JPS60152908A - 物体の形状不整検出装置 - 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】 （技術分野） この発明は二つの映像信号から得られる相関信号を複数
個得てのち、さらにその相関信号の二つから相関信号の
相関信号（復相関信号と言う）を作り、復相関信号を精
査あるいは比較対照することにより、物体の形状の不揃
い、曲シ等の不整を検出する装置に関する。

（従来技術） 動いている物体、たとえば流れ作業工程中にある生産途
上物体が、規格に示された形状を維持しているかどうか
を判定する作業は、従来、人間の判断力に依存するとこ
ろが多かった。この種の作業を省力化し、機械化する努
力も多く試みられ、実用化されているものもあるが、形
状のわずかな違い、たとえば管状物体の軸の曲シ、棒状
物品の軸向きの不揃い（不整列）などをオンラインで検
出できる実用的装置は実現されていないと言ってもよい
。生産工程に使用されるこの種の検出用装置には、（１
）簡易なシステム構成、（２１高速動作、（３）低価格
の３要件が課せられる。しかも、この棟の検出用装置の
基本技術はパターン認識であシ、画像処理であるから、
現在極度に技術の進歩しているディジタル画像処理を用
いると、物体そのものの形状、配列の整、不整を判断し
、検出することは不可能でないようにも思われるが、簡
易システムで、低価格で、オンライン処理に適応でき、
しかも高速性が維持できる装置の実現には課題が多い。

（発明の要旨） この発明は第１に物体の形状もしくは配列の不整を簡単
なシステム構成で検出する装置を実現することを目的と
している。

この発明はそのために１台もしくは複数台のテレビカメ
ラによって、相互に比較すべき２つの映像信号を２組得
、まずそれら２つの映像信号の相関信号（２組）を作り
、次に、作られた２組の相関信号によりその相関信号−
復相関信号と言う−の形態ないしは構造から、物体の形
状もしくは配列の不整を検出するようにしている。

２つの映像信号の相関信号を得るため、あるいは復相関
信号を得るための相関装置として、ディジタル信号処理
をすることも可能ではあるが、特に、音響光学的画像相
関装置を用いると、確実にオンラインで検出装置を動作
させることができる。

この発明は第２の目的である高速動作に適した装置を実
現するものである。

さらに、この発明は、テレビカメラおよび相関器とを用
いる構成を採用するので、システム構成が簡単で、結局
は低価格の装置を実現することを第３の目的としている
。

（動作原理） この発明は後に述べるように、いくつかの実施態様が実
現できるが、まず、発明の理解のために２台のテレビカ
メラを用いて、それぞれから２つの映像信号を得て、そ
れらの映像信号の相関信号を得る場合について、動作原
理を説明する。第１図によって、形状の不整を試験され
る物体は例えば管材１で、その長手方向軸が曲っている
ものとする。２台のテレビカメラは管軸に沿った異なる
２点で入力画像２をとらえる。それぞれ画角（点線矩形
）　２ａ、２ｂを有し管軸に対してほぼ垂直方向に矢印
の走査線３ｍ、３ｂのごとく走査して、映像信号４ａ　
、４ｂを得る。映像信号には水平同期信号ＨＯＲａ　。

ＨＯＲｂがある。管の外径は一様で均一であるのが普通
であるから、通常は第１図に示したような映像信号が得
られる。ただし、被検物体の存在により、背景の黒レベ
ルに対して、信号が白レベルで現れる場合について述べ
てゆく。（逆の場合についても、同様に考えることがで
きることは明らかである。） つぎに、映像信号を用いた相関演算の原理を音響光学的
画像相関装置について説明する。第２図にその構成略図
を示す。この装置は一般に使用されているテレビカメラ
の映像出力信号が電気光学的相関器の入力信号として適
当な繰返し周期と周波数帯域をもつことに着目し、電気
光学的相関器によって各水平走査ごとの映像信号の相関
信号を得、受像器画面上で相関画像を構成するものであ
る。第２図における画像相関装置では、入力画像２を掃
引信号発生器５、テレビカメラ６、同期信号分離回路７
よシ成る撮像装置１００で撮影し、得られた映像信号を
相関器１０１に入力して各水平走査ごとの映像信号の相
関信号を得る。この相関信号を同期信号混合器８、受像
器９より成る受像装置１０２に入力し、前記受像器９の
画面上に前記入力画像２の相関画像を表示させる。

