JPH0875424A - 円筒形状物の継ぎ目検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノイズの影響を排して安定して円筒形状物の
継ぎ目位置を検出すること。 【構成】 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状パイプ１を撮像する撮像手段と
してのＴＶカメラ２と、当該撮像した画像を二値化する
前処理部６と、当該二値化画像中の画像数を補正するこ
とで検査画像を出力する画素数補正部５と、当該検査画
像に所定幅Ｗのウインドウ１２を重ねて当該ウインドウ
１２中の画素数の差により継ぎ目部分１Ａを検出する継
ぎ目検出部７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、この原画像を二値化した上で
水平エッジの抽出処理を行うことで水平エッジ画像を生
成している。さらに、この水平エッジ画像に対して、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
きなかった。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】

【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、ノイズの影響を排し安定して円筒形状物
の継ぎ目位置を検出することのできる円筒形状物の継ぎ
目検出装置を提供することを、その目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、検
査対象の円筒形状物を撮像する撮像手段と、当該撮像し
た画像を二値化すると共に水平エッジを抽出する前処理
部と、当該水平エッジ抽出画像中の画素数を補正するこ
とで検査画像を出力する画素数補正部と、当該検査画像
に所定幅のウインドウを重ねて当該ウインドウ中の画素
数の差により継ぎ目部分を検出する継ぎ目検出部とを備
えている。しかも、画素数補正部が、当該二値化画像中
の基準点から横方向にＮ個の画素が並んだ長さ２Ｎ＋１
で間隔がＭ以下の平行線を抽出する平行線抽出手段と、
この平行線の抽出に成功した当該基準点から縦方向に当
該抽出に成功した間隔Ｍの画素を黒くする塗りつぶし手
段とを備えた、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。

【００１０】

【作用】円筒形状物の継ぎ目検出装置の動作中、撮像手
段は、検査対象の円筒形状物を撮像する。次いで、前処
理部は、当該撮像した画像の二値化や水平エッジの抽出
等の前処理を行う。このように前処理されることによっ
て生じた水平エッジ抽出画像に対して、画素数補正部
は、画素数の補正処理を行うことで検査画像を出力す
る。さらに、継ぎ目検出部は、当該検査画像に所定幅の
ウインドウを重ねて当該ウインドウ中の画素数の差によ
り継ぎ目部分を検出する。

【００１１】このような継ぎ目検出処理中、画素数補正
部は、まず、当該二値化画像中の基準点から横方向にＮ
個の画素が並んだ長さ２Ｎ＋１で間隔がＭ以下の平行線
を抽出する（平行線抽出手段）。次に、この平行線の抽
出に成功した当該基準点から縦方向に当該抽出に成功し
た間隔Ｍの画素を黒くする（塗りつぶし手段）。従っ
て、継ぎ目のエッジに対応する間隔Ｍ以下の平行線を抽
出した場合には、その抽出に成功した基準点から間隔Ｍ
分黒く塗りつぶす。そのため、継ぎ目に対応した部分の
画素数が多くなるように補正される。

【００１２】

【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。

【００１３】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、図１（ａ）に示すように、検査対象
の円筒形状物である円筒状パイプ１を撮像する撮像手段
としてのＴＶカメラ２と、当該撮像した画像を二値化す
る前処理部６と、当該二値化画像中の画素数を補正する
ことで検査画像を出力する画素数補正部５と、当該検査
画像に所定幅Ｗのウインドウ１２を重ねて当該ウインド
ウ１２中の画素数の差により継ぎ目部分１Ａを検出する
継ぎ目検出部７とを備えている。

【００１４】円筒状パイプは、本実施例では巻きパイプ
であり、継ぎ目１Ａを有している。また、ＴＶカメラ２
は照明３から円筒形状パイプに照射された光の反射光を
光電変換して画像処理装置４に出力している。画像処理
装置４では、前処理部６でこの画像を二値化すると共に
水平エッジの抽出等の前処理を行い、画素数補正部５に
出力している。

【００１５】画素数補正部５は、図１（ｂ）に示すよう
に、当該二値化画像中の基準点から横方向にＮ個の画素
が並んだ長さ２Ｎ＋１で間隔がＭ以下の平行線を抽出す
る平行線抽出手段５Ａと、この平行線の抽出に成功した
当該基準点から縦方向に当該抽出に成功した間隔Ｍの画
素を黒くする塗りつぶし手段５Ｂとを備えている。Ｎの
値は、二値化画像（水平エッジ抽出画像）の解像度等に
よって適切な値に定められている。

【００１６】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。

【００１７】（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。

【００１８】（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に変換
し、その画像をある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
を水平エッジ抽出画像１１と呼称する。

