KR101797423B1 - 표면 성상 지표화 장치, 표면 성상 지표화 방법 및 프로그램 - Google Patents

표면 성상 지표화 장치, 표면 성상 지표화 방법 및 프로그램 Download PDF

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Abstract

복수의 조명 파장이나 측정 각도에 의한 측정 결과를 이용하여, 측정 대상물의 표면 성상을 통합적으로 지표화하는 것이다.
본 발명에 따른 표면 성상 지표화 장치는, 측정 대상물의 표면에서의 조명광의 반사광을, 파장을 선택하면서 촬상함으로써 복수의 촬상 화상을 생성하는 측정 장치와, 얻어진 복수의 촬상 화상에 기초하여 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 연산 처리 장치를 구비한다. 측정 장치에 의해 생성되는 촬상 화상은, 촬상 장치에 결상한 반사광의 파장이 동일하고, 또한, 촬상 화상에서의 측정 대상물의 길이 방향에 대응하는 방향에서는 촬상 장치에 결상한 반사광의 반사각이 서로 상이하다. 연산 처리 장치는, 생성된 복수의 촬상 화상을 재구성함으로써, 반사광의 파장과 반사광의 반사각이 서로 공통되고, 측정 대상물의 상이한 시야 위치에 대응하는 화소로 구성되는 처리 대상 화상을 복수 생성하고, 생성된 복수의 처리 대상 화상에 기초하여, 측정 대상물의 표면 성상을 지표화한다.

Description

표면 성상 지표화 장치, 표면 성상 지표화 방법 및 프로그램{SURFACE TEXTURE INDEXING DEVICE, SURFACE TEXTURE INDEXING METHOD, AND PROGRAM}
본 발명은, 표면 성상 지표화 장치, 표면 성상 지표화 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
예를 들어 강판 표면 등이라는 측정 대상물 표면의 색조나 명도를 측정하기 위해서는, 컬러 카메라를 이용해서 표면을 촬상하고, 얻어진 화상의 색상, 채도, 명도(RGB, CIE L*a*b* 등)에 주목하는 것이 일반적이다. 그러나, 예를 들어 티타늄이나 일부의 스테인리스 강판 등과 같이 조명·관찰 각도가 변화했을 때에 색조·명도가 미묘하게 변화하는 강판을 측정 대상물로 할 경우, 어느 일정한 조명 각도나 관찰 각도를 사용하고 있었다는 것으로는, 이러한 변화를 파악하는 것은 불가능하다. 또한, 금속 표면을 측정 대상물로 할 경우, 금속 표면은 경면 반사와 확산 반사의 콘트라스트가 크므로, 통상의 RGB 카메라에서는 색 정보에 오차가 발생하여, 미묘한 색조를 파악하는 것은 곤란하다.
이상과 같은 이유로부터, 측정 대상물 표면의 색조나 명도를 정확하게 측정하기 위해서, 하기 특허문헌 1과 같이 카메라에 결상하는 조명광의 파장을 변화시키면서 분광 반사율을 계측하거나, 분광 측색계를 이용해서 조명이나 카메라의 각도를 변화시키면서 분광 반사율을 계측하거나 하는 것이 행하여진다.
일본 특허 공개 제2009-118359호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술은, 조명의 각도를 바꾸면서 측정을 행하는 것에 대해서는 언급되어 있지 않고, 상기 티타늄이나 일부의 스테인리스 강판 등에 발생하는 색조나 명도의 미묘한 변화를 측정하기 위해서 적용할 수는 없다.
또한, 일반적인 분광 측색계는, 직경 10mm 정도의 미소한 영역을 접촉식으로 계측하는 것이므로 측정 범위가 좁고 또한 측정 개소가 이산적이며, 예를 들어 강판과 같은 큰 측정 대상물의 표면 전체를, 분광 측색계를 복수대 배열하여 인라인에서 구석구석까지 측정하는 것은 현실적으로는 불가능하다. 또한, 일반적인 분광 측색계에서 주목하는 각도수는 3 정도이고, 상기와 같은 보다 많은 측정 각도가 필요해지는, 색조나 명도의 보다 미묘한 변화의 측정에는 대응할 수 없다. 또한, 측정의 결과, 얻어지는 정보로서는, 각도마다의 분광 반사율 그래프, 각도마다의 색 정보를 배열한 테이블 또는 차트 도면 등이며, 각도마다의 측정 결과를 통합해서 종합적으로 판단을 행하는 것은 곤란하였다.
따라서, 본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적으로 하는 점은, 복수의 조명 파장이나 복수의 측정 각도에 따른 측정 결과를 이용하여, 측정 대상물의 표면 성상을 통합적으로 지표화하는 것이 가능한, 표면 성상 지표화 장치, 표면 성상 지표화 방법 및 프로그램을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 어느 한 관점에 의하면, 측정 대상물의 표면에 대하여 조명광을 조사하고, 상기 측정 대상물의 표면에서의 상기 조명광의 반사광을 파장을 선택하면서 촬상하여, 복수의 촬상 화상을 생성하는 측정 장치와, 상기 측정 장치에 의해 생성된 복수의 촬상 화상에 기초하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 연산 처리 장치를 구비하고, 상기 측정 장치는, 상기 측정 대상물의 표면에 대하여 상기 조명광을 조사하는 조명 광원과, 상기 측정 대상물의 표면으로부터의 상기 반사광을 촬상하는 촬상 장치와, 상기 촬상 장치에 결상하는 상기 반사광의 파장을 선택하는 파장 선택 기구를 갖고, 상기 촬상 장치에 의해 생성되는 상기 촬상 화상은, 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 파장이 동일하고, 또한, 상기 촬상 화상에 있어서의 상기 측정 대상물의 길이 방향에 대응하는 방향에서는 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 반사각이 서로 상위한 화상이며, 상기 측정 장치에서는, 상기 측정 대상물의 동일한 시야에 대하여, 복수의 상이한 파장에 각각 대응하는 복수의 상기 촬상 화상이 생성됨과 함께, 상기 시야를 어긋나게 하면서, 상기 복수의 촬상 화상이 순차 복수 조 생성되고, 상기 연산 처리 장치는, 상기 복수의 촬상 화상을 복수 조분 이용해서 재구성함으로써, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각이 서로 공통되고, 상기 측정 대상물의 상이한 시야 위치에 대응하는 화소로 구성되는 처리 대상 화상을, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각의 조합마다 생성하는 화상 재구성부와, 상기 화상 재구성부에 의해 생성된 복수의 상기 처리 대상 화상에 기초하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 표면 성상 지표화부를 갖는 표면 성상 지표화 장치가 제공된다.
상기 연산 처리 장치는, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량을 가공하는 특징량 가공부를 더 구비하고, 상기 특징량 가공부는, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된, 상기 반사광의 파장 및 반사각으로 규정되는 제1 특징량 공간에서의 상기 특징량을, 상기 제1 특징량 공간보다도 차원수가 적은 제2 특징량 공간에서의 특징량에 가공하고, 상기 표면 성상 지표화부는, 상기 제2 특징량 공간에서의 상기 특징량을 이용하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화해도 좋다.
상기 특징량 가공부는, 상기 제1 특징량 공간에서의 특징량에 대하여 주성분 분석을 실시하여, 상기 제1 특징량 공간의 차원수를 상기 제2 특징량 공간의 차원수로 압축해도 좋다
상기 측정 장치는, 상기 측정 대상물의 표면이 만곡되어 있는 위치에서, 상기 측정 대상물의 표면을 촬상해도 좋다.
상기 파장 선택 기구는, 액정 가변 파장 필터 또는 음향 광학 가변 파장 필터이어도 좋다.
상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량은, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 상기 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 변동 정도, 또는, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 상기 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 구배 중 적어도 어느 한 쪽이어도 좋다.
상기 측정 대상물은, 티타늄 또는 티타늄 합금, 스테인리스 강판, 컬러 도장 강판, 라미네이트 강판 또는 도금 강판이어도 좋다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 측정 대상물의 표면에 대하여 조명광을 조사하고, 상기 측정 대상물의 표면에서의 상기 조명광의 반사광을, 촬상 장치에 결상하는 반사광의 파장을 선택하면서 촬상하는 측정 장치에 의해 상기 측정 대상물의 표면을 측정하여, 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 파장이 동일하고, 또한, 촬상 화상에 있어서의 상기 측정 대상물의 길이 방향에 대응하는 방향에서는 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 반사각이 서로 상위한 촬상 화상을, 상기 측정 대상물의 동일한 시야에 대하여, 복수의 상이한 파장에 각각 대응하도록 복수 생성함과 함께, 상기 시야를 어긋나게 하면서, 복수의 상기 촬상 화상을 순차 복수 조 생성하는 측정 스텝과, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 연산 처리 장치에 의해, 상기 측정 장치에 의해 생성된 복수의 촬상 화상을 복수 조분 이용해서 재구성하고, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각이 서로 공통되고, 상기 측정 대상물의 다른 시야 위치에 대응하는 화소로 구성되는 처리 대상 화상을, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각의 조합마다 생성하는 화상 재구성 스텝과, 상기 연산 처리 장치에 의해, 상기 화상 재구성 스텝에서 생성된 복수의 상기 처리 대상 화상에 기초하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 표면 성상 지표화 스텝을 포함하는 표면 성상 지표화 방법이 제공된다.
상기 표면 성상 지표화 방법은, 상기 화상 재구성 스텝과, 상기 표면 성상 지표화 스텝의 사이에, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량을 가공하는 특징량 가공 스텝을 더 포함해도 좋다. 상기 특징량 가공 스텝에서는, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된, 상기 반사광의 파장 및 반사각으로 규정되는 제1 특징량 공간에서의 상기 특징량이, 상기 제1 특징량 공간보다도 차원수가 적은 제2 특징량 공간에서의 특징량으로 가공되고, 상기 표면 성상 지표화 스텝에서는, 상기 제2 특징량 공간에서의 상기 특징량을 이용하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상이 지표화되어도 좋다.
