KR20000040420A - 컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소 열연공장의 조압연공정에서 압연하는 과정에서 압연소재가 판폭 방향으로 연신율차에 의해 휘어지는 캠버현상이 발생될 때 이러한 현상을 실시간으로 측정하여 조압연 제어시스템에 측정 캠버량을 전달할 수 있게한 컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 고속 컬러 CCD 카메라 시스템 과 실시간 영상 처리 시스템, 상기 실시간 영상 처리 시스템으로부터의 측정 신호를 운전실로 전송해주는 신호 전송 시스템으로 구성됨에 따라, 기존의 캠버 측정 시스템 대비 수증기 및 진동에 의한 측정율 저하 현상이 현저히 낮으며 높은 정밀도의 캠버 측정 결과를 제공하게 된 것이다.

Description

컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템

본 발명은 컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템, 보다 상세하게는 제철소 열연공장의 조압연 공정에서 발생하는 캠버(Camber) 현상을 적색과 청록색 영상으로 추출한 후 합성한 결과를 이용하여 측정함으로써 겨울철에 압연공정에서 필수적으로 수반되는 수중기 및 진동의 영향을 방지하고 정확한 측정치를 얻을 수 있게한 컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 조압연 공정에서 압연소재가 연신율차에 의해 판폭이 휘어지는 현상을 소위 캠버현상이라 하며, 상기 조압연은 열간 압연 가열로(Reheating Furnace)에서 1000~1100。C로 가열된 강괴(slab)를 마무리 압연(finishing mill)하기 위해 1차압연하는 단계를 말한다.

도 1은 제철소의 조압연 공정에서 캠버 발생에 대한 일예를 나타낸 것으로, 열간 압연 가열로에 설치된 한쌍의 압연롤(1) 사이를 압연소재(S)가 통과하는 과정에서 연신율 차이에 의해 그 판 폭 방향을 따라 평면상에서 Φ각도 많큼 휘게되는 현상, 즉 캠버가 발생된다.

이러한 캠버현상은 슬라브의 두께정도 및 평탄도 등의 형상제어에 못지 않게 제품의 품질을 좌우하는 중요한 요소이며, 캠버의 발생은 제품생산의 실제수율을 감소시킬 뿐만 아니라 심한 경우 상기 압연롤(1)의 파손을 유발하면서 다음 공정의 작업에 영향을 미치게 되어 생산성을 떨어뜨리는 원인이 되었다.

또한 캠버는 폭 방향으로의 두께 불균일과 밀접한 관계를 맺고 있음으로 캠버 발생재의 감소는 엄격한 형상 보증을 원하는 수요가들의 요구에 응하기 위해서라도 반드시 적정수준으로 관리해야 할 과제이다.

종래의 슬라브 형상을 CCD 카메라로 측정하게된 기술로, 열간 압연시 후판의 선단부에 대한 휨 정도를 실시간으로 측정하게 된 장치와 강판 형상 측정장치 등이 공지되어 있다.

즉, 상기 열간 압연시 후판의 선단부 휨 정도에 대하여 실시간으로 측정하는 장치의 경우에는 슬라브 형상을 검출하기 위해 압연기 측면에 흑백 CCD 카메라를 설치하여 이에 부설된 자외선 필터에 의해 약 800~1000도의 슬라브에서 방출되는 자외선을 검출하였고, 강판 형상 측정장치의 경우는 3대의 선형(Linear) CCD 카메라를 설치하여 슬라브의 캠버 형상을 측정하는 시스템이다.

