JPS62503121A - 物体の表面の少なくとも一部分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る方法及び装置 - 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】 本発明は、（鋼棒、鉄道用車輪、及びセラミック類、プラスチック製又は木製の ターゲットのような）物体の横断面形状又は輪郭に関する情報を提供する又はそ れらの物体の断面積寸法を測定する方法及び装置に関する。

本発明は、本出願人による先行するオーストラリア特許出願第８７６３８／８２ 号、ヨーロッパ特許出願第８２９０２３４４．９号、日本特許出願第５０２４３ ８／８２号、カナダ特許出願第４０９，５２５号、及びアメリカ合衆国特許出願 第４７６．８６９号に記載されている発明の改良に関する。これらの特許出願の 主題は、参考文献として本明細書に収録されている。

技術の背景 本出願人の先行出願においては、圧延押出し又はその他の成形工程のいずれかに よる連続的又は半連続的材料の製造に、たとえば圧延機内の鋼棒の製造において は、その工程の少くとも仕上げの終りにその製品の断面形状及び寸法に関するデ ータを得ることが通常望ましいことを、説明した。本出願人の先行出願に開示さ れている発明は、良好な結果を生じた。しかしながら、本発明の目的は、得られ たデータの正確性を向上することにある。

したがって本発明の目的は、観察幾何学に帰因するひずみを除き、またそれゆえ 測定装置の幾何学の厳重な制御を必要又はこれに依存することなく要求される情 報をより正確に判定することを可能とするような、物体の断面形状又は輪郭に関 する情報を得る方法と装置を提供することにある。しかしながら、いったん特定 の幾何学が選定されると、この幾何学は較正及び測定段階を通して固定されるも のとする。

本明細書において、物体の断面形状又は輪郭に関する情報という用語は物体の寸 法、物体の形状及び相対的位置に関する情報も含む意味に解釈するものとする。

また、本明細書において、光という用語は可視光はもとより非可視光あるいは電 磁波スペクトルをも含む意味に解釈するものとする。さらにまた、本発明におい て、鋼棒又は金属棒という用語は溝材、山形材、レール等のような圧延又は押出 形材を含む意味に解釈するものとする。本発明において、測定（又は目的）面と いう用語は、輪郭測定の対象となる面であってかつ照明光源によってハイライト をかけられた面を指すと解釈するものとする。

本発明は、物体の表面の少くとも部分の断面形状又は輪郭に関する情報を与える 方法に在ると云ってよく、この方法は、既知の基準器を得る段階を含み、前記既 知の基準器は測定面に実質的に垂直な少くとも四つの実質的に平坦な面を含み、 これらの面と測定面との交さによって形成される四つの線がこれらの線の交点に おいて少くとも三つの非共通直線基準位置を規定する、この方法は、また、前記 基準器を検出する段階、物体の断面形状又は輪郭に関する予備情報を得るために 前記物体からの反射光を生じるよう前記物体を照明する段階、及びこの物体の表 面の少くとも部分の断面形状又は輪郭のより良好な表示を得るために前記既知の 基準器からの前記検出された基準器の変動に従って前記予備情報を変換しこれに よって前記情報又はこの情報から情報を得ることができるようにする段階を含む 。

本発明は、また、物体の表面の少くとも部分の断面形状又は輪郭に関する情報を 得る装置を提供するものであって、この装置は、前記物体に向けて光を投射する 照明装置、既知の基準器からの光を検出する感応装置を含み、既知の基準器は測 定面に実質的に垂直な少くとも四つの実質的に平坦な面を含み、これらの面と測 定面との交さによって形成される線がそれらの線の交さによって少くとも三つの 非共通直線位置を規定する、また感応装置が前記物体からの光を検出して前記物 体と前記基準器に関する予備情報を与え、さらに本発明の測定装置は、この物体 の表面の少くとも部分の断面形又は輪郭のより良好な表示を得るために既知の基 準器からの前記検出された基準器の変動に従って予備情報を変換しこれによって 前記情報を得る又はこの情報から情報を得ることができるようにする変換装置を 含む。

感応装置の観測幾何学によって起こされるひずみが基準器をひずませるであろう 、したがって、検出された基準器と既知の基準器との間の変動に従って物体に関 する予備情報の変換がこのひずみを補償し、それゆえ物体の横断面形又は輪郭に 関するより正確な情報が得られる。

上述の特徴を持つ既知の基準器を具備することによって三つの基準点がより容易 にかつより正確に決定することを可能にする、そしてこれは、照明装置によって 照明される離散的基準点を形成することによるよりも検出装置がより正確に一本 の線を位置決めすることができこれによって二本の線の交さ点において基準点を より正確に形成することができるからである。したがって、基準位置がより正確 に決定されるので、物体の断面形状又は輪郭に関するより正確な情報がめられる 。

本発明の好適実施例においては、既知の基準器は十字形断面を持つ棒を含み、そ の第１、第３、第２及び第４面は、十字の一つの腕の端面、十字のこの腕の側面 、十字のこれの隣の腕の側面及び十字の同じ隣の腕の端面によって規定される。

