JPH08101133A - 円筒形状物の継ぎ目検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮像環境の変更に強くかつしきい値の設定を
容易に行なえるようにすること。 【構成】 円筒形状パイプ１を異なる露出量で撮像する
ことで低露出画像及び高露出画像を生成するＴＶカメラ
２と、所定の動作タイミングでＴＶカメラ２の絞り等を
制御するカメラコントロール４と、当該撮像した低露出
画像及び高露出画像をそれぞれエッジ処理を行ったのち
二値化する前処理部５Ａと、当該低露出及び高露出のエ
ッジ抽出画像１１に所定幅のウインドウ１２をそれぞれ
重ねて当該ウインドウ中の画素数がそれぞれのスレッシ
ュド値を上回る境界部分を検出する境界部分検出部５Ｂ
と、低露出のエッジ抽出画像及び高露出のエッジ抽出画
像とで共に明るさの境界部分が検出された場合に当該位
置を継ぎ目位置として出力する継ぎ目検出部５Ｃとを備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円筒形状物の継ぎ目検
出装置に係り、特に、継ぎ目の位置の検査に用いる円筒
形状物の継ぎ目検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、円筒形状物の継ぎ目検出は目視
により行われていた。従って、継ぎ目の検査要員が必要
になると共に、検査結果には個人差が生じるため、安定
した検査結果を得がたい、という不都合があった。

【０００３】そこで、画像処理による円筒形状物の継ぎ
目の検出を行っており、この手法では、まず、円筒形状
パイプを撮像し、次いで、この原画像に対して継ぎ目と
平行なエッジ処理を行い、これを二値化した上でことで
エッジ画像を生成している。従来より、継ぎ目に対して
平行に撮像することで継ぎ目が原画像中水平となるよう
にしている。このエッジ抽出画像に対して、円筒形状物
の継ぎ目の幅に対応したウィンドウを重ねて上下に移動
させて当該ウインドウ内の画素数を算出することで、継
ぎ目を検出していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
円筒形状物である例えば巻きパイプ等を撮像すると、巻
きパイプの状態及び照明などの撮像環境によっては、継
ぎ目部分とノイズ部分とを良好に分離できず、誤検出し
てしまう場合が生じた。

【０００５】即ち、以下の原因によるノイズの影響で誤
検出が発生した。 （１）．パイプの模様や汚れが撮像されてしまう。 （２）．照明によってパイプ上に生じる陰影が撮像され
てしまう。 （３）．陰影は、パイプに油成分が付着している場合に
はより顕著に現れる。 （４）．パイプに金属光沢があると、陰影が顕著に現れ
る。

【０００６】この画像処理によって円筒形状物の継ぎ目
を検出する従来例では、これらの要因による誤検出が生
じる場合がある、という不都合があった。

【０００７】このように、パイプの模様やノイズまた照
明による陰影等により、画像によっては継ぎ目を検出で
きない、という不都合があった。従って、安定した継ぎ
目の検出を行うことができない、という不都合があっ
た。

【０００８】そのため、同一出願人により水平エッジ抽
出画像を補正することによって安定した継ぎ目を検出す
る手法が提案されている（平成６年８月３１日出願の
「円筒形状物の継ぎ目検出装置」以下、先の出願とい
う）。

【０００９】しかしながら、このような円筒形状物の継
ぎ目検出装置は生産ライン等で用いられることが多く、
従って、照明や撮像の距離などが一定せず、継ぎ目検出
装置が設置される場所によって撮像環境が大きく変わっ
てしまう、という特徴がある。このため、先の出願では
設置場所等に応じて検出のためのしきい値（スレッショ
ルド値）の設定が難しい、という不都合が発生した。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、撮像環境の変更に強くかつしきい値の設
定が容易な円筒形状物の継ぎ目検出装置を提供すること
を、その目的とする。