상기 특징량 가공 스텝에서는, 상기 제1 특징량 공간에서의 특징량에 대하여 주성분 분석이 실시되고, 상기 제1 특징량 공간의 차원수가 상기 제2 특징량 공간의 차원수로 압축되어도 좋다.
상기 측정 장치는, 상기 측정 대상물의 표면이 만곡되어 있는 위치에서, 상기 측정 대상물의 표면을 촬상해도 좋다.
상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량은, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 상기 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 변동 정도, 또는, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 상기 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 구배 중 적어도 어느 한 쪽이어도 좋다.
상기 측정 대상물은, 티타늄 또는 티타늄 합금, 스테인리스 강판, 컬러 도장 강판, 라미네이트 강판 또는 도금 강판이어도 좋다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 측정 대상물의 표면에 대하여 조명광을 조사하고, 상기 측정 대상물의 표면에서의 상기 조명광의 반사광을, 촬상 장치에 결상하는 반사광의 파장을 선택하면서 촬상함으로써, 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 파장이 동일하고, 또한, 촬상 화상에서의 상기 측정 대상물의 길이 방향에 대응하는 방향에서는 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 반사각이 서로 상위한 촬상 화상을, 상기 측정 대상물이 동일한 시야에 대하여, 복수의 상이한 파장에 각각 대응하도록 복수 생성함과 함께, 상기 시야를 어긋나게 하면서, 복수의 상기 촬상 화상을 순차 복수 조 생성하는 측정 장치와 서로 통신 가능한 컴퓨터에, 복수의 촬상 화상을 복수 조분 이용해서 재구성하고, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각이 서로 공통되고, 상기 측정 대상물의 상이한 시야 위치에 대응하는 화소로 구성되는 처리 대상 화상을, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각의 조합마다 생성하는 화상 재구성 기능과, 상기 화상 재구성 기능에 의해 생성된 복수의 상기 처리 대상 화상에 기초하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 표면 성상 지표화 기능을 실현시키기 위한 프로그램이 제공된다.
상기 프로그램은, 상기 컴퓨터에, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량을 가공하는 특징량 가공 기능을 또한 실현시켜도 좋다. 상기 특징량 가공 기능은, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된, 상기 반사광의 파장 및 반사각으로 규정되는 제1 특징량 공간에서의 상기 특징량을, 상기 제1 특징량 공간보다도 차원수가 적은 제2 특징량 공간에서의 특징량에 가공하고, 상기 표면 성상 지표화 기능은, 상기 제2 특징량 공간에서의 상기 특징량을 이용하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화해도 좋다.
상기 특징량 가공 기능은, 상기 제1 특징량 공간에서의 특징량에 대하여 주성분 분석을 실시하여, 상기 제1 특징량 공간의 차원수를 상기 제2 특징량 공간의 차원수로 압축해도 좋다.
상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량은, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 상기 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 변동 정도, 또는, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 상기 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 구배 중 적어도 어느 한 쪽이어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 측정 장치에 의해 생성된 복수의 촬상 화상을 재구성하여, 반사광의 파장과 반사광의 반사각이 서로 공통되는 처리 대상 화상을 복수 생성하고, 이들 처리 대상 화상을 사용해서 표면 성상의 지표화를 행함으로써, 측정 대상물의 표면 성상을 통합적으로 지표화하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치의 구성 일례를 도시한 블록도이다.
도 2는, 동일 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치가 구비하는 측정 장치에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은, 동일 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치가 구비하는 측정 장치에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는, 동일 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치가 구비하는 측정 장치에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는, 동일 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치가 구비하는 측정 장치에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은, 동일 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치가 구비하는 측정 장치에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은, 동일 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치가 구비하는 연산 처리 장치의 구성의 일례를 도시한 블록도이다.
도 8은, 동일 실시 형태에 따른 연산 처리 장치가 구비하는 데이터 처리부의 구성의 일례를 도시한 블록도이다.
도 9는, 동일 실시 형태에 따른 촬상 화상의 재구성 처리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 10은, 동일 실시 형태에 따른 촬상 화상의 재구성 처리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 11은, 동일 실시 형태에 따른 처리 대상 화상을 사용하는 것의 이점을 설명하기 위한 설명도이다.
도 12a는, 동일 실시 형태에 따른 특징량의 가공 처리 및 표면 성상의 지표화 처리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 12b는, 동일 실시 형태에 따른 특징량의 가공 처리 및 표면 성상의 지표화 처리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 12c는, 동일 실시 형태에 따른 특징량의 가공 처리 및 표면 성상의 지표화 처리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 12d는, 동일 실시 형태에 따른 특징량의 가공 처리 및 표면 성상의 지표화 처리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 13은, 동일 실시 형태에 따른 다른 특징량의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 14는, 동일 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 방법의 흐름의 일례를 나타낸 흐름도이다.
도 15는, 본 발명의 실시 형태에 따른 연산 처리 장치의 하드웨어 구성의 일례를 도시한 블록도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
(표면 성상 지표화 장치의 구성에 대해서)
먼저, 도 1을 참조하면서, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치의 전체적인 구성에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치의 일구성예를 도시한 설명도이다.
본 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치는, 띠 형상의 조명광을 이용하여, 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 장치이다.
표면 성상 지표화 장치의 측정 대상이 되는 측정 대상물은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 티타늄이나 티타늄 합금 등과 같은 비철금속이나, 스테인리스 강판, 컬러 도장 강판, 라미네이트 강판, 도금 강판 등과 같은 각종 금속체를 들 수 있다.
이하에서는, 소정의 반송 라인상을 반송되는 강판 등의 금속대(S)의 표면 성상을 지표화하는 경우를 예로 들어, 설명을 행한다. 여기서, 금속대(S)는, 도시하지 않은 반송 라인상을 어느 방향을 향해서 반송되고 있는 것으로 하고, 금속대(S)의 길이 방향을 반송 방향이라고도 칭한다.
표면 성상 지표화 장치(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 측정 장치(100)와 연산 처리 장치(200)를 주로 구비한다.
측정 장치(100)는, 연산 처리 장치(200)에 의한 제어를 기초로, 측정 대상물인 금속대(S)의 표면에 대하여 띠 형상의 조명광을 조사함과 함께, 상기 조명광의 금속대 표면에서의 반사광을 측정하여, 반사광의 휘도 데이터(즉, 촬상 화상)를 생성하는 장치이다. 측정 장치(100)는, 생성한 반사광의 휘도 데이터를 연산 처리 장치(200)에 대하여 출력한다.
연산 처리 장치(200)는, 측정 장치(100)에 의한 측정 대상물의 측정 처리를 제어함과 함께, 측정 장치(100)에 의해 생성된 반사광의 휘도 데이터를 취득하고, 취득한 휘도 데이터에 대하여 이하에서 상세하게 설명하는 데이터 처리를 행함으로써, 측정 대상물의 표면 성상을 지표화한다.
측정 장치(100)에 의한 측정 대상물 표면의 측정 처리나, 연산 처리 장치(200)에 의한 표면 형상의 산출 처리는, 측정 대상물(예를 들어, 금속대(S))의 반송에 맞춰서 실시간으로 실시하는 것이 가능하다. 표면 성상 지표화 장치(10)의 사용자는, 표면 성상 지표화 장치(10)(보다 상세하게는, 연산 처리 장치(200))로부터 출력되는 측정 결과에 주목함으로써, 측정 대상물인 금속대(S)의 표면 성상을 실시간으로 파악하는 것이 가능해진다.
이하에서는, 이들 측정 장치(100) 및 연산 처리 장치(200)에 대해서, 각각 상세하게 설명한다.
(측정 장치에 대해서)
이어서, 도 2 내지 도 6을 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 측정 장치(100)에 대해서 상세하게 설명한다. 도 2 내지 도 6은, 본 실시 형태에 따른 측정 장치(100)에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는, 본 실시 형태에 따른 측정 장치(100)를, 측정 대상물인 금속대(S)의 측방에서 본 경우의 모식도이다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치(100)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 조명 광원(101)과, 촬상 장치의 일례인 이차원 카메라(103)와, 파장 선택 기구(105)를 적어도 갖고 있다. 조명 광원(101), 이차원 카메라(103) 및 파장 선택 기구(105)는, 이들 설정 위치가 변화하지 않도록, 공지된 수단(도시하지 않음)에 의해 고정되어 있다. 또한, 조명 광원(101), 이차원 카메라(103) 및 파장 선택 기구(105)는, 후술하는 연산 처리 장치(200)에 의해, 그 동작이 제어되어 있다.
또한, 측정 대상물인 금속대(S)는, 반송 롤(11)에 의해 도면 중의 y 방향 정방향측으로 반송되고 있는 것으로 한다. 또한, 적어도 일부의 반송 롤(11)에는, 인코더(13)가 설치되어 있고, 반송 롤(11)이 소정의 각도 회전할 때마다(즉, 금속대(S)가 소정의 거리 이동할 때마다) 펄스 신호(PLG 신호)가 연산 처리 장치(200)에 출력된다.
조명 광원(101)은, 측정 대상물인 금속대(S)의 표면에 대하여, 띠 형상의 조명광을 조사한다. 여기서, 금속대(S)의 표면에 조사되는 조명광은, 백색광인 것이 바람직하다. 광원 바로 그것에 대해서는, 금속대(S)의 폭 방향의 거의 전역에 걸쳐서 조명광을 조사 가능한 것이라면, 임의의 광원을 이용하는 것이 가능하다. 이러한 광원으로서, 예를 들어 막대 형상의 LED 조명을 이용하는 것도 가능하고, 할로겐 광원의 광을 파이버 라이트 가이드 등으로 띠 형상으로 집광해서 사용하는 것도 가능하다.