さらに他の局面において、本発明は、物体の表面の少くとも部分の断面形状又は 輪郭に関する情報を与える方法にあるといってよく、この方法は、既知の基準器 を用意する段階、前記既知の基準器からの少くとも三つの基準位置を形成するた めに前記既知の基準器を検出する段階を含み、これらの基準位置は、誘導される 第四の基準位置と共に、平行四辺形を規定しこの平行四辺形の形を較正パラメー タを決定するのに使用することができる、また、この方法は、実質的に正確な第 １、第２、第３及び第４基準位置を決定できるように前記較正パラメータを反復 決定する段階：この物体の断面形状又は輪郭に関する予備情報を得るために前記 物体からの反射光を生じるように前記物体を照明する段階：及びこの物体の表面 の少くとも部分の真の断面形状又は輪郭のより良好な表示を得るために前記既知 の基準器上の前記基準位置からの実質的に正確な基準位置の位置変動に従って前 記予備情報を変換しこれによって前記情報を得る又はこれから情報を得ることが できるようにする段階を含む。

本発明は、また、物体の表面の少くとも部分の断面形状又は輪郭に関する情報を 得る装置に在るといってよく、この装置は、前記物体に向けて光を投射する照明 装置、既知の基準器からの光を検出する感応装置を含み、この基準器から少くと も三つの基準位置が正確に決定されこれらは決定される導出筒４の基準位置と共 に平行四辺形を規定しこの平行四辺形は較正パラメータを決定するのに使用する ことができ、さらに本発明の装置はこの較正パラメータを反復決定する処理装置 を含み、また前記感応装置は前記物体からの光に感応して前記物体に関する予備 情報を出力し、また前記処理装置は既知の基準器上の基準位置からの実質的に正 確な基準位置の位置変動に応じて予備情報を変換してその結果この物体の少くと も部分の断面形状又は輪郭のより良好な表示を得これによつて前記情報を得又は これから情報を得ることができるようにする。

較正パラメータしたがって基準位置の正確な位置を決定するための反復技術は、 基準位置の正確な位置を速やかに決定可能とし、これによって物体の正確な測定 を得ることができる速度を向上する。このことが、もちろん、この発明の方法と 装置の効率を向上する。

好ましくは、この物体からの照明光はストロボにかけられる結果、この物体の断 面形状又は輪郭に関する予備情報を得るとき、物体は実質的に静止して見える。

照明光をストロボにかけることは、予備情報の獲得の困難性を増大し勝ちな製造 工程中の物体の振動のあらゆる問題を克服するゆえに、好ましい。ストロボにか けると、物体の凍結像が得られ、したがって、予備情報が検出されたときに物体 は実質的に静止して見え、これによって振動に関連する問題を克服する。

既知の基準器は、物体が照明装置によって検出されると同時に検出されてもよく 又は既知の基準器が初期の段階において検出されかつ物体が続く段階で検出され てもよい。好適には、照明光は、照明装置をストロボ制御することによってスト ロボにかけられる。しかしながら、代替実施例においては、検出装置が物体から の像を受け、次いで物体からの像をさえぎられるように逐次性わせることにより 検出装置がストロボにかけられる。

本発明の好適実施例は、付図を参照して説明される、これらの付図において、 第１図は、本発明によって実施することができるスリット照明技術の概略線図、 第２図は、本発明の好適実施例において使用される照明装置の幾何学線図、 第３図は、十字形断面を有する棒の形をした本発明の好適基準器、 第４Ａ図及び第４８図は、いかに較正パラメータを得ることができるかを示す本 発明の装置の幾何学線図、第５Ａ図及び第５Ｂ図は、本発明の装置の構成ブロッ ク図、 第６Ａ図及び第６Ｂ図は、処理の簡単なフローチャート、 第７図は、像輪郭の抽出図、及び 第８図は、典型的な棒の像と輪郭を示す図、付図を参照すると、スリット光源１ ０（好適には直線管形キセノン閃光ランプ）は規準された上で扁平な光束で以て 鋼棒１２を照明しているところが示されている。

その光は鋼棒から拡散反射されかつカメラ１４によって受光され、このカメラは 像処理装置１６と映像スクリーンなどのような図形出力装置４０に接続されてい る。第２図は、鋼棒１２に関する光８！１０の好適幾何学を示す。

四台のカメラ（図には示されていない）が配置されて鋼棒１２の完全な像を作出 する。これらのカメラは、光源１００近くにＩｉ！置されるか又は光源１０間の 空間に単に配置される。鋼棒１２の横断面の完全な像をカメラ１４によって得る ことができる限り、これらのカメラの特定の幾何学は本質的な問題ではない。

本発明の好適実施例において使用されるＭ準器が第３図に示されている。基準器 が回転台等の上に配置され、この回転台等の上を鋼棒が走行することによってカ メラ１４を較正しかつデータを得られるようにし、このデータはカメラの観察幾 何学に原因する透視ひずみを補償するための変換の実行に使用される。基準器５ ０は、十字形横断面を持つ鋼棒を含む。この基準器鋼棒は、任意の長さのもので かまわないが、便利上、好適には長さ約３００である。基準器５０１４棒は、そ の断面形状から見て、十字の一つの腕の端によって規定される第１面５２、十字 の同腕の片側によって規定される第２面５４、十字のその隣の腕の片側によって 規定される第３面５６、十字の同じ隣の腕の端によって規定される第４面５８を 含む。

したがって、基準器５０鋼棒が、四つの光源１４によって照明されるとき、線２ ０．２２．２４．２６が鋼棒５０１４棒上に作出される。もちろん、これらの線 は鋼棒の他の腕の各々上にも同様に作出される。しかしながら、線２２から２６ の全部の線を観視できるカメラを較正しかつ必要な変換を実行するに必要な情報 を抽出するには、線２２から２６までで充分である。第３図に示すように平坦な 第１面５２と第３面５６とは互いに平行でかつ互いに隔てられておりまた同じく 第３図に示すように平坦な第２面５４と第４図５８とは互いに隔てられかつ互い に平行である。平面５４と５８は平面５２と５６に垂直であることは、明らかで ある。したがって、線２２と２８は、幾何学的には同等である。線２２と２４． ２４と２６、及′Ｃｊ２６と２８の交さにより基準点３０．３２．３４が作られ る。