【００１９】（３）．図２（ｃ）に示すように、（２）
で得られた水平エッジ抽出画像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。

【００２０】（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、それがある一定の
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）に示す。ある一定のスレ
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。

【００２１】しかしながら、図２に示した画像はアルゴ
リズム説明のためにノイズの無い画像としてあるのであ
って、実際には、図３（ａ）のようにパイプの模様１０
ａや照明の陰影１０ｂ等が写ってしまう。図３（ｂ）は
ｘ列の画像の明るさをグラフにしたもので、縦軸に画像
の明るさ、横軸にｙ座標を取ったものである。このよう
に、継ぎ目の他に陰影の部分１０ｂや模様１０ａの部分
にも明るさの変化が生じている。

【００２２】これを水平エッジ処理すると、図３（ｃ）
の画像となる。これをアルゴリズムで説明したようにウ
インドウを設けて画素数を計算すると、図３（ｄ）に示
す画像となる。図３（ｅ）は、横軸に計算した画素数を
取り縦軸にウインドウの位置を示す。この図から継ぎ目
の部分が最大となり検出可能であるが、他の部分（陰影
の部分）もかなり大きくマージンが小さいことが判る。

【００２３】一方、図４（ａ）では、陰影１０ｂの部分
が多くでてしまった場合の画像で図４（ｂ）の画素数の
グラフで見るように、継ぎ目の部分より陰影１０ｂの部
分の方が多くなり、陰影の部分を継ぎ目と誤検出してし
まう例を示している。これを防止するためには、画素数
のスレッショルド値を上げなくてはならないが、する
と、今度は継ぎ目の検出が難しくなってしまう。

【００２４】これは、前述したように、照明による陰影
は、円筒形状であるがための影響であり、円筒型あるい
は円柱形の対象物の画像を得る場合にはどうしてもでて
しまうものである。さらに、対象物に油が付いている
と、さらに陰影が顕著に現れる。また、対象物が金属で
ある場合は、金属光沢も陰影の原因となる。

【００２５】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、ウインドウ内の画素数が継ぎ目
部分とそうでない部分であまり差が出ない場合や、ある
いは、継ぎ目の部分でない部分の方が多い場合が生じて
いたため、安定した検出ができなかった。そこで、本実
施例では、継ぎ目の部分だけ「１」の画素増やすこと
で、安定した検出を行おうとしている。即ち、図５
（ａ）に示すように、継ぎ目の部分の画像は、水平エッ
ジ抽出をすると、ある幅をもって上下に平行で水平な２
本の線として現れる。一方、模様やノイズ，照明による
陰影は、継ぎ目のように完全に水平で平行な線としては
現れがたい。従って、ある幅をもって上下に平行で水平
な２本の線で囲まれる部分（つまり継ぎ目の中）を、図
５（ｂ）に示すように、「１」の画素に変換してしま
う。これにより、継ぎ目の部分だけ「１」の画素が増加
し、安定した検出を行うことができる。

【００２６】具体的な方法としては、画像の一部とし
て、図６（ａ）のようなパターンがあった場合、ｉ列を
考えた場合 (i-N,j), (i-N+1,j), …… (i,j) …… (i+N-1,j), (i+N,j) .....上ライン (i-N,j+m), (i-N+1,j+m), … (i,j+m) … (i+N-1,j+m), (i+N,j+m) .....下ライン がすべて「１」である場合には、ｉ列の上ラインと下ラ
インの囲まれた部分である(i,j+1), (i, j+2) …… (i,
j+m-1)を、図６（ｂ）に示すように、「１」画素に変換
する。

【００２７】即ち、Ｍ行以内の距離をおいて上下のライ
ンで連続して２Ｎ＋１個の画素が「１」の場合その中央
の列で上下ライン間の画素を「１」に変換する。ここで
Ｍ行以内としているのは、継ぎ目の位置や継ぎ目持体の
バラツキによって上下のエッジの間隔が変化するため、
間隔が最大となる場合をＭとして、それ以内の間隔にお
いてこの変換が行われるようにするためである。この処
理を画素（ｉ，ｊ）を全画素についてかつその時上下ラ
インの間隔について１＜ｍ＜Ｍの全てを考慮して処理を
行う。

【００２８】図７は本実施例の処理を用いた場合の検出
の様子をこの処理を用いない図３のものと対比させてた
図である。図７（ａ）は水平エッジ抽出画像で、図４
（ａ）と同じものである。この画像に本提案の処理を行
うことにより図７（ｂ）のようになる。継ぎ目の間が
「１」の画素に変換されているのが判る。これを図４
（ｂ）と同様にウインドウを設けてそのウインドウ内の
「１」の画素数を計算し、それをグラフ化すると図７
（ｃ）となる。継ぎ目の間の「１」で埋まったため継ぎ
目の部分の画素数が非常に多くなり、照明による陰影や
模様の部分に比べて充分多くなっている。つまり、継ぎ
目を検出するに当たりマージンが大きくなり安定した検
出が可能となる。

