JPS606806A - 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ｖｔ度及び保全性等を高める為に、
板巾な非接触で測定−することができる光学的巾計が用
いらｉするようになってきた。光学的巾計にシエ、（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中値を得る透過光方式、（
１１）被測定材の表面を光ω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（＋ｉ＋）
　破ｍ１１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
元方式では、鋼材を搬送するロー之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璧がある上、
これらの光源には落下するスケール等に対する保設や防
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、反射光力式の場合には、元エネル
ギニ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元方式の場合ては光源を
必要としないので、保全前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、現在では透過元方式の光学的巾計が多用され
ている。

次に、放射元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［１］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って表面温
度分布に対応した波形を描く。自然冷却さ才しる赤ζい
物体は角隈部が他部に比して早く冷却さＪ′Ｌるので映
像信号は上記急峻対立上り後はゆろべ〕かに上列して一
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Ｉ／ペルと比較して白（Ｈ）レベルと黒（Ｌ）レ
ベルに２　（ｆｉ　化Ｌ、ｋ■レベルの期間を例えばク
ロックパルスを計数して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、高域周波数がカットさｒしる上、感度波長が
放射光物体の発光波長にくらべて短波長側圧あると温度
変化に対−１−る変化割合が太きくなるので、実際には
第１図（ａ）に示したような急峻プよ立上りの映像１を
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、しきい値レベルの一足が非常に難しい上
、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Ｉこもりになる為、しきい値レベルが固
定されている場合には、Ｈレベルと１．Ｃる時点が△１
．＋△ｔ２だけ相違する結果となる。これには映像信号
の波高て対応してしきい値を自動的て変化させたり（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像・１δ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
、被測に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、
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ｌ／ペルを＾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１−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１こ場合には、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
な測定精度が得ら扛なかった。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、上記した従来の問題点に鑑みてたさ几たもの
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を
順次差分して差分信号を作り、−走査サイクルにおける
核差分信号列の最大値まｆ二は／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ト
１／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
立下がり点を算出し、こ■らをエツジ位置とする構成と
することによって、被測定物の明度や輝度に左右される
ことなく、簡単Ｗｃ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１−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：９００〜４．５００向、温度７００〜１．０（１０
℃）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個の画素の光礪面がピッチｄでＪ
判知並び該光屯面にレンズ２通り、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
設置さイ］１、該結ＩＩ！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（ま−走査サイク
ルに第３図に示すごとき映像信号Ｆ　（ｘｉが取り出さ
ｒＬろ。

この映像信号Ｆ　（ｘ）　’ｔ’！、図７トｌ−ないタ
イミング回路が発生するタイミングパルスｃＫ毎ＶＬ１
画素分づつサンプルホールド回路３１に取り込まれ、続
いてＡＤ変換回路３２に送り込まれ、その太きさもしく
は高さＶｎ（ｎ二画素アドレス、ｌ、２パ・・　・・・
＞ＩＣ対応するデジ　ｍ タル値（信号）（説明の便宜上、Ｖｎとてる）に変換さ
れて順次送出されろ。３３は引算回路であってデジタル
値Ｖｍとこ２ｔＶｃ対して１画素分だけ遅延されたメモ
ＩＪ　Ｍ　Ｏの出力Ｖｎ＋−１を減算して差分信号Ｌｍ
＝Ｖｍ−Ｖｒｎ−。

を送出する。この差分信号ＴＪ　ｍはメモＩＪ　Ｍ　１
に送られ、タイミングパルスＣＫの発生毎にメモリＭｌ
から次段のメモリＭ２に入力される。メモリＭｌの内容
はコンノやレータＣ１とセレクタＳＥｌに入力されろ。