또한, 조명 광원(101)은, 금속대 표면의 법선 방향(도 2에서의 z축 방향)에 대하여 비스듬히 설치되는(환언하면, 조명 광원(101)의 광축과 금속대 표면의 법선 방향이 90도 이외의 소정의 각도가 되도록 설치되는) 것이 바람직하다. 조명 광원(101)의 설치각(조명 광원(101)의 광축과 금속대 표면의 법선 방향이 이루는 각)은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 45도 정도로 하는 것이 바람직하다.
촬상 장치의 일례인 이차원 카메라(103)는, 측정 대상물인 금속대(S)의 표면에 대하여 비스듬히 설치되어 있고, 후술하는 파장 선택 기구(105)를 투과한 금속대 표면으로부터의 반사광을 촬상하여, 반사광의 휘도 데이터를 생성하는 장치이다.
여기서, 이차원 카메라(103)의 설치각(이차원 카메라(103)의 광축과 금속대 표면의 법선 방향이 이루는 각)은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 이차원 카메라(103)의 광축이 금속대 표면에 대하여 수직이 되도록 설치되어 있어도 좋지만, 이차원 카메라(103)는, 금속대 표면에 대하여 비스듬히 설치되는 것이 바람직하다. 이 기울기가 되는 설치각의 구체적인 값에 대해서는 특별히 한정하지 않지만, 이차원 카메라(103)의 촬상 시야중에, 조명광의 기하광학적인 정반사를 포함하여 가능한 한 많은 길이 방향 범위가 포함되는 각도로 하는 것이 바람직하다. 이 이유에 대해서는, 이하에서 상세하게 설명한다.
이 이차원 카메라(103)는, 연산 처리 장치(200)로부터 카메라 구동 펄스가 입력될 때마다 파장 선택 기구(105)를 투과한 반사광을 촬상하고, 입력된 카메라 구동 펄스수와 동등한 촬상 화상을 생성한다. 이차원 카메라(103)에 의해 생성된 복수의 촬상 화상은, 연산 처리 장치(200)에 출력된다.
파장 선택 기구(105)는, 이차원 카메라(103)에 결상하는 반사광의 파장을 선택하는 기구이며, 투과시키는 반사광의 파장은, 연산 처리 장치(200)에 의해 제어되어 있다. 파장 선택 기구(105)는, 연산 처리 장치(200)로부터 투과 파장의 전환 펄스가 입력될 때마다, 파장 선택 기구(105)의 사양을 변화시켜서 투과시키는 반사광의 파장을 전환한다. 따라서, 투과시키는 반사광의 파장을 예를 들어 연속적으로 소인함으로써, 이차원 카메라(103)에 결상하는 반사광의 파장을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 파장 선택 기구(105)에서의 파장 전환 타이밍과, 이차원 카메라(103)에서의 촬상 타이밍을 동기시킴으로써, 반사광의 파장이 바뀔 때마다 1매의 촬상 화상이 생성되도록 할 수 있다.
이러한 파장 선택 기구(105)로서는, 특별히 한정되지 않고, 공지된 광학 부재를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 파장 선택 기구(105)의 구체예로서, 액정 가변 파장 필터(Liquid Crystal Tunable Filter:LCTF) 또는 음향 광학 가변 파장 필터(Acoust-Optic Tunable Filter:AOTF) 등이라는, 공지된 가변 파장 필터 TF를 들 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 이차원 카메라(103) 및 파장 선택 기구(105)의 연산 처리 장치(200)에 의한 제어 예에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은, 이차원 카메라(103) 및 파장 선택 기구(105)의 구동 제어의 일례에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치(100)는, 금속대(S)가 반송 라인상을 소정 거리만큼 반송될 때마다, 이차원 카메라(103)의 시야 내에 위치하는 금속대(S)의 표면을 촬상한다. 반송 라인을 구성하는 반송 롤(11)에 설치된 인코더(13)로부터 PLG 신호가 연산 처리 장치(200)에 입력되면, 연산 처리 장치(200)는, 파장 선택 기구(105)에 대하여 투과 파장을 변화시키기 위한 제어 신호를 출력하고, 파장 선택 기구(105)에 투과 파장을 전환시킨다. 또한, 연산 처리 장치(200)는, 투과 파장이 전환된 타이밍에서, 이차원 카메라(103)에 대하여 카메라 구동 펄스를 출력하여, 금속대(S)의 표면을 촬상시킨다.
본 실시 형태에서는, 도 3에 예시한 바와 같이, 공지된 가변 파장 필터 TF로 구성되는 파장 선택 기구(105)에 의해, λ1 내지 λN의 N(N≥2)종류의 파장이 선택되는 것으로 한다. 도 3에 예시한 바와 같이, 투과 파장의 절환에 동기한 카메라 구동 펄스가 이차원 카메라(103)에 대하여 입력됨으로써, 이차원 카메라(103)는, 파장 λ1의 반사광을 촬상한 촬상 화상부터, 파장 λN의 반사광을 촬상한 촬상 화상까지, 금속대(S)의 표면의 동일 시야를 촬상한 N종류의 촬상 화상을 생성한다. 실제로는, 금속대(S)는 어느 속도로 이동하고 있지만, 이동 속도에 비해 파장 선택에 필요로 하는 시간을 무시할 수 있을 만큼 작으면, 이들 N종류의 화상은 금속대(S) 표면의 동일 시야를 촬상하고 있다고 간주할 수 있다. 본 실시 형태에 따른 측정 장치(100)에서의 실제의 파장 선택 시간과, 금속대(S)의 실제의 이동 속도를 비교하면, 파장 선택 시간은 무시할 수 있을 만큼 작기 때문에, 측정 장치(100)로 생성되는 N종류의 화상은, 동일 시야를 촬상하고 있다고 생각할 수 있다. 이와 같이 하여 생성되는 각각의 촬상 화상은, 어떤 파장(λ)에서의 이차원의 분광 화상으로서 이용할 수 있다. 계속해서, 인코더(13)로부터 PLG 신호가 연산 처리 장치(200)에 대하여 입력되면, 마찬가지로 하여, 금속대(S)가 소정의 거리만큼 진행한 후의 표면에 대하여 N종류의 촬상 화상이 생성된다.
이러한 촬상 처리가 행해짐으로써, 본 실시 형태에 따른 측정 장치(100)에서는, 측정 대상물의 동일한 시야에 대하여, 복수의 상이한 파장에 각각 대응하는 복수의 촬상 화상이 생성됨과 함께, 시야를 어긋나게 하면서, 복수의 촬상 화상이 순차 복수 조 생성된다.
계속해서, 도 4를 참조하면서, 측정 장치(100)에 의해 생성되는 촬상 화상의 특징에 대해서 설명한다. 이하에서는, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 이차원 카메라(103)의 광축이, 금속대 표면의 법선 방향에 대하여 경사져 있는 경우를 예로 들어 설명을 행한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 이차원 카메라(103)가 구비하는 렌즈나 촬상 소자 등의 여러 특성에 따라, 촬상 시야 내에는, 소정의 넓이를 갖는 금속대(S)의 일부분이 위치한다. 여기서, 도 4에 도시한 바와 같이, 어느 투과 파장(λk)(k=1 내지 N)의 촬상 화상에 있어서, 측정 대상물인 금속대(S)의 길이 방향(도면 중의 y축 방향)에 대해서 주목한다. 이 경우, 도 4의 상단으로부터 명백해진 바와 같이, y=y1에서의 반사광의 진행 방향과 금속대 표면의 법선 방향이 이루는 각(즉, 조명광의 반사각)(θA)과, y=yM에서의 반사광의 진행 방향과 금속대 표면의 법선 방향이 이루는 각(θB)은, 서로 상이한 것이 된다. 보다 구체적으로는, 촬상 소자로부터 보다 먼 곳에 위치하는 부분(환언하면, 보다 y축 마이너스 방향측에 위치하는 부분) 정도, 반사각(θ)은 커진다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 이차원 카메라(103)로 촬상되는 촬상 화상에서는, 도 4의 하단에 도시한 바와 같이, y 방향 위치마다 조명광의 반사각이 각각 상이하다. 한편, 도 4의 하단에 도시한 바와 같이, 측정 대상물인 금속대(S)의 폭 방향(도면 중의 x축 방향)에 대해서는, 반사각은 일정하게 생각할 수 있다. 그로 인해, 길이 방향 위치(y)에서의 x축과 평행한 라인 상에 위치하는 화소군에서는, 반사각은, 길이 방향 위치(y)에 따른 어떤 각도로 일정해진다.
여기서, 이차원 카메라(103)의 설치각이 금속대 표면을 대하여 수직이 되면, 도 4를 참고로 생각하면 명백해진 바와 같이, 촬상 화상에서의 반사각의 변화 모습은, 이차원 카메라(103)의 광축과 금속대 표면의 교선을 기준으로 대칭이 된다. 따라서, 보다 많은 반사각(θ)의 기여를 촬상 화상 내에 포함시키기 위해서는, 이차원 카메라(103)를 금속대 표면의 법선 방향에 대하여 기울여서 설치하는 것이 바람직하고, 조명광의 정반사가 촬상 시야의 길이 방향의 단부 근방(도 4의 하단에서의 y=y1 또는 y=yM의 근방)에 위치하도록 이차원 카메라(103)를 배치하는 것이, 더욱 바람직하다.