カメラ１４の較正は、次のようにして実施される。

カメラの像を特定の面へ変換するために、そのカメラの基準面上のある点に関す る位置と方向を知らなければならない。レンズの焦点距離が既知であるならば、 パン、あおり及び旋回角が倍率を共にカメラの位置を規定する。

これらの角は、第４図に示されている。

この測定装置において各カメラは基準器の１部の透視ひずみ視野を有するので、 各カメラは目的面及びフレーム中心線に対するその位置を決定する。

線２２〜２８のカメラの撮像に四つの線を合せかつこれらの線の交さ点に較正点 ３０，３２．３４を置くことによって、較正点がきわめて高正確度で決定される 。

これら三つの較正点から、第４の点３６が誘導されこれらの点で平行四辺形を規 定し、その形を較正パラメータを決定するのに使用することができる。

パン（θ）、あおり（φ）、旋回角（β）、倍率（ＴｒＬ）、及ヒフレーム中心 線座標（ＯＸ　Ｌ　ＯＹ　１．）　ノ初期評価値は、下のように誤差関数と安全 収束係数を使用して全て反復変調され、最終的に変換誤差の全てが許容水準以下 に落着くまで続けられる。

ｅ−ｇ・θ　＝θ。−１＋ε×Ｆθ。−１ここにεは安全しかし最初の収束係数 、Ｆθは平行四辺形表示を利用する誤差関数であってその第一次成分はθのみに 依存する。

較正基準点及び誤差関数は、次のとおり。

点０，１．２は測定される。

点３は平行四辺形を完成するために誘導される。

点４はフレーム中心線の見積値として誘導される。

（ｘｉ、ｙｉ）は、点ｉの像座標 ＦＭ＝　（Ｖ＋Ｈ）／　（Ｖ＋Ｈの既知無ひずみ寸法）−１Ｆθ−（ａ＋ｃ）／ 　（ｂ＋ｄ）−１ Ｆφ−１−Ｖ／Ｈ Ｆβ−（ｘ３−ｘ　ｉ＋ｙｏ−ｙ２）／　（Ｖ＋Ｈ）ＦＯＸＩ＝ＭＸ（ｘｉ−（ Ｘ３−ｘｌ）／２）ＦＯＹ　Ｉ−ＭＸ　（Ｖ　ｉ　−（Ｖ３−ｙｌ　）／２）第 ５図に示されている完全な測定装置は、６台の超小形電子計算機の処理能力を使 って棒の輪郭を再現する。

これを達成するために、カメラによって作出された四つの２進像が空間的にディ ジタル化され、このデータが電子計算機に送られ、ここで必要な変換が行われる 結果、棒の輪郭を再生する。

第６図は、棒輪郭再生しがっ同棒の寸法と形状の決定を実行する処理の簡単化流 れ図である。

棒輪郭測定は、本来、二つのタスクに分割され、これは像データの発生・捕そく 、及びこれに続くそのデータの処理であることは、明らかである。測定装置全体 を通しての正確さは、これらのデータの処理とこの処理を制御するパラメータの 交互作用によって決定されるが、この点を解析する目的のために、いくつかの明 確な相互作用を取扱うにしても、これらを大きく分けて取扱うのが便利である。

カメラ１４によって作出される像は、そのカメラの視野、像の幾何学、及び物標 の照明によって決定される。

そこで、映像信号が比較器を使って２進像に変換され、これが空間的にディジタ ル化される。次いで抽出される情報は、映像比較器しきい値設定、カメラ走査幾 何学、電荷結合素子（ＣＯＤ）センサの動作に不可欠のサンプリング処理、及び 映像信号の位置ディジタル化の関数である。

四台のカメラの像から得られた情報は処理されて像面整列、透視に起因するひず み作用の修正に供せられる。

これらの像からの棒の横断面輪郭の抽出は、位置情報の量子化性格に基づく誤差 を帯びている。棒輪郭の像が数個の点の上を延びる事実の結果として、このデー タからの一つの線又は点の特性化は、延びた又は密集した像特徴から決定される その線又は点の位置の決定に使用されるアルゴリズムに依存する（第７図）。

真の棒輪郭の評価は、近似的カメラ−ターゲット幾何学の先行知識を使用し、先 に使用された簡単な輪郭抽出図形に対してさらに正確度を向上する像解析によっ て、光源線のピーク位置（対称的）を抽出するアルゴリズムを使って達成される 。物体面輪郭を再生する数学的抽出変換の使用も、さらに最初の原形を改善する 。これらの変換は、カメラの像を正確に測定面に投射し、このようにして透視と カメラの整列による影響を除き、その結果、棒の横断面の正確な画像を与える。

照明枠（図には示されていない）は、軟鉄から作られ、半径方向の腕白にある四 つの光源１０を納めている。これらの光１１０は、電子計算機命令の下にストロ ボ制御され、かつ空気洗浄されるスリットによって、規準される。光源１０とス リットは、それらの光束が共面をとるように整列させられなければならない。こ の測定装置は、各光源保持器内に機械的調節装置を具備されている。光源のスト ロボ制御は、棒１２の「凍結」又は静止像を作り、この像は棒の輪郭の決定を容 易にさせる。