그러나 상기 종래 기술의 CCD 카메라를 이용한 슬라브 형상 측정시스템은 공통적으로 단지 영상 하나만을 이용한 정보를 토대로 영상처리를 한 후 캠버를 측정함으로써, 슬라브 냉각 및 스케일 제거를 위해 분사하는 냉각수에 의해 발생하는 수증기가 많은 경우에는 이러한 현상에 대한 정보 부족으로 인하여 측정 정도가 매우 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 CCD 영상 검출 시스템의 경우 고온의 물체에 대해 적외선 카메라나 흑백 카메라에 적외선 필터를 착용하여 고온의 슬라브 형상을 검출하였으므로, 이 경우 적외선으로 검출한 물체의 형상의 밝기와 수증기의 밝기가 큰 차이를 보이지 않게되어 정확한 모서리 검출이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 슬라브 캠버 측정장치의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 그 목적은 열간 압연시 슬라브의 캠버를 적색과 청록색의 영상합성을 이용하여 다양한 영상정보를 통해 정확하게 측정할 수 있는 컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열악한 측정환경이나 주변환경의 영향을 받지 않고 안정적으로 측정하여 열연 코일의 치수 및 품질 향상에 기여할 수 있는 컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고속 컬러 CCD 카메라 시스템 과 실시간 영상 처리 시스템, 상기 실시간 영상 처리 시스템으로부터의 측정 신호를 운전실로 전송해주는 신호 전송 시스템으로 구성됨에 따라, 기존의 캠버 측정 시스템 대비 수증기 및 진동에 의한 측정율 저하 현상이 현저히 낮으며 높은 정밀도의 캠버 측정 결과를 제공하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 조압연공정중 슬라브 캠버현상의 일예를 나타낸 구성도,

도 2는 본 발명의 실시예의 컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템을 개략적으로 나타낸 전체구성도,

도 3은 상기 슬라브 캠버 측정 시스템의 전체 구성에 대한 알고리즘,

도 4는 본 발명의 시스템에 의해 촬영된 컬러 영상으로부터 적색(Red)과 청녹색(Cyan) 영상을 추출하기 위한 알고리즘,

도 5는 상기 도 4에 의해 추출된 영상을 합성하는 알고리즘,

도 6은 본 발명에 의한 슬라브 모서리 추출 및 캠버 측정 알고리즘,

도 7은 본 발명의 캠버 측정결과를 계산하기 위한 구성도,

도 8은 본 발명의 실시예의 가변 폭 슬라브 모서리 추출 알고리즘이다.

도면의 주요부분에대한 부호의 설명

10 : 지지대 20 : 컬러 CCD 카메라

21 : 영상분석 시스템 22 : 최상위 제어 시스템

30 : 입력 영상 31 : R 추출 영상

32 : C 추출 영상 50 : 합성 영상 이미지

이하, 본 발명의 컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예의 캠버 측정시스템의 전체구성을 나타낸 것으로, 조압연 공정에서 슬라브(S)가 지나는 지지대(10)의 상측에 컬러 CCD 카메라(20)가 설치되고, 이 CCD 카메라(20)에는 실시간으로 영상을 전송받아 영상합성에 의해 캠버를 측정하는 영상분석 시스템(Image Analysis System)(21)과, 슬라브(S) 정보와 패스 정보 및 측정 결과를 송수신 하는 열연공장의 최상위 제어 시스템(이하 SCC; Superior Control System)(22)이 순차적으로 연결되어 있다.

상기 영상분석 시스템(21)에는 측정결과를 조압연 운전자에게 화면으로 보여주는 모니터(23)와, 측정된 캠버량을 조압연 제어에 적용하는 열연공장 조압연 제어 PLC(RM Control PLC)(24)가 연결되어 있다.

도 3은 본 발명의 캠버 측정 시스템의 동작 알고리즘을 나타낸것으로, 처음 시작할 때 통신 및 카메라 시스템이 정상적인지를 체크한 후 카메라 영상에 슬라브가 들어왔을 때의 화면의 변화를 검출한 후 영상를 저장한다.

저장된 영상데이터의 RGB와 CMYK영상에서 각각 R(적색)과 C(청녹색)의 영상열을 추출하여 추출된 각 영상을 에너지 비례로 합성한 다음 슬라브 모서리 검출 알고리즘을 수행하며, 이때 캠버 측정과 통신 시스템은 무한 루프 상태로 동작하게 된다.