次に映像信号を用いた光学的相関演算の原理を簡単に説
明する。前記相関器１０１は、２個の超音波光変調器と
フーリエ変換光学系を有した、実時間電気光学的相関器
の一種であシ、２個の超音波光変調器に加える電気信号
をｆ、（ｘ）、ｆ２（ｘ）とすれば、相関出力信号Ｃ（
τ）は次式で与えられる。

Ｃ（ｒ）＝　／’Ｆ１（ｘ−ｔ）　Ｆ２（ｘ＋ｒ）　ｄ
ｘ　−−−−−（１１ｄ ただし、Ｆｌ（ｘ）　＝　（ｆｌ（ｘ））　、Ｆ２（Ｘ
）　＝　（ｈ（Ｘ））　であるが、ｆｌ（Ｘ）、ｆ２（
Ｘ）がともに２値信号の場合にはＦｌ（Ｘ）＝ｆｌ（Ｘ
）、Ｆ２（Ｘ）”ｆ２（Ｘ）が成立する。（１）式の積
分区間［−ｄ、ｄ］はフーリエ変換光学系の光束の幅に
よシ決捷る値である。また、光学系内のレンズの作用で
積分演算が、超音波光変調器内での超音波伝搬でｆ　（
ｘ）の移動（遅延）τが自動的に行なわれるため（１）
式の演算を実現することができる。

（１１式を自己相関演算の場合を例にとって説明する。

第３図は前記撮像装置１００による映像信号の撮シ方を
示した図である。前記掃引信号発生器２によシ前記テレ
ビカメラ６を図のように双方向水平走査させ各水平走査
ごとに走査方向が反転している映像信号ｆ（α、１）金
製る。αは水平走査方向座標、ｉは水平走査回数である
。この映像信号ｆ（α、ｉ）は白黒２値の信号である。

ｆ（α、＋）が前記相関器１０１に入力され、相関器内
で行なわれる相関演算の様子を第４図に示す。第４図（
ａ）　（ｂ）は入力された映像信号ｆ（α、１）が相関
器内の超音波光変調器により互いに反対方向にτの速度
で伝搬して行く状態を示しておシ、中央部分２ｄで相関
演算が行なわれる。

２ｄの幅は相関器内の光束の幅であシ、前述した積分区
間に相当する。また、相関器内では映像信号ｆ（α、Ｓ
）とｆ（α、１ｌｌ）との相互相関が行なわれる。

同図（０）は積分区間２ｄにおけるｆ（ａ、ｉ）とｆ（
ａ、　ｔ＋１）との相互相関出力を示している。図でも
明らかなように光学的相関器内ではｆ（α、１）キｆ（
α、１ｌｌ）が成立し、ｆ（α＋１）とｆ（α、１＋１
）との相互相関は次式のようにｆ（α、１）の自己相関
Ｃ（τ）を表わす。

Ｃ（τ、ｉ）　＝　／’　ｆ（α−τ、ｔ）　ｆ（α＋
τ、ｔ）　ａα−一−（２）ｄ ここで重要な点は、積分区間２ｄにおいてず（α、１）
とｆ（α＋ｔ”）との相関演算を行なうためには、少な
くともｆ（α、１）、ｔ（α、１＋１）の信号の前後に
これらの信号の長さの１／２以上の無信号部分（図中斜
線部分）が存在しなくてはならないことである。すなわ
ち、水平同期時間をＴｈとすれば入力画像より得た映像
信号の各水平走査ごとの長さはＴｈ／２以下とし、残り
の部分は無信号区間とする必要がある。

