JPS59142407A - 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】 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
られるようになってきた。光学的巾計には、（１）被測
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り世情を得る透過光方式、（Ｉ＋）
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
ことによシ巾値を得る反射光方式及び（１１Ｄ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
テーヲ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
るという間蹟があり、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
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く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
ジにさじか＼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え移動するに伴って表面温度
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１＃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。この映像信号を適桶なしきい値レベ
ルと比較して白（Ｈ）レベルと黒（Ｑ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
めることによシ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
（イ）に示したような急峻な立上シの映像信号を得るこ
とができず、第１図（ロ）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ｅ→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Δ１．＋Δ１．だけ相違
する結果となる。これには映津信号の波高に対応してし
きい値を自動的に変化させ走り（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させて一定の
映１象信号を得る（ＡＧＣ）等に上り補正することがで
きるが、第１図に）に示す如く、被測定物の角隈部から
中央部にかけての温度分布が異る場合の映像信号に対し
ては補正や修正の方法がなく、シきい値比較法を用いて
正確なエツジ位置を検出することはできない。

史に、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（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／す）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
あシ、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４
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殆んど左右されることな
く、簡単な信号処理を用いて実用的な検出精度が得られ
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、映像信号の相隣る走査点の
値を順次引算して差分信号を作り、−走査サイクルの差
分信号列の最初または／及び最後のピーク値を与える差
分信号発生時の映像信号走査アドレスに基いてエツジ位
置を検出する点にある。

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晴、温度ニア００〜１１００℃）
２０が走行する。３０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列に並ぶ
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ｙす３０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。

この映イ象信号は、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）毎に１画分づ＼、サンプル
ホールド回路３２に取込まれ、続、いてＡ／Ｄ変換回路
３２に送り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、・・・）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（Ｍｌ）の出力Ｖ　ｍ−１を減算して差分信号Ｌｍ
を送出する。この差分信号Ｌｍはメモリ（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Ｌｍはコンパレータ（比較回路＞（０１）に送ら
れて１画素分後の引算回路３３の出力Ｌ　ｍ　＋、と比
較される。

コンパレータ（Ｃ１）はＬ　ｍ　）　Ｌ　ｍ　＋、であ
る場合にゲート信号ｇｌ　を出力する。又メモリ（Ｍ３
）の出力Ｌｍはコンパレータ（Ｃ２）で１画素分前の差
分信号であるメモリ（Ｍ４）の内容Ｌ　ｍ　−、と比較
され、該コンパレータ（Ｃ２）はＬ　ｍ　）　Ｌ　ｍ　
−１である場合にゲート信号ｇ、を出力する。他方、メ
モリ（Ｍｌ）の内容Ｖｍは順次、メモ！Ｊ（Ｍ２）を介
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（Ｃ４）に入力される。コンパレータ（Ｃ
３）はＡ／Ｄ変換回路３２から引算回路３３に送られる
画素分のデジタル随に対して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）Ｖである場合
にゲート信号ｇ、を出力する。ゲート信号ｇ＋＋ｇ＊及
びｇ３はゲート（Ｇ１）に送られる。このゲー）　（Ｇ
ｌ　）は上記３つのゲート信号が入力された場合、即ち
、Ｖｍ　　１　＞Ｖ　、　Ｌ　ｍ−１＜　Ｌ　ｍ　＞　
Ｌ　ｍ＋、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、Ｆ／Ｆがセッ
ト入力を受けるとその出力（タイミングをＴ１とする）
がラッチ指令（信号）としてラッチ回路（Ｒ１）に入力
され、該ラッチ回路（Ｒ１）クロックパルスＣＬを計数
するカウンタ３４の計数値（走査アドレス）ｘ＝ｍを取
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
Ｓ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（Ｌ　ｍ　＋　ｔ
である場合にゲート信号ｇｌ　を出力し、コンパレータ
（Ｃ２）は差分信号ＬｍとＬ　ｍ　−１との大小関係が
Ｌ　ｍ　（Ｌ　ｍ　　１である場合にゲート信号ｇｔを
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ｉ３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Ｅ
とする）をラッチ回路（Ｒ２）に送出する。即、Ｖｍ）
Ｖ、Ｌｍ−、）　Ｌ　ｍ　（Ｌ　ｍ＋１　なる条件が満
足されると、ラッチ回路（Ｒ２）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
込まれる。ラッチ回路（Ｒ１）及び（Ｒ２）の内容は一
走査サイクルの終了時に順次、演算回路（ＣＰＵ）に読
出されて演算処理される。