【００１１】

【課題を解決する手段】そこで、本発明では、検査対象
の円筒形状物を異なる露出量で撮像することで低露出画
像及び高露出画像を生成する撮像手段と、当該撮像した
低露出画像及び高露出画像をそれぞれエッジ処理を行っ
たのち二値化する前処理部と、当該低露出及び高露出の
エッジ抽出画像に所定幅のウインドウをそれぞれ重ねて
当該ウインドウ中の画素数がそれぞれの所定値を上回る
境界部分を検出する境界部分検出部と、低露出のエッジ
抽出画像及び高露出のエッジ抽出画像とで共に境界部分
が検出された場合に当該位置を継ぎ目位置として出力す
る継ぎ目検出部とを備えた、という構成を採っている。
これによって前述した目的を達成しようとするものであ
る。

【００１２】ここで、異なる露出量で撮像する手法とし
ては、絞りを変更することにより露出を変更する手法
と、シャッタースピードにより露出を変更する手法と、
絞り及びシャッタースピードを変更することにより露出
を変更する手法とがある。

【００１３】

【作用】撮像手段は、検査対象の円筒形状物を異なる露
出量で撮像することで低露出画像及び高露出画像を生成
する。前処理部は、これらの低露出画像及び高露出画像
をエッジ抽出処理を行う。これは、明るさの境界線を抽
出する処理となる。次いで、このエッジ抽出処理を行っ
た低露出画像及び高露出画像を二値化する。

【００１４】境界部分検出部は、当該低露出及び高露出
のエッジ抽出画像に所定幅のウインドウをそれぞれ重ね
て当該ウインドウ中の画素数が所定値を上回る境界部分
を検出する。ここでは、低露出及び高露出の画像に応じ
てスレッショルド値が定められているため、それぞれ異
なる要因による明るさの境界部分を検出する。これを受
けて継ぎ目検出部は、低露出のエッジ抽出画像及び高露
出のエッジ抽出画像とで共に明るさの境界部分が検出さ
れた場合に当該位置を継ぎ目位置として出力する。

【００１５】

【実施例】次に本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１６】図１は、本発明による円筒形状物の継ぎ目
検出装置の構成を示すブロック図である。円筒形状物の
継ぎ目検出装置は、検査対象の円筒形状物である円筒形
状パイプ１を異なる露出量で撮像することで低露出画像
及び高露出画像を生成する撮像手段２としてのＴＶカメ
ラ２と、円筒形状パイプ１に光を照射する照明３と、Ｔ
Ｖカメラ２が撮像した原画像に対して画像処理を行うこ
とにより円筒形状パイプ１の継ぎ目１Ａを検出する画像
処理装置５と、所定の動作タイミングでＴＶカメラ２の
絞り等を制御するカメラコントロール４とを備えてい
る。

【００１７】しかも、画像処理装置５が、当該撮像した
低露出画像及び高露出画像をそれぞれエッジ処理を行っ
たのち二値化する前処理部５Ａと、当該低露出及び高露
出のエッジ抽出画像１１に所定幅のウインドウ１２をそ
れぞれ重ねて当該ウインドウ１２中の画素数がそれぞれ
の所定値（スレッシュド値）を上回る境界部分を検出す
る境界部分検出部５Ｂと、低露出のエッジ抽出画像及び
高露出のエッジ抽出画像とで共に明るさの境界部分が検
出された場合に当該位置を継ぎ目位置として出力する継
ぎ目検出部５Ｃとを備えている。

【００１８】本実施例では、露出量を制御する手段とし
ては、ＴＶカメラ２の絞り値を制御することで行ってい
る。また、円筒形状物１の継ぎ目１Ａと平行に撮像する
ことで、原画像中に継ぎ目部分１０ｄが水平に表出され
るようにしている。

【００１９】図２は画像処理により継ぎ目を検出するた
めのアルゴリズムの一例を示す図であり、この図を参照
して継ぎ目検出工程を説明する。このアルゴリズムは、
先の出願においても用いている。

【００２０】（１）．カメラ２より対象物であるパイプ
１の画像を撮像すると、図２（ａ）に示す原画像１０が
得られる。

【００２１】（２）．原画像１０を３ｘ３の微分オペレ
ータ等を用いて水平エッジ（垂直方向に明るさ変化の大
きい部分）が特徴づけられるようなエッジ画像１１に変
換し、その画像をある二値化用のスレッショルド値で二
値化して、「１」又は「０」の二値画像にする（「１」
は水平エッジの部分，「０」はその他の部分）。する
と、図２（ｂ）に示す画像が得られる。ここでは、この
二値画像をエッジ抽出画像１１と呼称する。

