　、Ｌｍ　％　ｉ、、は第４図に示す如く、
その中央の差分信号り、が最大でその値は差分信号列の
最初の正のピーク値となるので、映像信号がパルＶ、に
なった時点で最初の変曲点の位置（走査アドレス）が検
出される。このようなＬｎ−１＜Ｌｎ＞Ｌｎ＋１になる
差分信号列のピークは、１走査区間内でいくつも存在す
る可能性があるが、Ｆ／Ｆをセット、リセットタイプの
フリップフロップを使用することにより、ｌ走査区間内
で最初の正のピークのタイミングを検出することができ
る。すなわち、Ｆ／Ｆが１度セットされると１走査区間
の終シで、リセットされるまで状態を変えないことを利
用して最初のタイミング全検出している。

走査点が他方のエツジ近傍に達した場合、今、該エツジ
の真の位置を撮像している画素の映像信号のレベルをＶ
ｍ（＞ｖ）とし該画素の両隣シのレベルをＶｍ−１，７
ｍ＋１とし、デジタル値Ｖｍ＋ｌがＡ／Ｄ変換回路から
出力されたものとすると、ｖｍ〉■である為、ゲート信
号ｇ３が出力され、かつゲート信号ｇいＲ２も出力され
るので、ゲート回路Ｇ２からラッチ指令が送出され、ラ
ッチ回路Ｒ２、Ｒ４及びＲ６に夫々差分信号Ｌｍ＋　ｌ
　＝　ｖｍ＋　１−Ｖｍ　、　Ｖｍ＝ｖｍ−ｖｍ−ｔ、
Ｌｍ−１＝Ｖｍ−１−Ｖｍ−２が記憶さし、ラッチ回路
Ｒ８には走査アドレスＸ＝＝ｍが書込まれる。これら３
つの差分信号Ｉ、ｍ＋１、Ｌｍ、Ｌｍ−１は、その中央
の差分信号Ｌｍが最小で差分信号列中の最後の負のピー
ク値となるので、映像信号がレベルｖｍ＋１になった時
点で最後の変曲点の位置（走査アドレス）が検出される
。このよりなＬｎ−１＞Ｌ、ｎぐＬｎ＋１　になる差分
信号列の負のピークは、１走査区間内でいくつも存在す
る可能性があるが、このようなタイミング全てに対して
ラッチ指令が送出されるので、１走査区間の終りでは、
結果的に、差分信号列の最後の負のピークのタイミング
を検出することができる。

本実施例では、差分信号列の正のピーク期間に存在する
変曲点位置を求める為、差分信号Ｌ２、Ｒ３、Ｒ４及び
走査アドレスｘ　＝　３を変曲点情報とし、該変曲点情
報を用いてマイクロコンピュータ（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。

但し、ｔ　＝　Ｒ２”　±Ｌｓ”＋Ｌ４”　−Ｌ、　Ｒ
３−Ｌ３Ｌ４−Ｌ４Ｌ２Ｘ：画素の中心位置 又、差分信号列の負のピーク期間に存在する変曲点位置
を求める為、差分信号Ｌｍ＋１゜Ｌｍ、Ｌｍ−１及び走
査アドレスｘ’＝ｍｌ：変曲点情報として該変曲点情報
を用いて下式の演算処理を行わせ、その演算結果を他方
のエツジ位置として検出される。

但し、Ｌ＝　Ｌ”ｍ　−１−１−Ｌ”ｍ＋Ｌ”ｍ＋’ｌ
　−Ｌｍ−１−Ｌｍ　−７，ｍａＬｍ＋］−Ｉ、ｍ＋］
　−Ｌｍ−１次に、上記演算式について説明する。

第１図（ロ）に示すような連続的な映像信号をｆ　（ｘ
）とし、その微分波形が ｆ’（ｘ）＝　ｂ　−ａ　ｌ　ｘ　−ｘｐＩ　−（３）
但し、ａ、ｂ：定数 ｘｐ：変曲点位置 で表わされ、第３図に示すようなディスクリートな映像
信号の微分式が 但し、ｄ（ｉ−１）（ｘ（ｄｉ ｄ：画素ピッチ で表わされるものとして、第６図に示すｆ’（ｘｉのピ
ーク値と画素の位相τとの関係’ｋＦ’（Ｘ）から求め
る。上記ピーク位置を含む画素のＦ　’（ｘｌ　管Ｌｍ
　、その前後の画素のＦ’（Ｘ）’に夫々Ｌｍ−１、Ｌ
ｍ＋１とすると、 ＝ｂ−ａ（ｄ＋τ）　　・・・・・・　　（５）ｄ　　
　、ｔ ＝ｂ−ａ（τ＋１）　・・・・・〈６）Ｚ ＝ｂ−ａ（ｄ−τ）　　・・・・・・　（７）式（５）
、（６）及び（７）からａ、ｂを消去すると、・・−・
（８） この（８）式を解いて得られるτの値がｘｐにるのでｘ
ｐは前記（２）式となる。