【００２９】図８は本提案の処理を含む継ぎ目検出の概
略フローを示すものである。以下順に説明する。 （Ｓ１）．カメラよりパイプの画像を撮る。

【００３０】（Ｓ２）．３ｘ３の微分オペレータを用い
て水平エッジ処理する。

【００３１】（Ｓ３）．（Ｓ２）で得られた画像をある
スレッショルド値で二値化し、「１」（エッジ部分）で
あれば「０」（エッジでない部分）の画像にする。

【００３２】（Ｓ４）．本提案の処理である継ぎ目の間
の画素を「１」に変換する変換処理を行う。

【００３３】（Ｓ５）．縦軸幅ｗのウインドウを設け
て、そのウインドウ内の「１」の画素を計算する。これ
を１行づつ下に順次計算していく。

【００３４】（Ｓ６）．（Ｓ５）で求めた各ウインドウ
の画素数の内最大のウインドウを検索する。これを継ぎ
目の候補として注目する。

【００３５】（Ｓ７）．（Ｓ６）で検索した画素数があ
るスレッショルド値と比較したときに大きい場合には、
そのウインドウの位置は継ぎ目の位置であると判定す
る。一方小さい場合には、継ぎ目は検出できなかったと
する。

【００３６】図７は上記の（Ｓ４）．の画像変換の詳細
フローを示すものである。

【００３７】（Ｓ１１）．注目する座標のｙ座標（縦
軸）を０（上端）にする。（ここでは、ｙ軸は下へ向か
って座標が増加する）

【００３８】（Ｓ１２）．注目する座標のｘ座標（横
軸）を０（左端）にする。（ここでは、ｘ軸は右へ向か
って座標が増加する）

【００３９】（Ｓ１３）．画像変換での対象とする上下
ラインの間隔を決められた最大値Ｍにセットする。

【００４０】（Ｓ１４）．継ぎ目と判定されるかの条件
をチェック。つまり、注目する座標よりｍ行下のライン
で同様に左右それぞれＮ個分の画素がすべて「１」かチ
ェックする。そして、平行線を抽出できれば（Ｓ１５）
へ、抽出できなければ（Ｓ１６）へ処理を移行する。

【００４１】注目する座標の列の上下ラインの間の画素
を「１」に変換する。つまり基準点から下方向にｍ個の
画素を「１」画素に変換し、次いで（Ｓ１８）へ進む。
これは１つの注目座標において一度変換されればそれ以
降のｍについては、全て変換されているため、処理する
必要がないためである。

【００４２】（Ｓ１６）．画像変換での対象とする上下
ラインの間隔ｍを減らす。つまり、下のラインを前回よ
り１行上にして考える。

【００４３】（Ｓ１７）．（Ｓ１６）で減らされた上下
ラインの間隔ｍが１になったかをチェックする。つまり
ｍ＝１ということは上下ラインが続いていることなの
で、それまでの注目座標（ｉ，ｊ）における変換は終了
したことになる。従って、ｍ＝１でなければ（Ｓ１４）
へ戻り変換チェックし、ｍ＝１ならば、（Ｓ１８）へ処
理を移行する。

【００４４】（Ｓ１８）．注目する座標のｘ座標をイン
クリメントする。即ち、右へ１画素移動する。

【００４５】（Ｓ１９）．（Ｓ１８）で移動したｘ座標
において、その座標が最大値を超えたかをチェックす
る。つまり、画像の右端まで来たかをチェックする。最
大値を超えていなければ、再び（Ｓ１３）へ戻る。また
越えていれば次の（Ｓ２０）へ行く。

【００４６】（Ｓ２０）．（Ｓ１９）で注目する座標が
右端まで行ったので、今度は一行下の行に注目座標を移
動する。つまり、注目する座標のｙ座標をインクリメン
トする。

【００４７】（ＳＳ１）．（Ｓ２０）で移動したｙ座標
において、その座標が最大値（Ｙｍａｘ）を越えたかを
チェックする。つまり、画像の下端まで着たかをチェッ
クする。最大値を超えていなければ、再び（Ｓ１２）へ
戻る。また、越えている場合は、注目座標を全画素分移
動させて、全ての変換が終了したことになるので、これ
で変換処理は終了する。