カメラ枠（図には示されていない）は、四台のカメラ１４の載持装置を具備する 。各カメラ１４は水冷却台板上に戴持せられ、台板は調節可能な戴持具を介して 枠に取付けられ、カメラ１４の整列を容易にする。

カメラ動作は前端電子装置（ＦＥＥ）によって制御され、この装置は、各カメラ に、映像データ読出し用水晶発振器鎖錠クロック信号を送ると共にこの主クロツ ク信号から導出される水平及び垂直同期信号で線及びフレームタイミングをそれ ぞれ制御する。カメラからの映像信号は、同期論理回路によって「窓」にかけら れることによって、共通像フレームを区画する。各カメラからの映像信号は比較 回路に送られ、ここで、２進（２レベル）映像信号に変換される。個々のしきい 値調節は、各回線ごとに行われてカメラの動作特性上の差を調整する。また、２ 進及びアナログ映像両方を表示する装置が配設されている。同期クロック信号及 び四つの２進映像信号がＥＥＥから光フアイバ連係線を経由して処理電子計算機 に送られる。

高速応答時間を持つ二つの色彩高温計が使用されこれによって棒表面温度を測定 しまた棒雑音が照明枠に現れる時刻を測定する。高温計頭部は、空気洗浄及び水 冷却機構を有しかつ外装ケーブルによってＥＥＥ筐体内の表示装置に接続される 。表示装置の出力は、アナログ電圧からディジタル周波数に変換され、光フアイ バ連係線を通して処理装置へ伝送される。

前位スタンド回転計の出力は、電圧から周波数に変換され、光学的に隔離されて 、処理装置に送られる。

主クロツク信号及びカメラ映像データは、光フアイバ連係線を通して送られる。

光フアイバ連係線は、導体連係線に関して起こり得る干渉、大地ループ、漏話の 問題のない広帯域通信連係を提供する。この棒輪郭測定装置に使用されるような 通信連係線は、２５ＭＨｚの最小信号帯域幅を有する。この光フアイバ連係線は 六高速回線（各２５ＭＨ２帯域幅）及び各方向に十人低速回線（各１．５ＭＨｚ 帯域幅）を有してＦＥＥを処理電子計算機に接続する。（−予備高速回線及び数 予備低速回線が配備されている。） 四路多重変換装置が配備されることによって単独処理装置でもって４測定フレー ムまで受持つことができるようにしている。多重変換装置は、光フアイバ連係線 の全部、及び各測定フレーム用回転計信号を扱いかつソフトウェアを制御される 。処理装置は、一時に一測定フレームだけしか働かないようになっているが、し かし多重フレーム間で計算資源を時分割することができ、測定サイクル時間を比 例的に増大する。

カメラ１４からのデータは直接記憶アクセス（ＤＭＡ）を使用する符号化器を経 由して高速乱アクセス記４Ｐ、装置（ＲＡＭ）に送られる。符号化器は、像記憶 に必要な記憶装置を減少させかつアクセス時間要求を容易化するのに使用される 。各従機において、はぼ５ｏ万個の画素があり、これらは全て記憶される必要は ない（典型的に１ｏ、ｏｏｏから２０．０００個の「白」画素がある）、しかし 個々の「白」画素のｘＳｙ座標の記憶はなお酷しい記憶とアクセス時間を強制す る。２進像に対する適当な符号化技術を使用することによって記憶要求を８にバ イトに低減している。

データのフレームの捕そく中、符号化器によるほか映像ＲＡＭへの全てのアクセ スは禁止されかつ符号化フレームが記憶装置に装荷される。フレーム補足が完了 すると、従電子計算機（８０８７数値データプロセツサ（ＮＤＰ＞を備えたＩｎ ｔｅｌ　８０８６主体単−ホート電子計算機のようなもの）が像を解析し、機内 の特徴を分類し、棒像の部分として分類されない特徴を除去し、像から棒の輪郭 を抽出し、このデータを測定面（光源の照明面）座標系に変換する。

主電子計算１（８０８７ＮＤＰを備えるＩｎｔｅｌ　８０８６主体単−ボード電 子計算礪のようなもの）が全測定装置の動作を制御し一方類似の人間インタフェ ース電子計算機が使用者と工場電子計算機インタフェースを取扱う。

使用者インタフェースは色彩図形監視装置と標準タイプライタ鍵盤を経由する。

この監視装置は、全データの表示及び装置から使用者への通信に使用される。鍵 盤は、使用者と測定装置の連絡を可能にする。監視装置と工業動作器パネルを含 む遠隔表示局は、主動作医能だけを有する。

主電子計算機は、従電子計算機からその処理された像を受取り、これを再書式化 し、一括連係し、物体寸法を抽出する。人間インタフェース電子計輝線が、次い で色彩監視装置上に複合輪郭とデータを表示する。主電子計算機は、また、較正 手続き中必要な全ての計算を実行する。

電子計算機及び映像符号化器は、単一シャシ（光フアイバ受信器も納める）内に 全て納められかつ多重バスカードかご内に載持される。電子計算機間の全ての通 信は、多重バスを通して行われる。電子計算機間の優先度は、オンボード優先度 決定回路装置及び共通インタフェースによって解決される。主電子計算機は、全 従電子計算法に対して全般的優先度を有し、必要な装置クロック信号を与え、か つデータの捕そくと処理を同期させる。

光ｉｉｏは、照明枠の近くに載持された囲いに納められたトリガ可能の電源を具 備する。ＦＥＥは、カメラの電源及びそれ専用の電子装置を与える。これらの装 置は、全てカメラ及び照明枠の近くに設置される。