여기서, 도 2 및 도 4에서는, 측정 대상물인 금속대(S)의 표면이 수평해져 있는 경우를 예로 들어 설명을 행했지만, 도 5에 도시한 바와 같이, 측정 대상물인 금속대(S)의 표면이 만곡되어 있는 위치에서, 측정 처리를 행하는 것이 더욱 바람직하다. 금속대(S)의 표면이 만곡되어 있는 위치의 상세에 대해서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 금속대(S)가 반송 롤(11)에 권취되어 반송 방향이 변화하고 있는 장소(롤 권취부) 등을 들 수 있다. 이러한 곡면에서 측정을 행함으로써, 도 6에 도시한 바와 같이, 촬상 화상 중에는, 보다 많은 반사각(θ)의 기여가 포함되게 된다.
즉, 도 6의 하단에 도시한 바와 같이, 금속대(S)의 표면이 만곡되어 있음으로써, 반사각(θ)은 의해 큰 값이 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 6의 상단에 도시한 바와 같은 금속대(S)의 표면이 수평한 경우에 비해 보다 많은 각도 변화가 발생하게 되고, 결과적으로, 보다 많은 반사각(θ)의 기여가 촬상 화상 중에 포함되게 된다.
이상, 도 2 내지 도 6을 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 측정 장치(100)에 대해서, 상세하게 설명하였다.
(연산 처리 장치에 대해서)
계속해서, 도 7을 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 연산 처리 장치(200)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 도 7은, 본 실시 형태에 따른 연산 처리 장치(200)의 구성의 일례를 도시한 블록도이다.
본 실시 형태에 따른 연산 처리 장치(200)는, 측정 장치(100)에 의한 반사광의 휘도의 측정값(즉, 휘도 데이터)에 기초하여, 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 장치이다. 이 연산 처리 장치(200)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 데이터 취득부(201)와, 측정 제어부(203)와, 데이터 처리부(205)와, 표시 제어부(207)와, 기억부(209)를 주로 구비한다.
데이터 취득부(201)는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 통신 장치 등에 의해 실현된다. 데이터 취득부(201)는, 측정 장치(100)에 의해 생성되고, 측정 장치(100)로부터 출력된 반사광의 휘도 데이터(즉, 촬상 화상의 실체 데이터)를 취득하고, 후술하는 데이터 처리부(205)에 전송한다. 데이터 취득부(201)가 취득하는 휘도 데이터는, 상기한 바와 같이, 동일 시야에 대해서 복수의 촬상 화상으로 구성되는 복수 조분(복수 시야분)의 휘도 데이터로 되어 있다. 또한, 데이터 취득부(201)는, 취득한 반사광의 휘도 데이터에, 상기 데이터를 취득한 일시 등에 관한 시각 정보를 관련지어서, 이력 정보로서 후술하는 기억부(209)에 저장해도 좋다.
측정 제어부(203)는, CPU, ROM, RAM, 통신 장치 등에 의해 실현된다. 측정 제어부(203)는, 본 실시 형태에 따른 측정 장치(100)에 의한 금속대(S)의 측정 제어를 실시한다. 보다 상세하게는, 측정 제어부(203)는, 금속대(S)의 측정을 개시할 경우에, 조명 광원(101)에 대하여, 조명광의 조사를 개시시키기 위한 제어 신호를 송출한다.
또한, 조명 광원(101)이 금속대(S)의 표면에 대하여 각 조명광의 조사를 개시하면, 측정 제어부(203)는, 금속대(S)와 측정 장치(100)의 사이의 상대적인 위치를 변화시키는 구동 기구에 설치된 인코더(13)로부터 정기적으로 송출되는 PLG 신호(예를 들어, 금속대(S)가 1mm 이동할 때마다 등에 출력되는 PLG 신호)에 기초하여, 파장 선택 기구(105) 및 이차원 카메라(103)에 대하여, 도 3에서 설명한 바와 같은 각종 제어 신호를 송출한다.
이에 의해, 측정 장치(100)는, 금속대(S)의 반송 방향의 각 위치에서의 측정 데이터인 촬상 화상을 생성하는 것이 가능해진다.
데이터 처리부(205)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM, 통신 장치 등에 의해 실현된다. 데이터 처리부(205)는, 측정 장치(100)에 의해 생성된 반사광의 촬상 화상을 이용하고, 각 반사광의 촬상 화상에 대하여 이하에서 설명하는 바와 같은 데이터 처리를 행함으로써, 금속대(S)의 표면 성상을 지표화한다. 데이터 처리부(205)는, 금속대(S)의 표면 성상의 지표화 처리를 종료하면, 얻어진 처리 결과에 관한 정보를, 표시 제어부(207)에 전송한다.
또한, 이 데이터 처리부(205)에 대해서는, 이하에서 상세하게 설명한다.
표시 제어부(207)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM, 출력 장치 등에 의해 실현된다. 표시 제어부(207)는, 데이터 처리부(205)로부터 전송된, 금속대(S)의 표면 성상의 지표화 결과를 포함하는 각종 처리 결과를, 연산 처리 장치(200)가 구비하는 디스플레이 등의 출력 장치나 연산 처리 장치(200)의 외부에 설치된 출력 장치 등에 표시할 때의 표시 제어를 행한다. 이에 의해, 표면 성상 지표화 장치(10)의 이용자는, 금속대(S)의 표면 성상에 관한 지표화 결과 등과 같은 각종 처리 결과를, 그 자리에서 파악하는 것이 가능해진다.
기억부(209)는, 예를 들어 본 실시 형태에 따른 연산 처리 장치(200)가 구비하는 RAM이나 스토리지 장치 등에 의해 실현된다. 기억부(209)에는, 본 실시 형태에 따른 연산 처리 장치(200)가, 어떠한 처리를 행할 때에 보존할 필요가 발생한 여러가지 파라미터나 처리의 도중 경과 등, 또는, 각종 데이터베이스나 프로그램 등이 적절히 기록된다. 이 기억부(209)는, 데이터 취득부(201), 측정 제어부(203), 데이터 처리부(205), 표시 제어부(207) 등이, 자유롭게 데이터의 리드/라이트 처리를 행하는 것이 가능하다.
<데이터 처리부에 대해서>
계속해서, 도 8 내지 도 13을 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 연산 처리 장치(200)가 구비하는 데이터 처리부(205)의 구성의 일례에 대해서 상세하게 설명한다. 도 8은, 본 실시 형태에 따른 연산 처리 장치가 구비하는 데이터 처리부의 구성의 일례를 도시한 블록도이다. 도 9는, 본 실시 형태에 따른 촬상 화상의 재구성 처리를 설명하기 위한 설명도이다. 도 10은, 본 실시 형태에 따른 촬상 화상의 재구성 처리를 설명하기 위한 설명도이다. 도 11은, 본 실시 형태에 따른 처리 대상 화상을 사용하는 것의 이점을 설명하기 위한 설명도이다. 도 12a 내지 도 12d는, 본 실시 형태에 따른 특징량의 가공 처리 및 표면 성상의 지표화 처리를 설명하기 위한 설명도이다. 도 13은, 본 실시 형태에 따른 다른 특징량의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
본 실시 형태에 따른 데이터 처리부(205)는, 데이터 취득부(201)가 취득한 촬상 화상의 데이터(복수 분류의 휘도 데이터)를 이용하여, 측정 대상물인 금속대(S)의 표면 성상을 지표화하는 처리부이다. 이 데이터 처리부(205)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 화상 재구성부(221)와, 특징량 가공부(223)와, 표면 성상 지표화부(225)와, 결과 출력부(227)를 구비한다.
화상 재구성부(221)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM 등에 의해 실현된다. 화상 재구성부(221)는, 측정 장치(100)에 의해 생성된 복수의 촬상 화상을 복수 조분 이용하고, 이들 복수 조분의 촬상 화상을 재구성한다. 이에 의해, 화상 재구성부(221)는, 반사광의 파장과 반사광의 반사각이 서로 공통되고, 또한, 측정 대상물의 상이한 시야 위치에 대응하는 화소로 구성되는 처리 대상 화상을, 반사광의 파장과 반사광의 반사각의 조합마다 생성한다. 이하, 이 화상 재구성부(221)에서의 화상 재구성 처리에 대해서, 도 9를 참조하면서 구체적으로 설명한다.
상술한 바와 같이, 측정 장치(100)에 의해 생성된 1매의 촬상 화상은, 반사광의 파장이 λj(j=1 내지 N)인 경우에서의 화상으로 되어 있고, 촬상 화상의 측정 대상물 길이 방향에 대응하는 방향에서는, 반사각이 서로 상위한 것으로 되어 있다. 이하의 설명에서는, 도 9의 좌측에 도시한 바와 같이, 촬상 화상의 측정 대상물 길이 방향에 대응하는 방향을, y 방향이라 칭한다. 이 경우에, 촬상 화상은, y=y1 내지 yM에 대응되는 화소로 구성되어 있는 것으로 하고, y=y1의 위치에 대응하는 반사각을 θ1로 하고, y=yM의 위치에 대응하는 반사각을 θM으로 한다.
상술한 바와 같이, 측정 장치(100)에서는, 어느 타이밍(t=tk)에 있어서, 반사광의 파장이 λj(j=1 내지 N)로 공통이 되는 N매의 촬상 화상이 생성되고, 계속되는 타이밍(t=tk+1)에 있어서, 반사광의 파장이 λj(j=1 내지 N)로 공통이 되는 N매의 촬상 화상이 생성된다. 화상 재구성부(221)는, 이러한 복수의 촬상 화상의 데이터를 취득하면, 먼저, 각각의 촬상 화상으로부터 (파장 λj, 반사각 θl)(j=1 내지 N, l=1 내지 M)의 공통되는 화소의 라인(도 9에서는, 동일한 y좌표를 갖는 화소의 라인)을 추출한다. 그 후, 화상 재구성부(221)는, 추출한 화소 라인을 촬상 타이밍(t)순으로 다시 배열하고, 도 9의 우측에 도시한 바와 같은 처리 대상 화상을 생성한다. 그 결과, 도 9에 도시한 예에서는, 각 촬상 타이밍(t)에서 N매 생성되는 촬상 화상이 재구성되고, 전체적으로, (λj, θl)(j=1 내지 N, l=1 내지 M)의 공통되는 N×M매의 처리 대상 화상이 생성된다.