さて、本発明ではこの様な超音波とコヒーレント光との
相関演算を利用した音響光学的画像相関装置を用いてテ
レビカメラで得た二つの映像信号の相関演算を行い、ま
た、二つの映像信号の相関演算で得られた相関信号の二
組で相関演算（復相関演算）を行なうようにしている。

相関演算によって、前記動作原理の説明の通り、その最
大振幅値が出現する位置（を気信号では時刻に相当する
水平同期信号からの紅過時間）の変化を検出し、テレビ
カメラで撮影した物体の中心位置が一致している（たと
えば水平走査の中央位置にある）か否かを判定すること
により、被試験物体（管）の形状不整が判定できた。こ
の発明で使用する復相関演算の結果（復相関信号）は被
試験物体（管）の曲り量を直接検出できる量として出力
するものである。

相互相関演算によれば、積分区間内で相関をとるべき２
つの信号が、同じ方向に、（水平走査方向に）等しい距
離（位置もしくは時間）だけずれていたとしても、出力
値に変化を生じないという特性がある。すなわち、並進
に対する相関出力の不変性、１ｆｔ、は位相情報の消去
と呼ばれる特性である。この発明では、この特性を利用
して、映像信号から特徴の抽出をはかるようにしている
。つまり、この特性を利用することにより、２台のテレ
ビカメラの視野の画面内で、等しい距離だけ水平走査方
向にずれた位置に存在する物体の相互相関出力は、テレ
ビ画面の中央部に現れることになシ、物体がテレビカメ
ラの視野のどの位置に存在しても、その関係は不変であ
る。これに対して、大刃物体が２台のテレビカメラで互
いに異なる視野位置にある場合は、相関出力画像の位置
は、前述の等しい位置に対する相関出力画像位置（画面
中央位置）からずれてくる。このずれの大きさは被検物
体の位置の差に比例した量となる。

たとえば、直径が一様な棒状物体の任意の２点をテレビ
カメラで撮像し、その映像信号を２値化した後、相関演
算を施すと出力は二等辺三角形の形状を示す。等しい矩
形波形の相関は二等辺三角形になる。この場合には、こ
の三角形のピーク位置は電気回路で容易にかつ正確に検
出することがでキル。よって、簡単なシステムで被検物
体の形状もしくは配列の不整、傾きや曲りなどを検出す
ることができる。

（構成） つぎに、この発明を図面により具体的に説明する。第５
図は２台のテレビカメラ６ａ、６ｂを用いて管の曲υ量
を測定対象とした第一の相関信号を得る相関装置の実施
例のブロック図である。図中の記号は第１図ないし第４
図と共通である。テレビカメラは管軸にほぼ垂直の方向
に、平行に走査（３ａ、３ｂ）　シて映像信号４ａ、４
ｂを得ている。相関器１０１から出力される二つの映像
信号の相互相関信号Ｃ（τ）は水平同期信号間の中央か
らでだけ離れた位置にピークをもつ信号として図示しで
ある。これは管軸の曲シによって映像信号４ａが中央か
らずれている信号であることに由来する。なお、この実
施例においては、管１の径が多小異なる（太さにばらつ
きがある）場合でも、映像の中央位置（管軸の位置）で
相互相関信号のピークが得られることになるから、その
ような管であっても、管軸の直、平面（真直か、曲った
ものか）を判定することができるという特長を備えてい
ることが理解できよう。

つぎに第一の相関信号を得る相関装置の第二実施例を第
６図のブロック図によって説明する。この実施例の特徴
は、１台のテレビカメラ６で、時間を違えて二つの映像
信号を得るようにしている。