専用の枠上のカメラ１４は、照明枠から約７００馴下流に載持される。レンズに 取付けられたフィルタは光源からの放射のみを通過させる。カメラ外被の後視開 口は熱反射ガラスで封止されまたカメラ外被の内側は絶縁されてカメラ周囲温度 を安定化させる。

この測定１ｉｆｉｔによって実行される基本的なデータ処理機能は、ターゲット である棒のしま照明によって作成された２進像の解析である。第６図は、測定装 置動作中に実行される像処理の簡単化された流れ図である。

ハードウェア実行−長さ一符号化は別として、像処理は、現在は、全てソフトウ ェア内に具現されている。さらに高分解能カメラ及び高速サイクル時間は、いま や利用可能となったハードウェア慟処理の使用を必要とする。

ＮＴＳＧ標準（５２５線毎フレーム、３０フレ一ム毎秒、６０フィールド毎秒） テレビジョンから得られる映像データは、２レベル（２進像）にディジタル化さ れ、主クロックによって全てのカメラから読出され、この場合全カメラが主クロ ックから導出される線及びフレームタイミング信号に同期させられる。このデー タは、飛越しフレーム（フレームの奇数及び偶数フィールドとも使用される）を 含みこのフレームは約４８０の能動線（ＥＥＥによって設定された垂直窓は調節 可能である）を含む。

フレーム捕そく中、このデータは、実行−長さ一実号化とＤＭＡ　（ダイレクト ・メモリ・アクセス）を介して高速映像ＲＡＭ内に記憶されたフレームを使用し て符号化される。実行−長さ一符号化書式は、線番地（左から数える）、像中の 各「白」セグメント及びこのセグメントの（画素で数えた）「長さ」を含む。フ レーム捕そく中、これらのデータは、１６ピツト語に納められる。各映像線の開 始に当って、線番地（数）は１６ビツト数（上位穴けたは零である）として映像 ＲＡＭに装荷される。この数は、奇数／偶数配置の計数をとり、こうして、フレ ーム飛越しの第一段階を実行する。一本の線中の各「白」セグメントごとに、水 平画素番地（１０ピツト）と実行長さく６ビツト）が１６ピツト語に納められ、 次の記憶番地に記憶される。もし実行長さが６４画素より大きければ、同じＸ番 地を持った６４画素の引き続くセグメントが記憶される結果、正しい長さのセグ メントを作り上げる。（フィールド及び線同期パルス並びに主クロツク信号によ って制御される）フレーム捕そくが完了すると、映ｔ＋ＲＡＭが多重バスからの アクセスに対して使用可能となり、その結果、処理を開始することができる。

処理の第１段階は、割当てられたカメラからの像の処理に専用の従電子計算機の 「オンボード」記憶装置内の像の再書式化と記憶である。非「白」セグメントを 持った線は無視されまた複合セグメント（すなわち、長さで６４画素より長いセ グメント）が組合されて単一セグメントを作成する。個々のセグメント情報は、 ４．０９６語までのデータ構造内の四つの１６ビツト語内に記憶される。この構 造（従プログラム内のＩＨＡＧＥ−ＤＡＴＡと名付けられる）は、ＰＬＭ８６書 式内にＩＭＡＧＥ−ＤＡＴＡ　（１０２４＞Ｓ丁ＲＵＣＴＵＲＥ　（ＩＹ　ＷＯ ＲＫ、　ＩＸ　ＷＯＲＤ、　ＩＲＷＯＲＤ、ＩＰ　ＷＯＲＤ）として規定され、 ここに、ＩＹは線番地、ＩＸはセグメントの始端の水平番地、及びＩＲはセグメ ント長さくＩＰは後の処理において使用される）である。フレームは、線記憶が 連続する、すなわち、構造１）ＩＡＧＥ−ｔＩＡＴＡ内の線番号が順序をなし、 これが映像情報の割込みを完成するように、処理される。（捕そく中、フレーム は物理的には割込みされない二つの分離されたフィールドとして捕そくされる、 けれども線番号は会がテレビジョン監視装置上に表示されるとき割込み構造に従 って割当てられる）。

像を処理するために、従電子計算機は像のどの部分が妥当データかくすなわち、 ターゲットである棒の輪郭に属するデータ）またどれを拒絶することができるか （すなわち、カメラ欠陥、基準点、雑音構造、又は漂遊特徴）を判断することが できなければならない。この判断を行うために、像は数個の明確な「特徴」に分 離されなければならない、そしてこれは各セグメントが特定の「特ｗｉＪに割当 てられるように像を一番上の線から下へ走査することによって行われる。各セグ メントはそれが他のセグメントと継がっているかどうかを見分けるために検査さ れ、もしそうならばそのセグメントを含む特徴に加えられる。特徴が合っている ならば、これらのセグメントは合同させられて単一特徴を形成する。電子計算機 は、ＩＨＡＧＥ−ＤＡＴＡ構造内の１２語を使用することによって特徴の割付を 追跡しその結果、セグメントが割付けられている特徴の数を記憶する。後の処理 を容易にするために、ＩＰ詔を用いてＩＭＡＧＥ−ＤＡＴＡ構造を「連係リスト 」に作る。

これは、各ＩＰ語内に、その特徴の部分を形成する次のセグメントへの指標を含 ませることによって達成される。

上位穴ビットは特徴番号であり、下位十ビットはその特徴の次のセグメントへの １）ＩＡＧＥ−ＤＡＴＡ内の指標である（０はセグメントの終端を表示する）。

このようにして、電子計算機はその後、各セグメントを検査することを必要とせ ず、ある特定の特徴に属するセグメントに対する１）ＩＡＧＥ−ＤＡＴＡ構造を 高速走査することができる。