【００４８】上述したように本実施例によると、円筒形
状物の継ぎ目の検出を安定して行うことができる。つま
り、従来よりも検出しやすくなり、かつ照明による陰影
やノイズ，パイプの模様等による誤検出を最大限減少す
ることができる。さらに、検査対象物に油が付いていた
り、あるいは対象物が金属で金属光沢があったとしても
検出できる。

【００４９】

【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、画素数補正部が、まず、当該二値
化画像中の基準点から横方向にＮ個の画素が並んだ長さ
２Ｎ＋１で間隔がＭ以下の平行線を抽出し、次いで、平
行線の抽出に成功した当該基準点から縦方向に当該抽出
に成功した間隔Ｍの画素を黒くするため、継ぎ目のエッ
ジに対応する間隔Ｍ以下の平行線を抽出した場合には、
その抽出に成功した基準点から間隔Ｍ分を黒く塗りつぶ
すことができる。即ち、継ぎ目に対応した部分の画素数
が多くなるように補正することができ、このため、所定
幅のウインドウが当該補正された継ぎ目位置にあるとき
には、充分な画素数を算出することになり、従って、他
の部分がノイズにより画素数が増加していたとしても、
このような他の部分と継ぎ目位置部分との画素数の差が
明確に現れ、パイプの陰影等によらず安定して継ぎ目位
置を検出することとなる。このように、ノイズの影響を
排し安定して円筒形状物の継ぎ目位置を検出することの
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
り、図１（ａ）は装置の全体構成を示す図で、図１
（ｂ）は図１（ａ）に示した画素数補正部の構成を示す
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
画像から水平エッジを抽出した水平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ある。

【図３】図２に示した処理を実際の円筒状パイプを対象
に行った場合を示す説明図であり、図３（ａ）は階調の
ある原画像を示す図で、図３（ｂ）は図３（ａ）に示し
た原画像のヒストグラムを示す図で、図３（ｃ）は図３
（ａ）に示した原画像の水平エッジを抽出した水平エッ
ジ抽出画像を示す図で、図３（ｄ）は図３（ｃ）に示し
た水平エッジ抽出画像を対象にしたウインドウ処理を示
す図で、図３（ｅ）は図３（ｃ）に示した水平エッジ抽
出画像の画素数を示す図である。

【図４】円筒物の継ぎ目の誤検出をしやすい画像を示す
説明図であり、図４（ａ）はその水平エッジ抽出画像を
示す図で、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した水平エッジ
抽出画像の画素数を示す図である。

【図５】図１に示した画素数補正部の動作原理を示す説
明図で、図５（ａ）は補正前の画素列を示す図で、図５
（ｂ）は補正後の画素列を示す図である。

【図６】図５に示した原理による画素数補正部の実際の
処理工程を示す説明図で、図６（ａ）は補正前の画素列
及びそれらの座標を示す図で、図６（ｂ）は補正後の画
素列及びそれらの座標を示す図である。

【図７】図４（ａ）に示した画像を図１に示した画素数
補正部で補正した場合の画像を示す説明図で、図７
（ａ）は図４（ａ）と同様の水平エッジ抽出画像を示す
図で、図７（ｂ）は図７（ａ）の画素数を補正した補正
画像を示す図で、図７（ｃ）は図７（ｂ）に示した補正
画像の画素数を示す図である。

【図８】図１に示した画像処理装置の処理工程を示すフ
ローチャートである。

【図９】図８に示したフローチャートにおける図１に示
した画素数補正部の処理工程を示したフローチャートで
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 画像処理装置 ５ 画素数補正部 ５Ａ 平行線抽出手段 ５Ｂ 塗りつぶし手段 ６ 前処理部 ７ 継ぎ目検出部 １０ 原画像 １１ 水平エッジ抽出画像 １２ 幅Ｗのウインドウ １３ 補正画像

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撮像する撮像手
   段と、当該撮像した画像を二値化して水平エッジを抽出
   する前処理部と、当該水平エッジ抽出画像中の画素数を
   補正することで検査画像を出力する画素数補正部と、当
   該検査画像に所定幅のウインドウを重ねて当該ウインド
   ウ中の画素数の差により継ぎ目部分を検出する継ぎ目検
   出部とを備え、 前記画素数補正部が、当該二値化画像中の基準点から横
   方向にＮ個の画素が並んだ長さ２Ｎ＋１で間隔がＭ以下
   の平行線を抽出する平行線抽出手段と、この平行線の抽
   出に成功した当該基準点から縦方向に当該抽出に成功し
   た間隔Ｍの画素を黒くする塗りつぶし手段とを備えたこ
   とを特徴とする円筒形状物の継ぎ目検出装置。