図中記号は第１図ないし第５図と同じである。第６図の
実施例では相関器１０１に加えられる第一の映像信号４
ａは遅延回路１０４を経ており、タイミングを第二の映
像信号４ｂと合わせて、相関演算が行表われている。こ
の実施例によれば、被試験物体が軸方行に移送されてい
る場合に軸の曲りを検出できるし、軸に垂直方向に幅の
変化がある場合にも適用できる。

第７図は４台のテレビカメラを用いた本発明の一実施例
のブロック図である。４台のテレビカメラ６ａ、６ｂ、
６ｃ、６ｄはそれぞれ画角２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ　ｆ
とらえるが、ある走査線をそれぞれ３ａ、３ｂ、３ｃ、
３ｄとし、それぞれは曲りを測定しようとする物体（管
）１を走査して、映像信号４ａ　、４ｂ　、４ｃ　、４
ｄを得る。第一および第二の映像信号４ａ　、４ｂから
相関器１０１ａによって第一の相関信号Ｃ１（τ）を得
る。また、第三および第四の映像信号４ｃ　、４ｄから
相関器１０１ｂによって第二の相関信号Ｃ２（ｔ）を得
る。第一および第二の相関信号は相関器（復相関器）　
１０１’によって復相関信号を得ている。復相関信号は
ピーク検出装置１０３を経て出力される。

つぎに、相関器（復相関器）　１０１’による復相関に
よって曲りの量のみを検出する様子を第８図によって説
明する。測定しようとする物体（管）の直線部の中心位
置は、画角内の左端より距離φの位置にあるものとする
。φの値は任意である。前記第１の映像信号４ａは管の
曲シのために中心位置のφよりさらに距離ｅだけずれた
波形を示しており、この波形と前記第２の映像信号４ｂ
との相互相関演算を行えば、管の中心位置φの情報は消
去され、ずれのｍｅが相関出力Ｃｔ（τ）のピーク値の
位置によって示される。Ｃ８（τ）によって示されるず
れの量は前記第１の映像信号で見られた量の半分とガリ
、Ｃｔ（τ）の同期パルス間の中心位置より相関出力ピ
ークの出現位置までの距離で示される。

同様にして、前記第３の映像信号４ｃと第４の映像信号
４ｄとの相互相関信号を得れば、同図Ｃ２（τ）の様に
なる。この場合、二つの映像信号間にずれは生じておら
ず、相関出力のピーク価は、同期パルスの中心位置に出
現する。さて、ａｔ（τ）とＣ２（τ）のピーク位置と
、同期パルスによって定められる基準の位置（前例では
同期パルス間の中心位置）との比較によって、前記第１
〜第４の映像信号に含まれている位置情報が検出でき、
前例では、第１と第２の映像信号を得た管の位置に曲シ
あるいは傾きがあり、第３と第４の映像信号を得た場所
は直線的であることが判定できる。しかしガから、相関
出力Ｃ＋（τ）、Ｃ２（τ）の両方に、ピーク位置のず
れが生じた場合、これを管の曲りと判定するか、あるい
は、真直ぐな管が傾むいている状態と判定するかは非常
に困難である。よって、相関出力Ｃ＋（τ）ｌＣ２（τ
）を再度相関演算し、その結果Ｃ（τ）によって、前述
の曲りあるいは傾きの判別を行う。

すなわち、相関出力Ｃｔ（τ）、Ｃ２（τ）の両方に異
なる量のピーク位置ずれが生じた場合には、Ｃ，（τ）
ｌＣ２（τ）の復相関出力Ｃ（τ）にもピーク位置のず
れが生ずるだめ、この量を検知して、管の曲９と判定す
る。一方、ＣＩ（τ）　、Ｃ２（τ）に等しい門のピー
ク位置ずれ（真直な管が傾いているためにＣＩ（τ）　
、Ｃ２（τ）に現われる位置ずれの世は等しくなる）が
生じた場合には、Ｃ，（τ）、Ｃ２（τ）の復相関出力
にはピーク位置のずれは生じない。ゆえに、復相関出力
のピーク位置ずれは、管が曲っている時のみに現れ、こ
れを検出すれば、曲９と傾きとを判別できるわけである
。