【００２２】（３）．図２（ｃ）に示すように、（２）
で得られたエッジ抽出画像１１に垂直方向の幅ｗのウイ
ンドウ１２を設けてそのウインドウ１２内の「１」の画
素数を計算する。これを上から下へウインドウ１２を下
げていき、順次画素数を求めていく。

【００２３】（４）．（３）で求めた各ウインドウ１２
の画素数のうち最大数のものを求め、それがあるスレッ
ショルド値より大きければ、そこに継ぎ目があるとす
る。この状態を図２（ｄ）及び図２（ｅ）に示す。スレ
ッショルド値より小さければノイズやパイプの模様また
照明の陰影で継ぎ目でないとする。

【００２４】しかし、図２に示した画像はアルゴリズム
説明のために綺麗な画像としてあるもので、実際には、
パイプの模様やノイズまた照明による陰影等により、ウ
インドウ内の画素数が継ぎ目部分１０ｄとそうでない部
分であまり差がなかったり、あるいは、継ぎ目の部分で
ない部分の方が多かったりということで、スレッショル
ド値の設定が難しく、従って、また安定した検出ができ
なかった。そこで、本実施例では、露出量の異なる２枚
の画像を用いることで安定した検出を図ろうとするもの
である。即ち、絞りの開き具合を制御することで露出量
が変化すると、対象が円筒物であるため明るく映る範囲
が変化し、しかも、継ぎ目部分１０ｄのエッジの強さが
変化する点を利用している。

【００２５】図３はカメラ２の絞りを閉じぎみにした場
合の各画像の例を示す説明図で、図４はカメラ２の絞り
を開きぎみにした場合の各画像の例を示す説明図であ
る。図３に示した低露出画像では、絞りを閉じぎみにし
ているため、全体的に光量が少なくなる。従って、パイ
プのような光沢のある金属の円筒形状物１を撮像した場
合、明るく映る部分が狭くなる。このため、この明るい
部分が検査範囲より小さい場合、照明の陰影１０ｂによ
る明るさの境界１０ｃが検査範囲に入ってしい、また、
パイプの模様１０ａも撮像されてしまう。この画像を水
平エッジ抽出処理をすると図３（ｂ）に示すように、継
ぎ目部分１０ｄ以外に明るさの境界部分１０ｃにもエッ
ジが強く出る。従って、エッジ部分の画素数を見ると、
図３（ｃ）のグラフが示すところとなる。このため低露
出画像に示した画像のみに基づいて継ぎ目１Ａを検出す
るには、スレッショルド値の値を微調整しなければなら
ない。また、明るさの境界の方が画素数が多くなること
も考えられるため、検出できない場合もあり生じる。

【００２６】一方、カメラの絞りを開きぎみにした場
合、図４に示した高露出画像となり、光量が多いため明
るく映る部分が広くなる。従って、明るい部分が検査範
囲より大きくなり、明るさの境界１０ｃが検査範囲内に
は現れない。この画像を水平エッジ処理すると、図４
（ｂ）に示すように、当然明るさの境界部のエッジは現
れない。しかし、継ぎ目部分１０ｄのエッジは、絞りを
閉じぎみにした場合に比べてエッジが弱い。これは、絞
りを開いているためパイプ１の継ぎ目１Ａの中もある程
度明るく映り、中と外の明るさの変化が少なくなってし
まう為である。従って、エッジ部分の画素数を見ると図
４（ｃ）の様になり、明るさの境界部分はない変わりに
継ぎ目自体のエッジも少なくなってしまう。また、パイ
プ１に模様が付されている場合には、模様部分１０ａに
もエッジが出てしまう。このため、図４に示した画像の
みに基づいて継ぎ目部分１０ｄを検出しようとしても、
全体的にエッジが弱いたことから継ぎ目部分１０ｄだけ
を検出するスレッショルド値は小さく、しかも範囲が狭
い。従って、スレッショルド値の設定が非常に困難とな
る。