여기서, 처리 대상 화상의 크기는, 적절히 결정하는 것이 가능하다. 예를 들어 1매의 처리 대상 화상의 길이 방향(y 방향)이 H 화소로 구성된다고 하면, t=tk 내지 tk+H-1의 사이에 생성된 화상(λ1) 내지 화상(λN)을 이용하여, N×M매의 처리 대상 화상이 생성된다.
상기와 같이 해서 생성되는 각 처리 대상 화상에서는, 도 10에 모식적으로 도시한 바와 같이, 처리 대상 화상을 구성하는 화소의 휘도값은, 화소의 위치 좌표 외에, 반사광의 파장(λ) 및 반사각(θ)이라는 4개의 파라미터로 관련지어지게 된다.
또한, 1매의 촬상 화상으로부터 뽑아내는 화소 라인수는, 1화소 단위이어도 좋고, 복수 화소를 통합하여 뽑아내서 1매의 처리 대상 화상에 이용해도 좋다. 1매의 촬상 화상으로부터 뽑아내는 화소 라인수에 따라, 생성되는 처리 대상 화상의 길이 방향의 공간 분해능이 규정되게 된다. 이러한 처리를 행함으로써, 일반적으로 사용되는 분광 측색계에 비하여 측정 대상 전체면의 공간 분해능이 높은 화상을 구석구석까지 생성하는 것이 가능해진다.
화상 재구성부(221)는, 이와 같이 하여 생성한 복수의 처리 대상 화상을, 후술하는 특징량 가공부(223)에 출력한다. 또한, 후술하는 특징량 가공부(223)에 의한 특징량의 가공 처리를 실시하지 않을 경우에는, 화상 재구성부(221)는, 생성한 복수의 처리 대상 화상을, 후술하는 표면 성상 지표화부(225)에 출력해도 좋다. 또한, 화상 재구성부(221)는, 생성한 복수의 처리 대상 화상을 후술하는 결과 출력부(227)에 출력하여, 재구성한 처리 대상 화상 바로 그것을 유저에게 통지시켜도 좋다.
여기서, 도 11을 참조하면서, 화상 재구성부(221)에 의해 생성되는 처리 대상 화상을 이용하는 것의 이점에 대해서 간단하게 설명한다.
측정 대상물의 표면으로부터의 광을 이용하여, 측정 결과에 기초하여 측정 대상물의 표면에 대하여 어떠한 판단을 행하자고 할 때, 측정 대상물로부터의 회절광을 이용할 경우에는, 측정 대상물의 표면으로부터의 반사광의 수광각 의존성에 주목할 필연성은 없다. 마찬가지로, 주목하는 측정 대상물에 있어서, 반사광 강도의 파장 의존성이 작은 경우에는, 반사광의 파장을, 특정한 파장 대역에만 주목해서 해석하거나, 또는, R 성분, G 성분, B 성분과 같이, 어느 정도의 확산을 갖는 파장 대역에서 대충 구분해서 해석하면 충분하다.
반면, 이전부터 언급하고 있는 티타늄 또는 티타늄 합금이나, 일부의 스테인리스 강판 등에서는, 측정에 사용하는 조명광의 파장이나 반사광의 수광각에 따라, 반사광 강도가 크게 변동되어버린다.
도 11은, 표면에 산화막이 존재하고 있는 티타늄으로부터의 반사광 강도를 측정했을 경우의 반사광 강도의 변화 모습을 나타낸 것이며, 평행광인 조명광이, 45°의 입사각으로 상기 티타늄에 입사되었을 경우의 반사 상대 강도를 측정한 결과이다. 도 11에서는, 반사 상대 강도로서, 표준 백색판에 대한 반사 강도 측정값을 기준으로 했을 때의 상대 강도를 나타내고 있다. 표면에 산화막이 존재하는 티타늄으로부터의 반사 강도는, 표면에 존재하는 산화막에서의 간섭에 기인하여 특정한 파장으로 광의 흡수가 발생하고 있고, 도 11로부터 명백해진 바와 같이, 조명광의 파장이나 수광각에 따라서 복잡하게 변화하고 있다.
이러한 측정 대상물의 표면 성상을 지표화할 경우, 수광각을 어느 값으로 고정하여 측정하는 것은, 도 11의 3차원 그래프를 어느 특정한 값의 수광각에 대응하는 평면에서 절단한 단면에 주목하는 것에 대응한다. 마찬가지로, 조명광의 파장을 어느 값을 고정해서 측정하는 것은, 도 11의 3차원 그래프를 어느 특정한 값의 파장에 대응하는 평면에서 절단한 단면에 주목하는 것에 대응한다. 따라서, 이러한 측정 대상물의 표면 성상을 지표화할 때, 조명광의 파장이나 수광각을 어느 특정한 값으로 고정했을 경우에는, 도 11에 나타낸 바와 같은 복잡한 반사광 강도의 영향을, 지표화 시에 적절하게 반영시킬 수는 없다.
즉, 도 11에 나타낸 바와 같은, 반사광 강도가 수광각이나 조명광 파장에 크게 의존하는 측정 대상물의 표면 성상을 지표화할 때에는, 주목하는 화소 위치에서의 반사광의 휘도값이, 주위의 화소와 어떻게 상이한지에 주목하는 것이 중요해진다. 이 때, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같은 처리 대상 화상을 이용함으로써, 조명광의 파장 및 수광각이라는 측정 조건의 임의의 조합에 대해서, 용이하게 주목할 수 있다. 또한, 이러한 처리 대상 화상을 이용함으로써, 조명광의 파장 및 수광각이라는 측정 조건을 정렬시킨 뒤에서의 화소끼리의 비교를, 매우 용이하게 실시하는 것이 가능해진다. 그 결과, 주목하는 측정 대상물의 표면 성상을, 보다 고정밀도로 지표화하는 것이 가능해진다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같은 재구성 처리에 의해 생성되는 처리 대상 화상에는, 각 촬상 화상이 본래적으로 갖고 있는 여러가지 정보가 유지되어 있다. 바꾸어 말하면, 상기 처리 대상 화상에서는, 하나의 화소에 대하여, 각 촬상 화상이 갖고 있는 다차원의 정보가 집약되어 있다. 그로 인해, 이러한 처리 대상 화상을 이용함으로써, 여러가지 관점에서의 표면 성상의 지표화를 행하는 것이 가능해진다.
예를 들어, 컬러 도장 강판, 라미네이트 강판, 도금 강판 등에 있어서도, 고객 요구의 다양화에 따라, 표면 성상을 보다 세세하게 분류해 가는 것(예를 들어, 보다 고도인 미관 레벨에서의 분류 등)이 요구되게 되는 경우를 생각할 수 있다. 그 경우에도, 상기와 같은 재구성 처리에 의해 생성되는 처리 대상 화상을 사용함으로써, 측정 대상물에서의 표면 성상의 보다 세세한 분류를, 용이하게 실시하는 것이 가능해진다.
이상, 화상 재구성부(221)에 의해 생성되는 처리 대상 화상을 이용하는 것의 이점에 대해서 간단하게 설명하였다.
특징량 가공부(223)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM 등에 의해 실현된다. 특징량 가공부(223)는, 화상 재구성부(221)에 의해 생성된 복수의 처리 대상 화상을 이용하고, 이들 처리 대상 화상으로부터 추출된, 반사광의 파장 및 반사각으로 규정되는 제1 특징량 공간에서의 특징량을, 이 제1 특징량 공간보다도 차원수가 적은 제2 특징량 공간에서의 특징량으로 가공한다.
일반적으로, 어떤 화상을 구성하는 화소의 휘도값은, 통상, 화소의 위치 좌표에만 관련지어진 것이다. 한편, 화상 재구성부(221)에 의해 생성되는 처리 대상 화상에서는, 앞서 언급한 바와 같이, 처리 대상 화상을 구성하는 화소의 휘도값은, 화소의 위치 좌표 외에, 반사광의 파장(λ) 및 반사각(θ)이라는 4개의 파라미터로 관련지어져 있다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태에서 이용하는 처리 대상 화상은, 좌표(x, y) 단위로, M개의 반사각과 N개의 분광(즉, 반사광의 파장)에 관한 정보를 갖고 있으므로, 휘도값 바로 그것을 N×M차원 함수의 특징량으로서 생각할 수 있다. 그로 인해, 이들 화소 단위의 N×M차원 정보를 이용함으로써, 종래의 RGB 화상 등에서는 파악할 수 없었던 미묘한 색조의 변화를, 화상으로서 파악하는 것이 가능해진다.
그러나, N×M차원 정보를 그대로 이용했을 경우에는, 매우 고차원의 특징량 공간을 고려하게 되므로, 연산 처리 장치(200)가 이용 가능한 리소스 환경 등에 따라서는, 처리에 부하가 걸리는 경우도 생각할 수 있다. 따라서, 특징량 가공부(223)는, 화소 좌표와, 파장·반사각의 N×M차원의 정보로 규정되는 특징량 공간(제1 특징량 공간)에서의 휘도값(처리 대상 화상의 특징량)을, 제1 특징량 공간보다도 차원수가 낮은 특징량 공간(제2 특징량 공간)에서의 특징량으로 가공한다. 이에 의해, 원래의 특징량 공간을 이용한 처리에 비해, 보다 간편하게 표면 성상의 지표화를 행하는 것이 가능해진다.