特徴によって像の記述を展開し終ると、棒のしま照明を表すいくつかの特徴のう ちの特徴を抽出することが必要である。理想的には、これは機内に存在する唯一 の特徴であろう。しかしながら、ＣＯＤを使ったカメラは点及び線欠陥をこうむ りこれらの欠陥はしきい値処理の後に２進像内に現れる充分な大きさの映像信号 を生じることがあり得る。加えて、雑音及び基準点、滞空破片などのような好ま しからざる特徴が像中に現れる。

像は、特徴が付加された後、特徴を分類しかつ標物の部分と考えられないものを 削除することにより、「清掃」される。セグメント化（又は特徴識別）中、各特 徴の記述が作り上げられる。この記述は、特徴領域、その中心、特徴内のセグメ ントの数、最初と最後のセグメントの指標、並びにそのＸ、ｙ方向への最大、最 小拡がり、を含む。もし特徴の中心が像の境界に近すぎると、その特徴はターゲ ットである棒の部分モはあり得す、したがって、削除される。

しま照明棒セグメントの分離は、判定基準の選択された組を満足しない全ての像 特徴を削除することによって達成される。特徴を削除するための判断は、特徴の 寸法又は位置などの因子に基づく。交さの主要な特徴は、所与の寸法より大きい ことが知られているので、その寸法より小さい全ての特徴をｉｌ＋除するきとが できる。電子計算機は、また、ＣＯＤ配列欠陥及び基準点の位置を「学習コする ことができ、またこの情報を使用してこれらの特徴を像から除去する。もし測定 される棒が既知の記述子を持つ形状を有するならば、長さ対幅の比などの簡単な 形状記述子もまた欠陥（線欠陥など）を除去することができる。

較正中、測定装置は、カメラ欠陥及び基準点の位置を「学習」し、次いで正規動 作中（これが要求されないならば）これらを除去する。（所定寸法より狭い領域 を持つ）小さい特徴もまた、これらが妥当輪郭を抽出することができないので、 削除される。主電子計算機からの命令があると、従電子計算機は、この段階にお いて、最大像特徴によって規定された円の近似への、特徴の粗適合を実行しよう とする。処理のこの段階が完了したとき、像はターゲットである棒に属する適当 な寸法の特徴を含んでいる（良好な像にとってはこのような特徴がただ一つであ る）。

いったん像欠陥が識別され、除去又は訂正（レフティファイ）されると、数画素 の幅又は厚さを有しかつ幅画素幅の輪郭に減少させられなければならない特徴を もつものが残される。したがって、濃密な像の内側縁と外側縁との間の中央路、 いわゆる中間線輪郭である画素の連続線を選択するアルゴリズムが必要とされる 。

棒の像の解析において採られる方策は、像特性の先行知識を壺大限に使用するこ とである。特に、像は比較的長り、薄いということ、枝が存在しないことが知れ ている。線輪郭の抽出は、各従電子計算機によってその割当てられたカメラから の映像データに対して行われる。

輪郭抽出に適合した手続きは、棒表面上の照明しまの反射像を表示する比較的薄 い輪郭の両縁の中間路であることを最もよく評価する画素位置の決定を含む。使 用される輪郭点評価は、垂直消尽百方向上（ＶｅｒｔｉｃａｌＶａｎｉｓｈｉｎ ｇ　Ｐｏ１ｎｔ　ｄｉｎｅｃｔｉｏｎ）の全ての特徴画Ｆ％＋１＋）平均である 。この評価は、既知の対称照明しま強度輪郭を使用して半一画素解像度に対する 輪郭点を与える。

垂直消尽点（ＭＶＰ）の概念は、一対の並行な、真直な鉄道レールの間に立って かつその長さに沿って眺めるときに観察される効果によって、例証される。これ らのレールは決して合わさることはないのであるが、透視効果は二本のレールが 遠点で収束するように見せる。この遠点が、「消尽点」といわれ、観察者の向き と光景とによって、垂直、水平又はその他の消尽点となる。棒輪郭測定装置内の ＶＶＰの位置は、較正処理中に、正確に驕るまで延長することによって、正確に 決定される。

詔で以って、像画素位置に基づ＜ｘ、ｙ座標である線輪郭の評価を捕そくした従 電子計算機は、これらの座標を一組の浮動小数点座標に変換する。

浮動小数点像座標は、先行開示された較正設定中に導出された測定装置パラメー タと像データを測定面に投射する数学的変換を使用して、ａｌｌ定面座標に変換 される。

画素座標から測定面座標への変換は、画素が均等に間隔をとることのほかは配列 の物理的画素寸法に関して全く何も仮定することなく達成される。これらの像変 換は先に言及した先行出願に開示されており、したがって、ここでは説明しない 。

輪郭解析の並行計算部分を最大化するために、従電子計算機は円に適合する部分 的最小四角形を計算し、これ化、輪郭抽出、及び変換という従電子計算機の像処 理タスクが完了すると、従電子計算機は主電子計算機が変換輪郭データを捕そく するのを待期する。主電子計算様は、次いで、他の従電子計算故捕そくサイクル を始動させかつ先に捕そくされた輪郭を処理する。

主電子計算機は、従電子計算故によって計算された部分最小四角形の円適合結果 を組合せて、棒重心を決定する。もし棒が凸面形であるならば、主電子計算機は 重心を用いて四つの従計算機からのデータを結合する。結合アルゴリズムは、各 半度放躬スライスごとに全ての従計算機輪郭点を平均化しスライス当り一つの点 を作成する。