【００２７】このような点を鑑み、本実施例ではカメラ
２の絞りを閉じぎみに設定した画像と、開きぎみに設定
した画像の両方を用いて検出する。図５に示すように、
絞りを開いた画像ではスレッショルド値をある程度大き
い値（スレッショルド値１）で検出を行う。一方、絞り
を開いた画像ではスレッショルド値をある程度小さな値
（スレッショルド値２）検出を行う。これら両方で検出
された境界部分を継ぎ目と判定する。

【００２８】このとき、検出のためのしきい値は次の関
係となる。 スレッショルド値１＞スレッショルド値２

【００２９】また、スレッショルド値１は、継ぎ目だけ
を検出するように厳密に設定する必要はなく、場合によ
っては明るさの境界部分をも検出するようなラフな設定
で良い。同様に、スレッショルド値２は、継ぎ目だけを
検出するように厳密に設定する必要はなく、場合によっ
ては模様等が検出されても良いようなラフな設定で良
い。従って、撮像環境等の変化に応じてスレッショルド
値の微調整を行う必要がない。

【００３０】上述したように本実施例によると、絞りを
開きぎみの画像と、閉じぎみの画像の両方を使うことに
より、それぞれの欠点を補うことができる。従って、明
るさの境界やパイプ１の模様等を検出してしまうという
従来より避けがたい不都合に影響されない画像処理を行
うことができる。

【００３１】また、検出の安定性については、絞りを閉
じた方途開いた方の両方とも十分に継ぎ目を検出できる
値にスレッショルド値を設定すれば、パイプのバラツキ
や照明の変化があっても検出ができ、安定した検出が可
能となる。しかも、絞りの開き具合及び検出のスレッシ
ョルド値はそれほど厳密に設定する必要がないため、円
筒形状物の継ぎ目検出の実施が非常に容易となる。

【００３２】次に、本実施例の詳細な動作例を図６を参
照して説明する。図６は円筒形状物の継ぎ目検出装置の
処理工程を示すフローチャートである。

【００３３】まず、カメラコントローラ４より、カメラ
の絞りを閉じぎみの設定にするよう指令することで、Ｔ
Ｖカメラ２の絞りを閉じぎみに設定する（ステップＳ
１）。次いで、ＴＶカメラ２で円筒形状パイプ１を継ぎ
目部分１０ｄが水平になるように撮像する（ステップＳ
２）。前処理部５Ａは、取り込んだ画像に対して水平エ
ッジ処理を行い、次いで、これをエッジ部分を「１」
に、そうでない部分を「０」に二値化する（ステップＳ
３）。

【００３４】境界部分検出部５Ｂは、水平エッジ画像１
１に対して垂直方向に幅Ｗのウインドウ１２を設けて、
ウインドウ１２内の「１」の数をカウントする。これを
ウインドウ１２を上から下へ移動させつつ順次行ってい
く（ステップＳ４）。さらに、このステップＳ４で求め
たウインドウの画素数がスレッショルド値１より多いウ
インドウを検出する（ステップＳ５）。

【００３５】カメラコントローラ４によって、ＴＶカメ
ラ２の絞りは開きぎみに設定される（ステップＳ６）。
ステップＳ２と同様に画像を取り込む（ステップＳ
７）。前処理部５Ａは、ステップＳ３と同様に水平エッ
ジを抽出する（ステップＳ８）。さらに、ステップＳ４
及びＳ５と同様に、境界部分検出部５Ｂは、各ウインド
ウの画素数をカウントし（ステップＳ９）、各ウインド
ウの画素数がスレッショルド値２より多いウインドウを
検出する（ステップＳ１０）。

【００３６】継ぎ目検出部５Ｃは、ステップＳ５及びス
テップＳ１０で検出されたウインドウの内両方で検出さ
れたウインドウがあるか否かを確認する（ステップＳ１
１）。両方で検出されたウインドウがある場合、継ぎ目
検出部５Ｃはそこを継ぎ目として検出する（ステップＳ
１２）。一方、当該ウインドウが無い場合には、継ぎ目
は検出できなかったとする（ステップＳ１３）。

【００３７】ここで、ステップＳ１１において、両方で
検出されたウインドウが複数ある場合には、２枚の画素
数の和が多い方を継ぎ目とするか、または複数の場合に
は検出できなかったとすると良い。