특징량 공간을 가공하는 방법에 대해서는, 공지된 방법을 이용하는 것이 가능하고, 특별히 한정되지 않는다. 이러한 방법 중 하나로, 주성분 분석을 들 수 있다. 주성분 분석을 이용해서 N×M차원의 정보 집합체로서 규정되는 제1 특징량 공간을 가공함으로써, 예를 들어 제1 주성분 및 제2 주성분이라는 2차원의 특징량 공간으로, 정보를 압축하는 것이 가능해진다.
또한, 이러한 특징량의 가공 처리는 필요에 따라 실시하면 좋고, 연산 처리 장치(200)에서 처리 대상 화상으로부터 추출되는 높은 차원의 특징량을 그대로 이용해서 처리를 행하는 것이 가능한 것이라면, 특징량의 가공 처리는 행하지 않아도 좋다.
특징량 가공부(223)는, 필요에 따라 특징량의 가공을 행하면, 가공 후의 특징량을 후술하는 표면 성상 지표화부(225)에 출력한다.
표면 성상 지표화부(225)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM 등에 의해 실현된다. 표면 성상 지표화부(225)는, 화상 재구성부(221)에 의해 생성된 복수의 처리 대상 화상에 기초하여, 주목하고 있는 측정 대상물의 표면 성상을 지표화한다. 이 때, 특징량 가공부(223)에 의해 특징량의 가공이 행해지고 있는 경우에는, 표면 성상 지표화부(225)는, 가공 후의 특징량(제2 특징량 공간에서의 특징량)을 이용하여, 표면 성상의 지표화를 행해도 좋다.
여기서, 표면 성상 지표화부(225)에 의해 지표화되는 표면 성상은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 측정 대상물의 표면에서의 색조나 명도, 측정 대상물의 표면의 요철 상태 등을 포함하는 표면 형상 등을 들 수 있다.
또한, 표면 성상 지표화부(225)는, 측정 대상물의 표면 성상을 지표화할뿐만 아니라, 얻어진 지표를 이용하여, 측정 대상물의 표면 성상을 판별하는 것도 가능하다.
이하, 표면 성상 지표화부(225)에서의 처리에 대해서, 도 12a 내지 도 12d를 참조하면서 설명한다.
화상 재구성부(221)에서 생성된 처리 대상 화상을 구성하는 휘도값은, 상술한 바와 같이 특징량으로서 이용 가능한 것이며, 이 휘도값 바로 그것을, 표면 성상을 지표화한 것으로서 파악할 수 있다. 이러한 휘도값은, 도 12a에 모식적으로 도시한 바와 같이, 매우 높은 차원의 특징량 공간에서의 1개의 점에 대응하는 것이다. 이와 같이, 표면 성상 지표화부(225)는, 처리 대상 화상을 구성하는 각 화소의 휘도값을, 측정 대상물의 표면 성상을 지표화한 것으로서 다루는 것이 가능하다.
또한, 표면 성상 지표화부(225)는, 예를 들어 도 12b에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 특징량 공간에서의 거리(L)(예를 들어, L2 노름 등)를 산출함으로써, 측정 대상물의 표면 성상을 지표화해도 좋다.
여기서, 표면 성상 지표화부(225)는, 추출된 특징량을 이용하여, 표면 성상의 판정을 행할 수도 있다. 이 경우에는, 예를 들어 도 12c에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 과거의 조업 데이터와 그 평가 결과의 조합을 교사 데이터로서 이용하고, 공지된 기계 학습 기술이나 패턴 학습 기술 등에 의해, 특징량 공간에서의 정상 영역(정상 판정 영역)과 이상 영역(이상 판정 영역)을 구분하는 판별 경계를 미리 결정해 둔다. 그리고 나서, 표면 성상 지표화부(225)는, 주목하는 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량이, 정상 영역 또는 이상 영역의 어느 쪽에 포함될지를 판별함으로써, 표면 성상을 판별하는 것이 가능해진다.
이러한 기계 학습 기술·패턴 학습 기술은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 교사 데이터를 이용해서 서포트 벡터 식별기(Support Vector Classifier: SVC)를 구축하는, 교사 데이터를 이용해서 결정 트리(decision tree)나 디시전·테이블(decision table)을 제작하는 등과 같은 방법을 들 수 있다.
또한, 표면 성상 지표화부(225)는, 예를 들어 도 12d에 모식적으로 도시한 바와 같이, 특징량 가공부(223)에 의해 차원 압축된 특징량(제2 특징량)을 이용하여, 상기와 같은 지표화 처리나 판별 처리를 행해도 좋다.
또한, 표면 성상 지표화부(225)는, 처리 대상 화상을 구성하는 휘도값을 이용해서 새로운 특징량을 이차적으로 산출하고, 산출한 이차적인 특징량을 이용하여, 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하거나, 표면 성상을 판별하거나 해도 좋다. 이러한 2차 특징량에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 휘도값을 이용해서 산출 가능한 공지된 특징량을 이용하는 것이 가능하다.
상기와 같은 2차 특징량으로서, 예를 들어 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 상기 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 변동 정도(예를 들어, 분산값 등의 통계량)를 들 수 있다. 예를 들어 도 13에 모식적으로 도시한 바와 같이, 처리 대상 화상에서의 주목하는 화소 P에 대해서, 화소 P를 중심으로 하는 p 화소×q 화소로 이루어지는 직사각형 영역을 설정하고, 직사각형 영역에서의 화소 P의 휘도값의 분산값을 산출하여, 상기의 2차 특징량으로 해도 좋다. 여기서, 주목하는 직사각형 영역의 크기는, 특별히 한정되지 않고, 도 13에 도시한 바와 같은 5화소×5화소의 정사각형 영역으로 해도 좋고, p≠q인 바와 같은 직사각형의 영역으로 해도 좋다.
또한, 상기와 같은 2차 특징량으로서, 예를 들어 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 상기 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 구배를 들 수 있다. 예를 들어 도 13에 모식적으로 도시한 바와 같이, 처리 대상 화상에서의 주목하는 화소 P에 대해서, 화소 P를 중심으로 하여, 0도 방향, 45도 방향, 90도 방향, ···, 275도 방향과 같은 방향에 주목한다. 이들 방향에 대해서, 주위에 위치하는 화소의 휘도값이 어느 정도 변화하고 있는지를 산출하여, 구배의 크기로 할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 구배의 수치군(이 수치군은, 방향과 구배의 크기가 관련지어진 벡터량이 된다)을, 상기의 2차 특징량으로 해도 좋다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화부(225)는, 도 9에 모식적으로 도시한 바와 같은, 여러가지 반사광의 파장이나 반사각에 기초하는 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량을 이용하여, 특징량을 통합적으로 처리함으로써, 측정 대상물의 표면 성상을 지표화한다.
표면 성상 지표화부(225)는, 이상과 같이 해서 얻어진 지표화 결과나 판별 결과를, 후술하는 결과 출력부(227)에 출력한다.
결과 출력부(227)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM 등에 의해 실현된다. 결과 출력부(227)는, 표면 성상 지표화부(225)로부터 출력된 측정 대상물의 표면 성상의 지표화 결과나 판별 결과 등에 관한 정보를, 표시 제어부(207)에 출력한다. 이에 의해, 측정 대상물인 금속대(S)의 표면 성상에 관한 정보가, 표시부(도시하지 않음)에 출력된다. 또한, 결과 출력부(227)는, 얻어진 지표화 결과나 판별 결과 등을, 제조 관리용 프로세스 컴퓨터 등의 외부 장치에 출력해도 좋고, 얻어진 지표화 결과를 이용하여, 제품에 관한 각종 장부나 전표를 작성해도 좋다. 또한, 결과 출력부(227)는, 표면 성상의 지표화 결과나 판별 결과 등에 관한 정보를, 상기 정보를 산출한 일시 등에 관한 시각 정보와 관련지어서, 기억부(209) 등에 이력 정보로서 저장해도 좋다.
이상, 본 실시 형태에 따른 연산 처리 장치(200)의 기능의 일례를 나타냈다. 상기의 각 구성 요소는, 범용적인 부재나 회로를 사용해서 구성되어 있어도 좋고, 각 구성 요소의 기능에 특화한 하드웨어에 의해 구성되어 있어도 좋다. 또한, 각 구성 요소의 기능을, CPU 등이 모두 행해도 좋다. 따라서, 본 실시 형태를 실시하는 때때로의 기술 레벨에 따라, 적절히, 이용하는 구성을 변경하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 바와 같이 본 실시 형태에 따른 연산 처리 장치의 각 기능을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램을 제작하여, 퍼스널 컴퓨터 등에 실장하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장된, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체도 제공할 수 있다. 기록 매체는, 예를 들어 자기 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, 플래시 메모리 등이다. 또한, 상기의 컴퓨터 프로그램은, 기록 매체를 사용하지 않고, 예를 들어 네트워크를 통해서 배포해도 좋다.
이상, 도 1 내지 도 13을 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치에 대해서 상세하게 설명하였다.
(표면 성상 지표화 방법에 대해서)
계속해서, 도 14를 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 방법의 흐름의 일례에 대해서 간단하게 설명한다. 도 14는, 본 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 방법의 흐름의 일례를 나타낸 흐름도이다.
먼저, 표면 성상 지표화 장치(10)의 측정 장치(100)는, 연산 처리 장치(200)의 측정 제어부(203)의 제어하에서, 측정 대상물인 금속대(S)의 표면의 소정 영역을, 촬상 장치에 결상시키는 반사광의 파장을 제어하면서 촬상하고(스텝 S101), 금속대(S)의 표면의 동일 시야에 대하여, 복수의 상이한 파장에 각각 대응하는 복수의 촬상 화상을 생성함과 함께, 시야를 어긋나게 하면서, 복수의 촬상 화상을 순차 복수 조 생성한다. 그 후, 측정 장치(100)는, 생성한 복수의 촬상 화상의 복수 조을, 연산 처리 장치(200)에 출력한다.