コンノやレータＣ１はメモリＭｌからの入力とメモリＭ
３かもの入力を比較（−て前者が犬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ＳＥｌに入
力され小。セレクタＳＥＩは上記選択指令を受けるとメ
モリＭｌの内容なメモ１１　Ｍ　３に一瞥き込む。上記
選択指令ＳＸが無い場合、メモリＭ３の出力が選択さ２
ｔ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はダート回路Ｇｌに入力される
。該ダート回路Ｇｌは上記コンパレータＣ１の出力とタ
イミングパルスＣＫを共に受けるとラッチ指令ＴＸをラ
ッチ回路Ｒ１，Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７冗送出する。ラッチ回
路Ｒ１，Ｒ３、Ｒ５はそれぞれ差分信号Ｌｍ−１−＋、
Ｌ　ｍ　、　Ｌ　ｍ−＋を取り込んで記憶する。ランチ
回路層・１はタイミングパルスＣＫを計数するカウンタ
３４の計数値（走査アト１／　ス）　ｘ　＝　ｍ　’ｔ
＜　１１！Ｊり込んで記１意４−ろ。メモりＭｌの出力
は、又、コンパレータＣ２及びセレクタＳ　Ｅ　２にも
入力さｒしる。コンツク１ノータＣ２はコンパレータＣ
１とは逆にメモりＭｌの出力がメモＩＪ　Ｍ　４の出力
の内容より小である場合に出力ｆる。この出力は選択指
令ＳＹとしてセレクタＳＥ２に供給さ几ろ１．セレクタ
ＳＥ２は選択指令ＳＹを受けろとメモリＭｌの出力をメ
モリＭ４ｖｃ簀き込む。−１−１把選択指令が無い場合
はメモＩＪ　Ｍ　４の出力が選択され、メモリＭ４の内
容は変化し１工い。又、コンパレータＣ２からの選択指
令Ｓ　Ｙ　ＦＪ、ケゝ−ト回路Ｇ２に入力さｒしろ。ダ
ート回路（ン２は上記出力ＳＹとタイミングパルスＣＫ
を共に受けろとラッチ指令ＴＹをラッチ回路Ｒ２゜Ｒ４
、Ｒ６及びＲ８に送出する。ランチｊｉｊｌ路Ｒ２、Ｒ
４、Ｒ６はそ几ぞれ差分１言号Ｌ　＋ｎ４−　＋　。

Ｌ　ｍ　１Ｌ　ｍ　−＋が記憶し、ラッチ回路Ｒ８には
ケ゛−１・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３Ｒ
１〜３Ｒ８にそれぞれ移され、マイクロコンピュータＣ
ＰＵからのアドレス信号Ｃ８により順次、該マイクロコ
ンピュータＣＰＵに読出される。３５はバッファ、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Ｔ、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
に移動するに伴っ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、走査点が他方のエッソ
部を移動才ろ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）冗達（−た時に最大のレベル降下を呈ｆ
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ＫＩＬつた時点で、コンパレータＣ
１から］８択指令Ｓ　Ｘ　カ出され、メモリΔり３に値
Ｌｍが１尼憶さ几る。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が出さオｔ、メモＩＪ　Ｍ　３の内容が更新さハる
と同時にラッチ回路Ｒｔ、Ｒ３、Ｒ５及びＲ７にそれぞ
れ記憶さ１する差分信号Ｌ　ｒｒ＋＋＋、Ｌｍ、Ｌｍ−
＋及びｍの値も更新さ！１．ろ。

即ち、走査点が時刻ｔ＝ＴＯ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互違したものと仮定
すると、差分信号Ｌ　２＝Ｖ　２−Ｖ　ｌ　＞０　トｆ
ｘル（ｎテ、選択指令ＳＸが発生し、該差分信号Ｌ２の
値はメモリＭ３に記憶されろ。走査点が１画素分だけ移
動した時刻ＴＩ（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−Ｖｌ＝Ｌ２となり、メモリＭ３にはＲ３が
書き込まれると同時にランチ回路ＲＩＳ　Ｒ３、Ｒ５は
ラッチ指令Ｔｘを受けてＲ４、Ｒ３、Ｒ２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−Ｖ　３（Ｖ３−Ｖ２＝Ｌ３どなるので、コンパ
レータＣ１からの選択指令ＳＹは無く、メモＩＪ　Ｍ　
３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■３が走査さ′ｎた時点の差分信
号が正の最大値になり、以後は、Ｒ４、Ｒ３、Ｒ２及び
その時点の走査アドレスがラッチ回路Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５
及びＲ７冗記憶されたままとなる。