次に、動作について説明する。

映像信号は、走査点が厚板２ｏのエツジ近傍にさじか＼
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、エツジ近くにさじか＼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、更に走介点が内側
へ移動するに伴ってゆるやがなレベル上昇を呈しつ＼は
ｙ一定レベルに落着く。

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に達する
までは、映１象信号のレベルがＶ以下であるので、コン
パレータ（ｃｌ）がゲート信号ｇ、を出力せず、Ｆ／Ｆ
からラッチ指令が送出されないのでラッチ回路（Ｒ１）
は動作しない。今、真のエツジ位置を撮像している画素
の映像信号のレベルをｖ８、該画素の両隣の画素のレベ
ルを夫々−ｖ４＋ｖ＊（〉■）とし、デジタル値ｖ４が
Ａ／Ｄ変換回路３２から送り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ｇ、が出力され、かつゲート信号ｇ＋及びｇ
童も出力されるので、ゲート回路（Ｇ１）が開き、ラッ
チ指令がＦ、Ｆから送出され、ラッチ回路ラッチ回路（
Ｒ１）には走査アドレスｘ　＝　３が書込まれる。これ
ら３つの隣り合う差分信号Ｌ４　、Ｌｍ　、Ｌｔは第４
図に示す如くその中央の差分信号り。

が最大で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倫信号のレ
ベルをＶｍ（）Ｖ）とし該画素の両隣りのレベルをＶｍ
−１、Ｖｍ＋、とし、デジタル値Ｖ　ｍ　＋　１がＡ／
Ｄ変換回路から出力されたものとすると、Ｖｍ＞ｖであ
る為、ゲート信号ｉ、が出力され、かつゲート信号ｇｓ
、ｇｔ　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（Ｒ８）に走査アドレ
スｘ　＝　ｍが書込まれる。これら３つの差分信号Ｌ　
ｍ　＋　１　。

Ｌｍ、Ｌｍ−Ｈは、その中央の差分信号Ｌｍが最少で差
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Ｖ　ｍ　＋　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。このようなＬｎ　
　１　）Ｌｎ（Ｌｔｔ＋、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、ｌ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。

従って、ラッチ回路（Ｒ１）及び（Ｒ２）に記憶されて
いる走査アドレスｘ　＝　３及びＸ＝ｍに演算部回路（
ＣＰＵ）で画素ピッチを乗することＫより夫々走査方向
に対して最初のエッヂ位置及び他方のエツジ位置を知る
ことができる。このエツジ位１ｔの検出精度は固体イメ
ージセンサ３０の画素数を多くすることに容易に高める
ことができる。

本実施例では、デジタル値Ｖｎを設定値Ｖと比較して、
ｖｎ＞ｖであることを条件として変曲点情報を取出する
ことによ＃）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Ｖ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。

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。

また、本実施例は、映像信号がディスクリートな場合に
ついて述べたが、連続的な映像信号の場合にも適用しう
ることは明らかである。

以上の如く、本発明によれば、一定時間毎に映像信号を
差分して差分信号列の最初および／または最後のピーク
値を与える差分信号を見い出してその発生位置をエツジ
位置とする構成としたことにより、瞑雑な信号処理を要
せず、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、よシ正確にエツジ位置を検出することができ、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、エツジ位置を確実・正確に検出するこ
とが可能なので、固体イメージセンサを用いて、保全性
にすぐれ、設置場所に対する制約が少く、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）〜（ホ）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倫信
号波形図、第４図は第３図の映像信号の差分信号波形図
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 ３３・・・引算回路　　３４・・・カウンタ（Ｍ、）〜
瞥、）・・・メモリ （Ｃ１）〜（Ｃ４）・・・コンパレータ（Ｇ１）〜（Ｇ
２）・・・ゲート回路 （Ｒ１）〜（Ｒ２）・・・ラッチ回路 ＣＰＵ・・・演算回路 特許出願人 株式会社神戸製鋼所 代理人　弁理士　小　　林　　　傅 的　藺　　　　ｔ （ｌ＼） 時　盲　　　１ （本） 図　　　、。、 Ｂ寺　閣　　　　ｔ （ニ） ８％　闇　　　ｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、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り、−走査サイクルの差分信号
   列の最初または／及び最後のピーク値を与える差分信号
   を検出し、該差分信号の発生タイミングに相当する映像
   信号走査アドレスからエツジ位置を求めることを特徴と
   する光学的エツジ位置検出方法。