연산 처리 장치(200)의 데이터 취득부(201)는, 측정 장치(100)로부터 출력된, 동일 시야에 대해서 복수의 촬상 화상으로 구성되는 복수 분류의 휘도 데이터를 취득하면, 취득한 휘도 데이터를, 데이터 처리부(205)의 화상 재구성부(221)에 출력한다.
연산 처리 장치(200)의 화상 재구성부(221)는, 측정 장치(100)에 의해 생성된 복수 분류의 촬상 화상을, 앞서 설명한 방법에 의해 재구축하여, 복수의 처리 대상 화상을 생성한다(스텝 S103). 그 후, 화상 재구성부(221)는, 생성한 복수의 처리 대상 화상을, 특징량 가공부(223) 및 표면 성상 지표화부(225)에 출력한다.
연산 처리 장치(200)의 특징량 가공부(223)는, 필요에 따라, 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출되는 특징량을 가공하고(스텝 S105), 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량의 차원을 압축한다. 특징량 가공부(223)는, 특징량의 가공 처리를 행한 경우, 가공 후의 특징량에 관한 정보를, 표면 성상 지표화부(225)에 출력한다.
연산 처리 장치(200)의 표면 성상 지표화부(225)는, 얻어진 특징량에 기초하여, 측정 대상물의 표면 성상을 지표화한다(스텝 S107). 또한, 표면 성상 지표화부(225)는, 얻어진 지표화 결과를 이용하여, 또한, 표면 성상의 판별을 행해도 좋다. 표면 성상 지표화부(225)는, 지표화에 관한 결과가 얻어지면, 얻어진 결과를 결과 출력부(227)에 출력한다.
결과 출력부(227)는, 표면 성상 지표화부(225)로부터 표면 성상에 관한 정보가 출력되면, 얻어진 결과를, 유저나 외부에 설치된 각종 기기에 출력한다(스텝 S109). 이에 의해, 유저는, 측정 대상물의 금속대(S)의 표면 성상에 관한 결과를 파악하는 것이 가능해진다.
이상, 도 14를 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 표면 성상 지표화 장치(10)로 실시되는 표면 성상 지표화 방법의 일례에 대해서 간단하게 설명하였다.
(하드웨어 구성에 대해서)
이어서, 도 15를 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 따른 연산 처리 장치(200)의 하드웨어 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 도 15는, 본 발명의 실시 형태에 따른 연산 처리 장치(200)의 하드웨어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
연산 처리 장치(200)는, 주로, CPU(901)와, ROM(903)과, RAM(905)을 구비한다. 또한, 연산 처리 장치(200)는, 또한, 버스(907)와, 입력 장치(909)와, 출력 장치(911)와, 스토리지 장치(913)와, 드라이브(915)와, 접속 포트(917)와, 통신 장치(919)를 구비한다.
CPU(901)는, 연산 처리 장치 및 제어 장치로서 기능하고, ROM(903), RAM(905), 스토리지 장치(913) 또는 리무버블 기록 매체(921)에 기록된 각종 프로그램에 따라, 연산 처리 장치(200) 내의 동작 전반 또는 그 일부를 제어한다. ROM(903)은, CPU(901)가 사용하는 프로그램이나 연산 파라미터 등을 기억한다. RAM(905)은, CPU(901)가 사용하는 프로그램이나, 프로그램의 실행에서 적절히 변화하는 파라미터 등을 1차 기억한다. 이들은 CPU 버스 등의 내부 버스에 의해 구성되는 버스(907)에 의해 서로 접속되어 있다.
버스(907)는, 브리지를 개재하여, PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface) 버스 등의 외부 버스에 접속되어 있다.
입력 장치(909)는, 예를 들어 마우스, 키보드, 터치 패널, 버튼, 스위치 및 레버 등 유저가 조작하는 조작 수단이다. 또한, 입력 장치(909)는, 예를 들어 적외선이나 그 밖의 전파를 이용한 리모트 컨트롤 수단(소위, 리모콘)이어도 좋고, 연산 처리 장치(200)의 조작에 대응한 PDA 등의 외부 접속 기기(923)이어도 좋다. 또한, 입력 장치(909)는, 예를 들어 상기의 조작 수단을 이용해서 유저에 의해 입력된 정보에 기초하여 입력 신호를 생성하고, CPU(901)에 출력하는 입력 제어 회로 등으로 구성되어 있다. 표면 성상 지표화 장치(10)의 유저는, 이 입력 장치(909)를 조작함으로써, 연산 처리 장치(200)에 대하여 각종 데이터를 입력하거나 처리 동작을 지시하거나 할 수 있다.
출력 장치(911)는, 취득한 정보를 유저에게 시각적 또는 청각적으로 통지하는 것이 가능한 장치로 구성된다. 이러한 장치로서, CRT 디스플레이 장치, 액정 디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치, EL 디스플레이 장치 및 램프 등의 표시 장치나, 스피커 및 헤드폰 등의 음성 출력 장치나, 프린터 장치, 휴대 전화기, 팩시밀리 등이 있다. 출력 장치(911)는, 예를 들어 연산 처리 장치(200)가 행한 각종 처리에 의해 얻어진 결과를 출력한다. 구체적으로는, 표시 장치는, 연산 처리 장치(200)가 행한 각종 처리에 의해 얻어진 결과를, 텍스트 또는 이미지로 표시한다. 한편, 음성 출력 장치는, 재생된 음성 데이터나 음향 데이터 등으로 이루어지는 오디오 신호를 아날로그 신호로 변환해서 출력한다.
스토리지 장치(913)는, 연산 처리 장치(200)의 기억부의 일례로서 구성된 데이터 저장용의 장치이다. 스토리지 장치(913)는, 예를 들어 HDD(Hard Disk Drive) 등의 자기 기억부 디바이스, 반도체 기억 디바이스, 광 기억 디바이스 또는 광자기 기억 디바이스 등에 의해 구성된다. 이 스토리지 장치(913)는, CPU(901)가 실행하는 프로그램이나 각종 데이터 및 외부로부터 취득한 각종 데이터 등을 저장한다.
드라이브(915)는, 기록 매체용 리더 라이터이며, 연산 처리 장치(200)에 내장, 또는 외장된다. 드라이브(915)는, 장착되어 있는 자기 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크 또는 반도체 메모리 등의 리무버블 기록 매체(921)에 기록되어 있는 정보를 판독하여, RAM(905)에 출력한다. 또한, 드라이브(915)는, 장착되어 있는 자기 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크 또는 반도체 메모리 등의 리무버블 기록 매체(921)에 기록을 기입하는 것도 가능하다. 리무버블 기록 매체(921)는, 예를 들어 CD 미디어, DVD 미디어, Blu-ray 미디어 등이다. 또한, 리무버블 기록 매체(921)는, 컴팩트 플래시(등록 상표)(CompactFlash: CF), 플래시 메모리, 또는, SD 메모리 카드(Secure Digital memory card) 등이어도 좋다. 또한, 리무버블 기록 매체(921)는, 예를 들어 비접촉형 IC 칩을 탑재한 IC 카드(Integrated Circuit card) 또는 전자 기기 등이어도 좋다.
접속 포트(917)는, 기기를 연산 처리 장치(200)에 직접 접속하기 위한 포트이다. 접속 포트(917)의 일례로서, USB(Universal Serial Bus) 포트, IEEE1394 포트, SCSI(Small Computer System Interface) 포트, RS-232C 포트 등이 있다. 이 접속 포트(917)에 외부 접속 기기(923)를 접속함으로써, 연산 처리 장치(200)는, 외부 접속 기기(923)로부터 직접 각종 데이터를 취득하거나, 외부 접속 기기(923)에 각종 데이터를 제공하거나 한다.
통신 장치(919)는, 예를 들어 통신망(925)에 접속하기 위한 통신 디바이스 등으로 구성된 통신 인터페이스이다. 통신 장치(919)는, 예를 들어 유선 또는 무선 LAN(Local Area Network), Bluetooth(등록 상표), 또는 WUSB(Wireless USB)용의 통신 카드 등이다. 또한, 통신 장치(919)는, 광통신용의 라우터, ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)용의 라우터, 또는, 각종 통신용의 모뎀 등이어도 좋다. 이 통신 장치(919)는, 예를 들어 인터넷이나 다른 통신기기의 사이에서, 예를 들어 TCP/IP 등의 소정의 프로토콜에 의거해서 신호 등을 송수신할 수 있다. 또한, 통신 장치(919)에 접속되는 통신망(925)은, 유선 또는 무선에 의해 접속된 네트워크 등에 의해 구성되고, 예를 들어 인터넷, 가정 내 LAN, 적외선 통신, 라디오파 통신 또는 위성 통신 등이어도 좋다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 따른 연산 처리 장치(200)의 기능을 실현 가능한 하드웨어 구성의 일례를 나타냈다. 상기의 각 구성 요소는, 범용적인 부재를 사용해서 구성되어 있어도 좋고, 각 구성 요소의 기능에 특화한 하드웨어에 의해 구성되어 있어도 좋다. 따라서, 본 실시 형태를 실시하는 때때로의 기술 레벨에 따라, 적절히, 이용하는 하드웨어 구성을 변경하는 것이 가능하다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에서의 통상의 지식을 가진 사람이라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.