【００３８】本実施例の説明においては、露出量を制御
する手法として、カメラ２の絞りを変えた２枚の画像に
ついて説明したが、カメラのシャッタースピードを変え
た２枚の画像を使っても全く同様に実施することができ
る。つまり、絞りを閉じぎみに設定するかわりにシャッ
タースピードを速くすることで露出量を少なくして明る
さの少ない画像を得ることができる。一方、絞りを開き
ぎみに設定する変わりにシャッタースピードを遅くする
ことで露出量の大きい明るい画像を得ることができる。

【００３９】また、実際の生産ラインに本実施例による
円筒形状物の継ぎ目検出装置を用いる場合には、コンベ
アのスピードによってシャッタースピードを決め、次い
でこのシャッタースピードに見合う絞り量の制御を行う
とよい。また、本実施例では、１台のカメラに対して絞
り値を制御する構成としているが、露出量の異なる画像
をそれぞれ得ることのできるカメラを２台用いる構成と
しても良い。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、境界部分検出部が、低露出及び高
露出のエッジ抽出画像に所定幅のウインドウをそれぞれ
重ねて当該ウインドウ中の画素数がそれぞれの所定値を
上回る境界部分を検出するため、低露出及び高露出の画
像に応じてスレッショルド値が定められていと、それぞ
れ異なる要因による明るさの境界部分を検出することが
できる。そのため、継ぎ目検出部は、低露出のエッジ抽
出画像及び高露出のエッジ抽出画像とで共に明るさの境
界部分が検出された場合に当該位置を継ぎ目位置として
出力することができる。従って、低露出の場合と高露出
の場合の欠点を補う処理であるため、厳密に定めたスレ
ッショルド値でなくても検出を行うことができる。この
ように、撮像環境の変更に強く、しかも、しきい値（ス
レッショルド値）の設定を容易に行うことのできる従来
にない優れた円筒形状物の継ぎ目検出装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１に示した画像処理装置による円筒物の継ぎ
目検出処理概念を示す説明図であり、図２（ａ）は円筒
状パイプを撮像した原画像を示す図で、図２（ｂ）は原
画像からエッジを抽出したエッジ抽出画像を示す図で、
図２（ｃ）は幅Ｗのウインドウによる処理を示す図で、
図２（ｄ）ウインドウ内の画素数が最大となるウインド
ウ位置を示す図で、図２（ｅ）はｘ列の明るさを示す図
である。

【図３】カメラの絞りを閉じぎみにした場合の各画像デ
ータを示す説明図で、図３（ａ）は原画像を示す図で、
図３（ｂ）はそのエッジ抽出画像で、図３（ｃ）はその
画素数を示す図である。

【図４】カメラの絞りを開きぎみにした場合の各画像デ
ータを示す説明図で、図４（ａ）は原画像を示す図で、
図４（ｂ）はそのエッジ抽出画像で、図４（ｃ）はその
画素数を示す図である。

【図５】本実施例による継ぎ目検出処理の手法を示す説
明図である。

【図６】図１に示した構成におけるパイプの継ぎ目検出
の処理工程を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 円筒形状パイプ（円筒形状物） １Ａ 円筒形状パイプの継ぎ目 ２ ＴＶカメラ（撮像手段） ３ 照明 ４ カメラコントロール ５ 画像処理装置 ５Ａ 前処理部 ５Ｂ 境界部分検出部 ５Ｃ 継ぎ目検出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象の円筒形状物を異なる露出量で
   撮像することで低露出画像及び高露出画像を生成する撮
   像手段と、当該撮像した低露出画像及び高露出画像をそ
   れぞれエッジ処理を行ったのち二値化する前処理部と、
   当該低露出及び高露出のエッジ抽出画像に所定幅のウイ
   ンドウをそれぞれ重ねて当該ウインドウ中の画素数がそ
   れぞれの所定値を上回る境界部分を検出する境界部分検
   出部と、前記低露出のエッジ抽出画像及び前記高露出の
   エッジ抽出画像とで共に前記境界部分が検出された場合
   に当該位置を継ぎ目位置として出力する継ぎ目検出部と
   を備えたことを特徴とする円筒形状物の継ぎ目検出装
   置。