もし棒が主要な凹面部分を含む形状のものならば、結合アルゴリズムは変調され なければならず、また重心は、６出表示用のみに使用される。

主電子計算様は、いかなる棒形状に対しても約７２０輪郭点を作成し、これらは 次いで人間インタフェース計算機によって表示される。これに続くデータ抽出は 棒の形状と要求される寸法に依存する。

二つの主要データ抽出型式は、「ロール関連」又は「プロダクト関連」である。

前者の抽出寸法は、ロール制御工程における直接使用のために棒上の固定位置に おいてとられる。これらの寸法は、パス、ショルダー及び測寸法を含む。ブＯダ クト関連寸法は、使用者の要求によって全面的に決まる。丸棒は最小、最大及び 平均直径の測定を必要とし、一方、平坦側部棒は平坦面最小、最大幅寸法及び隅 角の測定を必要とする。レール及び構造形材は、それらのより複雑な形状を規定 するためにより複雑なデータを必要とする。

主電子計算様は、主従電子計算機に命令して既知較正形状の同時橡を捕そくさせ 、かつ各主像から、順繰りに、各カメラの較正取付具に対する位置と向きを計算 する。

較正形状は各カメラ視野内に数本の直線を与え、線合せ技術を使用して三つの較 正点を高正確度で決定可能とする。誤差関数は要求される較正定数の各々に対し て計算されかつ先行開示された高速収束反復アルゴリズムが使用される。

オペレータへの物理的インタフェースは、標準Ｂ盤と色彩図形監？！装置によっ て与えられる。人間インタフェース計算機操作は、「監視」プログラムによって 制御されこのプログラムはオペレータと測定装置の間を連係する。オペレータは 命令ライブラリを与えられ、このライブラリは測定装置の設定、その較正、測定 機能の実行、及び問題が起こった際、診断を実行するのに使用される。

測定装置命令は、使用者によってメニュー駆動入口書式％式％ 測定装置は一組の診断を有し、これによってオペレータは測定装置に質関しまた 一群の装置機能を実施させることができる。具備されているは能には、次のもの が含まれる、 全揮発性記憶内容の試験又は変更 模擬データの使用を含む像処理の全段階における像捕そくと診断 全記憶定数の図形表示 全診断じ能は、鍵盤から、主電子計算様を経由して制御される。

光源１０を消灯しくすなわち、枠機が得られない）かつ映像しきい値を適当に調 節しておき、カメラ欠陥位置が像を捕そくかつ分類することによって学冒される 。欠陥の位置は、次いで、不揮発性記憶装置内に記憶されることによって、これ らを検査しかつ正規動作中にこれらを「実際」の像から削除できるようにする。

カメラ整列が乱されないかを検査するために、棒案内構造に固定されかつカメラ １４の視野内にある四つの不活性基準マークの一組が使用される。較正手順の第 ２局は、これらのマークの位置の決定（光源１０を点灯しかつ映像しきい値を設 定しておく）及びこの情報の不連発性記４ａ装置への記憶を含む。もし正規動作 中に、これら基準マークの位置と記憶されている位置とに差があることが判るな らば、測定データは誤っている旨及び較正を検査するか又は繰返すべき旨の表示 がなされる。

較正の最終段階は、カメラの整列及びカメラの測定面までの距離を規定する角度 の決定を含む（これは、像処理の規模を決定する）。これは、既知の標物形状を 使用して従電子計算機がその像から輪郭評価を抽出することによって達成される 。主電子計算機は、次いで、この形状を既知の基準に合せることによって測定装 置パラメータを決定しかつこの測定装置パラメータを不揮発性記憶装置に記憶す る。

全従電子計算機が像を捕そくしかつ処理し、次いで主電子計算法がこれら処理さ れた像を連係して複合棒輪郭を形成する。複合棒輪郭は、表示されまた関連デー タが抽出され、表示される。オペレータは、像エンハンスメント処理が最大円形 特徴への予備「適合」を含んでいるかどうか明細することができる。オペレータ は、また、最初の測定によって取られた棒の６からの距離及び要求されるデータ 抽出の型式を明細することができる。測定装置が実際寸法と所望寸法とを比較す ることができるように、棒の形状と公称寸法が入力されることを要する。

このデータ抽出は、圧延関連又は製品関連であることができ、また棒の形状又は オペレータの要求に基づいて広く多様な寸法を抽出することができる。データ表 示書式のいくつかの例が第８図に示されている。

本発明の精神と範囲内での変更は当業者によって容易に突丘可能であるので、本 発明は本明細書に例として説明した特定の実施例に限定されるものではないこと は、明らかである。