本実施例では、デジタル値Ｖｎｋ設定値Ｖと比較して、
Ｖｎ＞ｖ″′ｃめることを条件として変曲点情報を取出
することにょシ誤検出を防いでいるが、ノイズ対策とし
ては、この他に、差分信号うち絶対値レベルが一定レベ
ルに達しないピーク値のものは変曲点情報として取出さ
ないようにしてもよく、又、ランダムノイズに対しては
、複数画素分の映像信号レベルを時間平均することによ
りノイズ低減を図るようにすればよい。

５なお、上記実施例では、一台の固体イメージセンサを
用いて厚板の両方のエツジ位置を検出する場合について
述べたが、２台の固体イメージセンサを用いて、夫々が
片方のエツジを分担するようにしてもよい。

また、本発明は、透過光方式や反射光方式によるエツジ
検出に用いて同様の効果が得られる。

以上の如く、本発明によれば、−走査サイクル毎に映像
信号の最初またＦｉ／及び最後の変曲点情報を取出して
エツジ位置である変曲点位置を算出する構成としたこと
によって、複雑な信号処理を要せず、又演算処理装置の
容量も小さくて済む上、被測定物と他部との輝度境界が
ぼやけている場合にも、しきい値比較を行う場合に比し
て簡単に、より確実、より正確罠エツジ位置を検出する
ことができるので、実用的であり、被測定物の温度不均
一により走査サイクル毎に映像信号全体の波形が異る場
合にも夫々の変曲点位置を正確に検出することができ、
被測定物の角隅部だけ映像信号が異るような場合にも変
曲的位置を確実に検出することができるので、放射光方
式による巾測定の精度をしきい値比較法を用いる場合に
比して著るしく高めることができる上、映像信号が走査
方向に対してディスクリートな値をとるような場合にも
、上記変曲点情報の演算処理によってエツジ位置を確実
、正確に検出することができるので、固体イメージセン
サを用いて、保全性に優れ、設置場所に対する制約が少
なく、取扱いが容易で、ランニングコストが安くて済み
、悪環境にも強い光学的巾計を実用化することが可能に
なるという大きな利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）〜（＠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検出方法の実施例の回路ブロック
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・・・Ａ　
／　Ｄ変換回路、 ３寥・・・引算回路、　　　３４・・・カウンタ、Ｍｌ
〜Ｍ４・・・メモリ、 Ｃ１〜Ｃ４・・・コンパレータ ０１〜Ｇ２・・・ゲート回路、 Ｒ１−Ｒ８・・・ラッチ回路、 ３Ｒ１〜３Ｒ８・・・３ステ一トラツチ回路ＣＰＵ＋・
・マイクロコンピュータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物の撮像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、１記映像信号の一走査区間中の最初
   の変曲点情報または／及び最後の変曲点情報を取出し、
   −走査サイクルの終了毎に上記変曲点情報を演算処理し
   て変曲点位置全算出し、該変曲点位置をエツジ位置とし
   て検出することを特徴とする光学的エツジ位置検出方法
   。
2. （２）被測定物の撮像を該被測定物の中方向に走査して
   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シ、−走査サイクルの該差分
   信号列の最初または／及び最後のピーク値を与える差分
   信号と該差分信号の両隣りの差分信号の大きさ及び上記
   ピーク値を与える差分信号発生時の映像信号走査アドレ
   スを変曲点情報として取出し、−走査サイクルの終了毎
   に上記変曲点情報に基づいて変曲点位置を演算し、該変
   曲点位置をエツジ位置として検出すること１に％徴とす
   る光学的エツジ位置検出方法。
3. （３）被測定物を撮像する撮像装置が多数の画素を配列
   してなる固体イメージセンサである場合において、ピー
   ク値を与える差分信号とこれに先行及び後続する差分信
   号の大きさを夫ｋＬｍ、Ｌｍ−１及びＬｍ＋１、上記ピ
   ーク値を与える差分信号の発生時の映像信号走査アドレ
   スｆｘとした場合、最初及び最後の変曲位置が下式 ％式％ 助＋１十訓十ト訓−１） ｄ：画素ピッチ によシ算出されることを特徴とする特許蹟求の範囲第２
   項記載の光学的エツジ位置検出方法。