10 : 표면 성상 지표화 장치
11 : 반송 롤
13 : 인코더
100 : 측정 장치
101 : 조명 광원
103 : 촬상 장치(이차원 카메라)
105 : 파장 선택 기구
200 : 연산 처리 장치
201 : 데이터 취득부
203 : 측정 제어부
205 : 데이터 처리부
207 : 표시 제어부
209 : 기억부
221 : 화상 재구성부
223 : 특징량 가공부
225 : 표면 성상 지표화부
227 : 결과 출력부

Claims (17)

  1. 측정 대상물의 표면에 대하여 조명광을 조사하고, 상기 측정 대상물의 표면에서의 상기 조명광의 반사광을 파장을 선택하면서 촬상하여, 복수의 촬상 화상을 생성하는 측정 장치와,
    상기 측정 장치에 의해 생성된 복수의 촬상 화상에 기초하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 연산 처리 장치를 구비하고,
    상기 측정 장치는,
    상기 측정 대상물의 표면에 대하여 상기 조명광을 조사하는 조명 광원과,
    상기 측정 대상물의 표면으로부터의 상기 반사광을 촬상하는 촬상 장치와,
    상기 촬상 장치에 결상하는 상기 반사광의 파장을 선택하는 파장 선택 기구를 갖고,
    상기 촬상 장치에 의해 생성되는 상기 촬상 화상은, 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 파장이 동일하고, 또한, 당해 촬상 화상에서의 상기 측정 대상물의 길이 방향에 대응하는 방향에서는 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 반사각이 서로 상이한 화상이며,
    상기 측정 장치에서는, 상기 측정 대상물의 동일한 시야에 대하여, 복수의 상이한 파장에 각각 대응하는 복수의 상기 촬상 화상이 생성됨과 함께, 상기 시야를 어긋나게 하면서, 상기 복수의 촬상 화상이 순차 복수 조 생성되고,
    상기 연산 처리 장치는,
    상기 복수의 촬상 화상을 복수 조분 이용해서 재구성함으로써, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각이 서로 공통되고, 상기 측정 대상물의 상이한 시야 위치에 대응하는 화소로 구성되는 처리 대상 화상을, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각의 조합마다 생성하는 화상 재구성부와,
    상기 화상 재구성부에 의해 생성된 복수의 상기 처리 대상 화상에 기초하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 표면 성상 지표화부를 갖는 표면 성상 지표화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연산 처리 장치는, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량을 가공하는 특징량 가공부를 더 구비하고,
    상기 특징량 가공부는, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된, 상기 반사광의 파장 및 반사각으로 규정되는 제1 특징량 공간에서의 상기 특징량을, 당해 제1 특징량 공간보다도 차원수가 적은 제2 특징량 공간에서의 특징량으로 가공하고,
    상기 표면 성상 지표화부는, 상기 제2 특징량 공간에서의 상기 특징량을 이용하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는, 표면 성상 지표화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 특징량 가공부는, 상기 제1 특징량 공간에서의 특징량에 대하여 주성분 분석을 실시하여, 상기 제1 특징량 공간의 차원수를 상기 제2 특징량 공간의 차원수로 압축하는, 표면 성상 지표화 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 장치는, 상기 측정 대상물의 표면이 만곡되어 있는 위치에서, 상기 측정 대상물의 표면을 촬상하는, 표면 성상 지표화 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파장 선택 기구는, 액정 가변 파장 필터 또는 음향 광학 가변 파장 필터인, 표면 성상 지표화 장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 표면 성상 지표화부는,
    상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량인 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 사용하여, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 당해 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 변동 정도, 및, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 당해 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 구배 중 적어도 어느 하나를 2차적인 특징량으로서 산출하고,
    상기 주목하는 화소 위치에서의 휘도값, 상기 휘도값의 변동 정도, 및, 상기 휘도값의 구배 중 적어도 어느 하나를 사용하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는, 표면 성상 지표화 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 대상물은, 티타늄 또는 티타늄 합금, 스테인리스 강판, 컬러 도장 강판, 라미네이트 강판 또는 도금 강판인, 표면 성상 지표화 장치.
  8. 측정 대상물의 표면에 대하여 조명광을 조사하고, 상기 측정 대상물의 표면에서의 상기 조명광의 반사광을, 촬상 장치에 결상하는 반사광의 파장을 선택하면서 촬상하는 측정 장치에 의해 상기 측정 대상물의 표면을 측정하여, 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 파장이 동일하고, 또한, 촬상 화상에서의 상기 측정 대상물의 길이 방향에 대응하는 방향에서는 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 반사각이 서로 상이한 촬상 화상을, 상기 측정 대상물의 동일한 시야에 대하여, 복수의 상이한 파장에 각각 대응하도록 복수 생성함과 함께, 상기 시야를 어긋나게 하면서, 복수의 상기 촬상 화상을 순차 복수 조 생성하는 측정 스텝과,
    상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 연산 처리 장치에 의해, 상기 측정 장치에 의해 생성된 복수의 촬상 화상을 복수 조분 이용해서 재구성하고, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각이 서로 공통되고, 상기 측정 대상물의 상이한 시야 위치에 대응하는 화소로 구성되는 처리 대상 화상을, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각의 조합마다 생성하는 화상 재구성 스텝과,
    상기 연산 처리 장치에 의해, 상기 화상 재구성 스텝에서 생성된 복수의 상기 처리 대상 화상에 기초하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 표면 성상 지표화 스텝을 포함하는, 표면 성상 지표화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 화상 재구성 스텝과, 상기 표면 성상 지표화 스텝의 사이에, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량을 가공하는 특징량 가공 스텝을 더 포함하고,
    상기 특징량 가공 스텝에서는, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된, 상기 반사광의 파장 및 반사각으로 규정되는 제1 특징량 공간에서의 상기 특징량이, 당해 제1 특징량 공간보다도 차원수가 적은 제2 특징량 공간에서의 특징량으로 가공되고,
    상기 표면 성상 지표화 스텝에서는, 상기 제2 특징량 공간에서의 상기 특징량을 이용하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상이 지표화되는, 표면 성상 지표화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 특징량 가공 스텝에서는, 상기 제1 특징량 공간에서의 특징량에 대하여 주성분 분석이 실시되고, 상기 제1 특징량 공간의 차원수가 상기 제2 특징량 공간의 차원수로 압축되는, 표면 성상 지표화 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 장치는, 상기 측정 대상물의 표면이 만곡되어 있는 위치에서, 상기 측정 대상물의 표면을 촬상하는, 표면 성상 지표화 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 표면 성상 지표화 스텝에서는,
    상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량인 주목하는 화소 위치에서의 휘도값, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 당해 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 변동 정도, 및, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 당해 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 구배 중 적어도 어느 하나가 2차적인 특징량으로서 산출되고,
    상기 주목하는 화소 위치에 있어서의 휘도값, 상기 휘도값의 변동 정도, 및, 상기 휘도값의 구배 중 적어도 어느 하나를 사용하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상이 지표화 되는, 표면 성상 지표화 방법.
  13. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 대상물은, 티타늄 또는 티타늄 합금, 스테인리스 강판, 컬러 도장 강판, 라미네이트 강판 또는 도금 강판인, 표면 성상 지표화 방법.
  14. 측정 대상물의 표면에 대하여 조명광을 조사하고, 상기 측정 대상물의 표면에서의 상기 조명광의 반사광을, 촬상 장치에 결상하는 반사광의 파장을 선택하면서 촬상함으로써, 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 파장이 동일하고, 또한, 촬상 화상에서의 상기 측정 대상물의 길이 방향에 대응하는 방향에서는 상기 촬상 장치에 결상한 상기 반사광의 반사각이 서로 상이한 촬상 화상을, 상기 측정 대상물의 동일한 시야에 대하여, 복수의 상이한 파장에 각각 대응하도록 복수 생성함과 함께, 상기 시야를 어긋나게 하면서, 복수의 상기 촬상 화상을 순차 복수 조 생성하는 측정 장치와 서로 통신 가능한 컴퓨터에,
    복수의 촬상 화상을 복수 조분 이용해서 재구성하고, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각이 서로 공통되고, 상기 측정 대상물의 상이한 시야 위치에 대응하는 화소로 구성되는 처리 대상 화상을, 상기 반사광의 파장과 상기 반사광의 반사각의 조합마다 생성하는 화상 재구성 기능과,
    상기 화상 재구성 기능에 의해 생성된 복수의 상기 처리 대상 화상에 기초하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는 표면 성상 지표화 기능을 실현시키기 위한, 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프로그램은, 상기 컴퓨터에, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량을 가공하는 특징량 가공 기능을 또한 실현시키고,
    상기 특징량 가공 기능은, 상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된, 상기 반사광의 파장 및 반사각으로 규정되는 제1 특징량 공간에서의 상기 특징량을, 당해 제1 특징량 공간보다도 차원수가 적은 제2 특징량 공간에서의 특징량으로 가공하고,
    상기 표면 성상 지표화 기능은, 상기 제2 특징량 공간에서의 상기 특징량을 이용하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는, 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 특징량 가공 기능은, 상기 제1 특징량 공간에서의 특징량에 대하여 주성분 분석을 실시하여, 상기 제1 특징량 공간의 차원수를 상기 제2 특징량 공간의 차원수로 압축하는, 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 표면 성상 지표화 기능은,
    상기 복수의 처리 대상 화상으로부터 추출된 특징량인 주목하는 화소 위치에서의 휘도값, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 당해 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 변동 정도, 및, 주목하는 화소 위치에서의 휘도값을 포함하는, 당해 주목하는 화소 위치의 주위에 위치하는 화소의 휘도값의 구배 중 적어도 어느 하나를 2차적인 특징량으로서 산출하고,
    상기 주목하는 화소 위치에 있어서의 휘도값, 상기 휘도값의 변동 정도, 및, 상기 휘도값의 구배 중 적어도 어느 하나를 사용하여, 상기 측정 대상물의 표면 성상을 지표화하는, 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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