まムニ、走査開始後、まず、差分信号Ｌｍ−＝Ｖｍ−Ｖ
ｍ−＋が負の値てなった時点でコンパレータＣ２かも選
択指令ＳＹが出力さｎ、メモリＭ　４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、その絶対値が犬）差分信号が発生する
毎に選択指令ＳＹが出さオｔ、メモｌＪＭ４の内容が更
新されろ。また、同時に、ラッチ回路Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６
及びＲ８に記憶される、［、ｍ＋＋、Ｌｍ、Ｌｍ−＋及
びＩＴＩの値も更新さ几る。

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　）　ＶＣ達し、映像信号
Ｆ　（ｘ）の立ち下がり点にくると、差分信号１ｍ＝Ｖ
ｍ−Ｖｍ−＋（（ｌが最小になるので、その時点のＬ　
ｍ−１−＋、Ｌｍ、Ｌｍ−＋及びｍの１直がラッチ回路
Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６及びＲ８に記憶され、以後（工この時
の直より小となる差分信号が発生しないので、こオｔら
の値がランチ回路Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６及びＲ８に記憶され
たままとなるっ 真のエツジ位置は、差分信号列の最大値を与える画素の
画素ピッチ内または／及び最小値を与える画素の画素ピ
ッチ内にあるので、Ｊ−ツノ位置に対応する上記画素ピ
ッチ内の点を等１ｉｉ１ｉ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める。即ち、本実施
例では、差分４ｎ号の最大値または／及び最小１ｉＩ　
Ｉ、　ｍとその走査アドレスのアドレス値ｍ及びその両
晩の走査アドレスの差分信号の値しｍ（−＋、Ｌ　ｍ−
＋をエツジ位置情報とし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【２て検出する２、 但し、ｘ　ｐ　：　等１１Ｉａ最大立上がり点もしくは
等価最大立Ｆがり点 次π、上記演算式について説明する。

＋７Ｊ　５　Ｋ示すように、（、ｌ　＋　Ｌ　ｍ　＋　
）、（（１、Ｌ　ｍ　）、（１，ｂｍ＋＋）の３点を）
由る放′ｌ＝ｍ　ｙ　＝　ａｘ”　＋ｂｘ＋ｃ　を考え
、この放物線のピーク位置をもって、真のエツジ位置と
１７、）。この３点を通ることより Ｌ　ｍ’＋　＝　ａ　−−ｂ　＋　ｃ　（１１１、ｍ　
＝ｃ　（２１ Ｌ　ｍ＋＋　＝　ａ　イ　ｂ　十ｃ　（３）（］）、（
２）、（３）を解いて、 ａ　＝　−−Ｌ＋ｎ　（４１ ゛　２ ｃ　＝　Ｌｍ　（６〕 したがって、この放物線のピークを与えろ。

座標シま、 ｂ　Ｌｍ＋＋　−Ｌｍ−＋ ２ａ　ン（２Ｌｍ−（Ｌｍ＋＋　＋Ｌｍ−＋　））とな
る。１ＩＩＩ＋索のピッチをｄとし、走査開始７ドＬ／
スを０、差分ど−クが発生イるアドレスをｍとすると、
具のピーク位置は、 となる。

等価最大立上がり点または／及び等価最大立下がり点を
める別の実施例を示−ｆ、本実施例でも、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値ｍ及
びその両隣の走査アドレスの差分信号の値Ｌｍ＋＋、Ｌ
　ｍ−＋をエツジ位置情報としてマイクロコンビ）ザに
送り、演算処理を行わせエツジ位置を検出する。ここで
は、演ｑ６式として下記の式を用いる。

・・・・・・（１） 但し、 ／＝＝Ｌｍ−ｈ＋Ｌｍ＋Ｌｍ−＋ −Ｌｍ＋＋　Ｌ　ｒｎ　−Ｌｍ　Ｌｍ　−１−Ｌｍ−Ｉ
　Ｌｍ＋＋ＸＰ：等価最大立上がり点もしくは等価最大
立トかり点 仄に、上記演算式について説明する。