도 4는 본 발명의 시스템에 의해 촬영된 컬러 영상으로부터 적색(Red)과 청녹색(Cyan) 영상을 추출하기 위한 알고리즘으로서, 본 발명에서는 보다 효과적인 슬라브 캠버를 검출하기 위하여 입력 영상(30)으로부터 슬라브가 온도에 따라 가지는 색깔 분포를 조사한 결과, RGB의 R(적색) 추출 영상(31)에서 슬라브의 윤곽이 뚜렷하게 보였고, CMYK의 C(청녹색) 추출 영상(32)에서 영상의 배경에 해당하는 슬라브를 이동시키는 로울러 및 배경의 영상이 뚜렷하게 나타났다.

조압연 슬라브의 경우 압연시의 온도가 800~1000도로 분포하는데, 이 온도는 슬라브 표면의 스케일 분포 정도에 약간씩 다르나 각 온도별 R과 C의 밝기 분포가 다르므로 합성 조절 계수 β(투명도(0β1), Transparency)를 다음 수학식1로 정의하였다.

도 5는 본 발명에 의해 추출된 영상을 합성하는 알고리즘으로서, 청녹색 영상(40)과 적색 영상(43)은 각각 배경과 슬라브에 해당하므로, 이 슬라브 영상을 좀더 명확하게 하기 위해 청녹색 영상(40)을 반전되게 이미지화(41) 한 후 각 영상의 평균 밝기값을 계산하여 β(42)를 계산하고, 적색 영상에 청녹색 영상을 β(42)를 투명도(Transparency)로 적용하여 합성(44)한다. 이때 투명도가 0일 경우 합성영상은 적색 영상만이 나타나고 투명도가 1인 경우 청녹색 영상만 나타난다.

도 6은 본 발명에 의한 슬라브 모서리 추출 및 캠버 측정 알고리즘으로서, 상기와 같이 처리된 합성 영상 이미지(50)로부터 슬라브 윤곽을 추출하게 되는데, 먼저 입력 합성 영상에 대해 식 2에서와 같이 윤곽선 추출(51)을 실시하여 슬라브 윤곽을 뚜렷하게 하며 슬라브 윤곽 내의 노이즈 성분들을 제거한다.

슬라브 수직 모서리 부분을 뚜렷하게 하기 위해 소벨 연산자(식 3)를 이용하여 모서리를 검출(52)한다. 조압연 운전실에 설치된 모니터 1단계 에지 검출 결과 출력에 사용하도록 Emboss 필터링(식 4)을 실시한 후(53), 가변폭 슬라브 모서리 검출 필터(식 5)를 적용(54)하고, 설정된 임계값에 따라 이진화(Binarization)를 실시한 후(55) 출력 결과를 계산한다.

이진화 된 값을 오른편과 왼편 에지를 구분한 다음 최소 자승법에 따라 모서리의 곡률을 검출한다. 최종적으로 캠버 형상 정보를 계산한다(도 7참조).

슬라브의 중심이 슬라브를 이송시키는 로울러 중앙에서 좌우측으로 벗어난 거리를 나타내는 Dw(73), 슬라브 모서리가 δT(72) 만큼의 변위가 생겼을때를 기준으로 하여 좌우측의 캠버가 형성된 길이(70,71)와 넓이(74,75)를 계산한다.

-윤곽선 추출 알고리즘

(식 2)

윈도우 수직 수평 대각선

윤곽선(Contour)을 추출하기 위해 3x3의 윈도우를 설정하고 중심 기준 수직, 수평, 대각선 방향의 밝기 차이가 설정된 임계값 이상일 때 가장 차이가 큰 방향으로 3x3 윈도우를 이동시킨 후 검출을 반복한다. 어느 방향에서도 모서리가 검출이 되지 않을 경우 처음 시작 포인트에서 x축 방향으로 윈도우를 이동시키며, x축의 오른쪽 끝에 도달하면 y축을 증가시킨다.