国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．物体の表面の少くとも部分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る方法で あつて、既知の基準器であつて実質的に平坦な面と測定面によつて形成される四 本の線が該線の交さ点において少くとも三つの非共直線基準位置を規定するよう に前記測定面に実質的に垂直な少くとも四つの前記実質的に平坦な面を含む該基 準器を用意する段階と、該基準器を検出する段階と、前記物体の横断面形状又は 輪郭に関する予備情報を得るために前記物体からの反射光を生じるように前記物 体を照明する段階と、前記情報又は該情報から情報が得ることを可能にするため に前記物体の表面の少くとも部分の真の横断面形状又は輪郭のより良好な表示を 行うように前記既知の基準器からの検出された基準器の変動に従つて前記予備情 報を変換する段階とを包含することを特徴とする前記方法。
2. ２．物体の表面の少くとも部分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る測定装 置であつて、前記物体に向けて光を投射する照明装置と、既知の基準器からの光 を検出する感応装置とを含み、前記既知の基準器は実質的に平坦な面と測定面に よつて形成される四本の線が該線の交さ点において少くとも三つの非共直線基準 位置を規定するように前記測定面に実質的に垂直な少くとも四つの前記実質的に 平坦な面を含み、前記感応装置は前記物体と前記基準器に関する前記予備情報を 得るために前記物体からの光に感応し、さらに前記情報又は該情報から情報を得 ることを可能にするために前記物体の表面の少くとも部分の真の横断面形状又は 輪郭のより良好な表示を行なうように前記既知の基準器からの検出された基準器 の変動に従つて予備情報を変換する変換装置とを含むことを特徴とする前記測定 装置。
3. ３．請求の範囲第１項記載の方法において、前記既知の基準器は十字形横断面を 有しかつ第１面、第３面、第２面及び第４面は前記十字の一つの腕の端面、前記 十字の前記腕の側面、前記十字の前記腕の隣りの腕の側面及び前記十字の前記隣 りの腕の端面によつて規定される棒を含むことを特徴とする前記方法。
4. ４．請求の範囲第２項記載の測定装置において、前記既知の基準器は十字形横断 面を有しかつ第１面、第３面、第２面及び第４面は前記十字の一つの腕の端面、 前記十字の前記腕の側面、前記十字の前記腕の隣りの腕の側面及び前記十字の前 記隣りの腕の端面によつて規定される棒を含むことを特徴とする前記方法。
5. ５．請求の範囲第１項記載の方法において、正確な基準位置が決定されるように 較正パラメータが前記基準位置から決定されることと、正確な基準位置は前記既 知の基準器として使用されることと、複数の感応装置を使つて基準位置を観祭す ることによつて較正データを得かつ真の測定データを確立するために前記データ を処理することによつて前記較正パラメータが決定されることと、及び前記処理 に当つて感応装置と各他の感応装置との関係は前記較正パラメータを反復決定す ることにより正確に決定されることを特徴とする前記方法。
6. ６．請求の範囲第２項記載の測定装置において、前記処理装置は正確な基準位置 が決定されるように較正パラメータを計算することと、正確な基準位置は前記既 知の基準器上に使用されることと、前記処理装置は較正データを前記既知の基準 器から複数の前記感応装置を経由して受取りかつ真の測定面を確立するために前 記データを処理することによつて較正パラメータを決定することと前記処理に当 つて各感応装置の各地の感応装置との関係は前記較正パラメータを反復決定する ことにより正確に決定されることを特徴とする前記測定装置。
7. ７．物体の表面の少くとも部分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る方法で あつて、既知の基準器を用意する段階と、較正パラメータを決定するのに使用さ れる形を持つ平行四辺形を誘導された第４基準位置と共に規定する少くとも三つ の基準位置を前記既知の基準器から形成するために前記既知の基準器を検出する 段階と、実質的に正確な第１基準位置、第２基準位置、第３基準位置第４基準位 置が決定されるように前記較正パラメータを反復決定する段階と、物体の横断面 形状又は輪郭に関する予備情報を得るために前記物体からの反射光を生じるよう に前記物体を照明する段階と、前記情報又は該情報から情報を得ること可能にす るために前記物体の表面の少くとも部分の真の横断面形状又は輪郭のより良好な 表示を得るように前記既知の基準器上の前記基準位置の既知の位置からの前記実 質的に正確な基準位置の位置の変動に従つて前記予備情報を変換する段階とを包 含することを特徴とする前記方法。
8. ８．物体の表面の少くとも部分の横断面形状又は輪郭に関する情報を得る装置で あつて、前記物体に向けて光を投射する照明装置と、既知の基準器から少くとも 三つの基準点が実質的に正確に決定されかつ決定される導出第４基準位置と共に 較正パラメータを決定するのに使用される平行四辺形を規定するような前記基準 器からの光を検出する感応装置と、前記較正パラメータを反復決定する処理装置 とを包含することと、及び前記測定装置において、前記感応装置は前記物体に関 する予備情報を得るために前記物体からの光に感応することと、前記処理装置は 前記情報又は該情報から情報を得ることを可能にするために前記物体の表面の少 くとも部分の横断面形状又は輪郭のより良好な表示を得るように前記既知の基準 器上の既知の位置からの前記実質的に正確な基準位置の位置の変動に従つて前記 予備情報を変換することと、を特徴とする前記測定装置。
9. ９．請求の範囲第７項記載の方法において、前記較正パラメータの決定は、複数 の感応装置によつて前記既知の基準器から較正データを得る段階と、真の測定面 を確立するために前記データを処理する段階を含み、前記処理に当つて各感応装 置と各他の感応装置の関係は前記パラメータを反復決定することによつて正確に 決定されること、を特徴とする前記方法。
10. １０．請求の範囲第８項記載の測定装置において、前記処理装置は複数の前記感 応装置から前記既知の基準器からの較正データを受取りかつ真の測定面を確立す るために前記データを処理することと、前記処理に当つて各感応装置と各他の感 応装置の関係は前記較正パラメータを反復較正することによつて正確に決定され ること、を特徴とする前記測定装置。
11. １１．請求の範囲第７項記載の方法において、前記物体からの照明は前記物体の 横断面形状又は輪郭に関する予備情報が得られるとき前記物体の実質的に静止像 を与えるようにストロボにかけられることを特徴とする前記方法。