第１図（ａ）にポ１−ような連続的な映像信号をｆ（χ
）とし２、その微分波形が、 ｆ　（ｘ）＝　ｂ　−ａ　ｌ　Ｘ　−Ｘ　Ｐ　ｌ　−−
・１２フ但し、 ａ、ｌ）：定数 で表わさ才り、牙１こ、第３図に７ノ（Ａよ５な１隨間
的に不連続な実際の映像’ｌｉｄ　＠Ｆ　（ｘｌの差分
式１〕゛、但し、 ｄ　（ｉ　−＋　）（ｘ（ｄ　１ ｄ９画系ピッチ で表わされるものとして、第６図に小−４ｆ′（幻の最
大１吐と■索の中心点との距離τン求めろ。

上記最大値を含む側糸のＦ’′（ｘｉの値をＪＪ　ｍ、
七の前後の画素のＦ’（ｘｉの値をＬ　ｍ＋　＋、Ｌｍ
−＋と＝ｂ−ａ（ｄ＋τフ　・・・・・・（！〕）ｄ　
τ２ ＝　＋３　−　ａ　ｉ　−−１−ノ　………　（（すｄ ＝ｂ−ａ（ｄ−ｒ）　・・・・・・・・・（７）式（５
）、（６）、（７）かりａ、ｂ′？：消去−１−ると、
この（８）式を屏いて１朴りオしのτの１直がｉ１■ム
己ＡＰＶＣ４（Ｊ当−４ゐ。１旦し、τばｄ／２と−ｄ
／２の間にあ／；）　０＝　−（：１Ｘ　Ｐば（１）式
と７エな。

以上の如く、本発明によれば、撮渾信号ンある間隔で短
資して差分信号列を作り、七の内の最大差分１ぎ１値と
七〇短資アドレスの値、該走置アドレスのＮ−の走置ア
ドレスの赤分伯号領をエッソ位１伏耐報として取り出し
て、この僅かな′［Ｎ報から被測短材のエツジ位置に対
応′１−局等価最大立上がり点及び等＋１Ｉｌｉ厳太立
Ｆがり点を演算によりめる構成とし７こことπよって、
被測定物と他部との境界がぼやけてい本場合にも削記し
きい値比較を行う方法の場合に比して、より確実に、よ
り（ヒ確！／Ｃ。

しかも、偵雑な信号処理−ど閥せ１゛、演算処理装置と
して小谷−１，ｉ＆〕もσ）を用いろことができるθ〕
で、ｒｉｒ；　Ｊ幻へ費用をかけろこと７エくエノソ位
１煮を恢出イろことかでさろ。

また、固体イメーヅセンサ？用いるの゛Ｃ１保全１主に
すり゛オシ、撮像装置の設置６場Ｉフ１に対する制約が
少ｌｆ＜、取り扱いか′６易で、ランニングコストが安
くて済みσ）で、悪環３３１　′１こも強い元学的巾計
ン夫用化−４−にとか−ひきろ。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜＜ｅ＋はν１三来α）元竿Ｈ′ノエソノ
１１＞Ｚ置恢出方法の問題点を説明１−る為の吠１イＺ
情）ｉ′波形図、第２図は不発明によゐ光学旧エソノ位
りゴ俣出方法の実施ゼ１」σ）回路ブロック図、第：３
図は上記芙施列の動作を説明する為０〕吠像（ｇ−号波
形図、第４図は第３図の映像信号の差分１ｇ号波形図、
第５図及び第６図は上記実施例におけろ演算式を説明す
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、 ３３・・・引其回銘、 ３４・・・カウンタ、 Ｍ　ｌ　−Ｍ　４・・・メモリ、 Ｃ１，Ｃ２・・・コンノぐレータ、Ｇ Ｇｌ、Ｇ２　・・ケゝ−ト回路、 Ｒ１へＲ８・・・ランチ回路、 ３　Ｒｌ〜３　Ｒ８・・・３スデ一トラツチ回路。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所 代　埋　人　ヅＰ埋士　小　林　イ卑 （Ｃ） 時Ｍ　ｔ （ｅ） 時　間　１ （ｄ） 口角−Ｉｖｌ　ｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１ン　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、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
   隣る走査点の値を順次差分して差分信号を作り、−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核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
   及び等価最大立下がり点を算出し、これらをエツジ位置
   とすることを特徴とするエツジ位置検出方法。