- 수직 모서리 검출 필터

고속 계산을 위해 소벨(Sobel) 연산자를 이용하였다.

-1	-2	1
0	0	0
-1	2	1

(식 3)

- Emboss 필터링

화면의 밝기를 Bias시키는 것으로 운전자가 슬라브 윤곽을 쉽게 인식할수 있게 한다.

(식 4)

( F : 목표 영상의 필터링된 값, P : 입력 영상밝기, C: 행렬 계수,

D : 분할 계수, B : 편중치)

- 캠버 모서리 검출 필터

최상위 제어 컴퓨터(22)로부터 전송된 슬라브 폭 데이터를 기준으로 모서리 검출 영상(70)에 대해 슬라브 폭 거리의 양쪽 끝에 10x5의 윈도우를 만들고, 정해진 범위 내에서 가변(73) 시키면서 윈도우 내의 밝기의 변화가 급격한 경우의 영상만을 검출 한 후(71) 영상 하단에서 상단 방향으로 이전 검출 위치에서 폭을 가변시키면서 검출(72)을 한다(도 8참조).

이상의 측정관련 요소들을 포함하는 본 발명의 슬라브 캠버 측정장치를 설치완성한 후 슬라브 500매에 대해 실시간 측정을 실시해 보았다.

이 500매의 샘플 슬라브 데이터 내에는 수증기가 심한 경우와 수증기가 없는 경우가 모두 포함되어 있다. 상기 측정결과는 다음 표 1에 보인바와 같으며, 이에 본 발명을 적용한 경우에는 기존의 CCD 방식에 의한 측정방법에 비해 캠버 검출 능력이 현저히 좋아졌음을 확인할 수 있었다.

항 목	본 장치를 이용한 캠버 검출	기존의 흑백 CCD + 자외선 필터 방식의 캠버 검출
수증기가없을 경우	100%	100%
수증기가있을경우	95%	65%

이와 같은 본 발명의 컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템은, 측정 대상이 되는 슬라브에 대한 정보는 물론 겨울철 조압연 공정에서 필수적으로 수반되는 수증기로 인한 영향을 고려하여 적색과 청록색 영상으로 추출한 후 합성한 결과로서 캠버현상을 측정함에 따라 정확한 측정치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한 열악한 측정환경이나 주변환경의 영향을 받지 않고 안정적으로 측정하여 열연 코일의 치수 및 품질 향상에 기여할 수 있는 장점도 있다.

Claims (3)

1. 조압연 공정에서 발생되는 슬라브의 캠버현상을 측정함에 있어서, 슬라브(S)의 형상을 촬영하도록 설치된 컬러 CCD 카메라(20); 이 CCD 카메라(20)에서 영상을 전송받아 영상합성을 합성하는 알고리즘과 캠버 추출 알고리즘을 가진 영상분석 시스템(Image Analysis System)(21)과, 각종의 슬라브(S) 정보와 패스 정보 및 측정 결과를 송수신 하는 슬라브 모서리 검출 알고리즘을 구비한 최상위 제어 시스템( SCC; Superior Control System)(22)을 포함한 구성을 특징으로 하는 컬러 영상을 이용한 슬라브의 캠버 측정시스템.
2. 제 1항에 있어서, 컬러 영상으로부터 적색(R ; Red) 영상(31)과 청녹색(C : Cyan) 영상(32)을 분리한 후 수학식1에 따라 투명도를 부여하여 슬라브 영상을 합성(44)하는 것을 특징으로 하는 컬러 영상을 이용한 슬라브 캠버 측정 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 합성된 영상 이미지(50)로부터 윤곽선 추출(51)과, 수직 모서리 검출(52)과, 캠버 모서리 추출(54) 및 이진화 영상 처리(55)를 함을 특징으로 하는 컬러 영상을 이용한 슬라브 캠버 측정 시스템.