第７図の実施例に代えて、次のような変形態様が実現可
能である。

（イ）　４台のテレビカメラに代えて１．３台または２
台で状体イｄ号を得るようにする。（第６図の実施例の
応用） （＋：Ｉ）　３台の相関器を２８もしくは１台で時分割
使用する。

（ハ）前会光学的画像相関器に代えて、ディジタル演算
形相関器を用いる。これには将来、必要な高速ディジタ
ル信号処理技術が、専用ＬＳＩで実用化されるようにな
らなければ実現しにくい。

に）相関信号を得るための二本の平行走査に代えて、走
査は常に同一場所を行なうこととし、走査時間の相違を
利用して、移動する物体の別々場所を走査したのと同じ
効果を生じさせるようにした構成をとること。

（効果） 以上述べたように、本発明の物体の形状不整検出装置は
、テレビカメラを用いて二つ以上の映像信号を得て、そ
れらの映像信号の二つから相関信号を得るようにし、そ
の相関信号の二つから、復とくに、相関演算を実施する
だめの装置として音響光学的画像相関装置を利用すると
、相関演算をオンラインで実行できるので、現業生産工
程で生産物の良否判定、を即時実施でき、工程のフィー
ドバック用センサとして本発明の装置を採用可能とした
。

実施の態様は応用方法に合わせて、いろいろな変形が可
能であるから、本発明の産業上の利用可能性は太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するだめの図面、第２図は
本発明の構成要件である相関器の一実施例の構成図、第
３図および第４図は第２図の相関器の動作を説明するた
めの図面、第５図および第６図は本発明の必須構成要件
である相関信号を得る相関装置のそれぞれ異なる実施例
の構成図、第７図は本発明の必須構成要件である復相関
信号を得る相関装置の一実施例の構成図、第８図は第７
図の実施例の装置の動作説明図である。 図中、１：被試験物体、３：テレビカメラの走査線、４
：映像信号、１００：撮像装置、１０１：相関装置、１
０２：受像装置、Ｃ（τ）：相関信号。 出願人　安立電気株式会社 代理人　弁理士　小池龍太部 猜１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋ｌ）　走査方向に対して有限長の幅を有する物体を走
   査して得た第一の映像信号と、前記有限長と等しいか近
   似した幅を有する同一物体の異なる位置を前記走査方向
   と平行に走査して得た第二の映像信号との相関を表わす
   第一の相関信号を得る相関装置と； 前記同一物体を走査して得た第三の映像信号と。 前記有限長と等しいか近似した幅を有する同一物体の前
   掲例れとも異なる位置を前記走査方向と平行に走査して
   得た第四の映像信号との相関を弄わす第二の相関信号を
   得る相関装置と； 該第−および第二の相関信号との相関を表わす復相関信
   号を得る相関装置と；　・ 該復相関信号の同期信号位置から最大値位置までの間隔
   の変化によって、前記物体の前記走査方向と垂直な方向
   の軸からの不整を検出判定する判定手段とを備えた物体
   の形状不整検出装置。 （２）前記第二の映像信号と前記第三の映像信号が同一
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の物
   体の形状不整検出装置。 （３）前記第一の相関信号を得る相関装置と、前記第二
   の相関信号を得る相関装置と、前記復相関信号を得る相
   関装置とが同一の相関装置であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の物体の形状不整検
   出装置。 （４）前記第一の相関信号を得る相関装置と、前記第二
   の相関信号を得る相関装置と、前記復相関信号を得る相
   関装置とのうち、何れか二つの相関装置が同一の相関装
   置であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の物体の形状不整検出装置。 （５）　前記第一、第二、もしくは復相関信号を得る相
   関装置が音響光学的画像相関装置であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の物体の形状
   不整検出装置。