欠陥検出装置及び欠陥検出方法
【課題】管状体の内表面に発生しうる凹凸疵及び模様系の疵を同時に検出すること。
【解決手段】本発明に係る欠陥検出装置は、管状体の軸方向に沿って移動しながら管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射して環状ビーム画像を複数生成する管状体撮像装置と、生成された環状ビーム画像に対して画像処理を行い、管状体の内表面に欠陥が存在するかを判断する演算処理装置とを備え、演算処理装置は、各環状ビーム画像における環状のレーザ光の照射部分の重心位置を算出する環状ビームセンター算出部と、環状ビーム画像の座標系を変換して光切断画像を複数生成する座標変換部と、各光切断画像から生成された縞画像フレームに基づき管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像及び管状体の内表面でのレーザ光の輝度分布を表す輝度画像を算出する画像算出部と、算出された深さ画像及び輝度画像に基づき内表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出部とを有する。
【解決手段】本発明に係る欠陥検出装置は、管状体の軸方向に沿って移動しながら管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射して環状ビーム画像を複数生成する管状体撮像装置と、生成された環状ビーム画像に対して画像処理を行い、管状体の内表面に欠陥が存在するかを判断する演算処理装置とを備え、演算処理装置は、各環状ビーム画像における環状のレーザ光の照射部分の重心位置を算出する環状ビームセンター算出部と、環状ビーム画像の座標系を変換して光切断画像を複数生成する座標変換部と、各光切断画像から生成された縞画像フレームに基づき管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像及び管状体の内表面でのレーザ光の輝度分布を表す輝度画像を算出する画像算出部と、算出された深さ画像及び輝度画像に基づき内表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥検出装置及び欠陥検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間加工の困難なステンレス鋼・高合金鋼の継目無鋼管の製造方法として、ユージン・セジュネル熱間押出し法によるビレットを素材とした製管処理が行われている。
【０００３】
図２７は、このユージン・セジュネル熱間押出し法による製管処理における加工態様を示した説明図（断面図）である。コンテナ１０００には、ライナーホルダー１００１が設置されており、このライナーホルダー１００１内に、管状のコンテナライナー１００３が設置されている。また、コンテナ１０００の一端には、ダイス１００５が装着されており、コンテナ１０００の他端から加熱した中空ビレットＢが挿入される。マンドレル１００７を内装したステム１００９により装入した中空ビレットＢを押し出すことで、ダイス１００５とマンドレル１００７との間に位置する環状空隙から、鋼管が押し出されることとなる。
【０００４】
この熱間押出しの際に、コンテナライナー１００３の内面に凹凸疵が存在もしくは発生すると、熱間押出し製品の外面疵となる。特に、ユージン・セジュネル熱間押出し法では、潤滑剤としてガラス質のものが使用されるが、このガラス質の潤滑剤が堆積して発生するガラススケールは、いわゆるダマになることがある。このような凹凸疵は、製造上有害な疵であり、製造工程中に発生することは好ましくない。また、いわゆるスケールムラや汚れ（以下、模様系の疵とも称する。）等も製造工程中に発生するが、凹凸が存在しない場合は、経過観察が必要な無害な欠陥である。このように、鋼管のような管状体を製造する際には、凹凸疵、模様系の疵といった各種の欠陥が発生することがあるが、これらの欠陥を定量的に判別しながら、特に凹凸疵に対しては、早期に発見し対策を施す必要がある。
【０００５】
管状体内表面の疵検査方法としては、管状体の開口端に、管状体内表面の所定領域を撮像するように管状体中心軸から傾斜させて設置したカメラと、所定領域を照明するようにカメラの光学中心軸に対称で、かつ傾斜させて設置された一対の光源とを用いて、光源の照明を順次切り替えてカメラで撮像することで、光源の切り換え毎に出現する凹凸疵の陰影の相違から、凹凸疵を認識して検査するようにしたものがある（例えば、以下の特許文献１を参照。）。
【０００６】
また、検出ユニットを被検査管内に挿入して管軸方向に移動させ、検出ユニットから被検査管状体の内表面に一様照明と円周方向に線ビームとを時分割で切り替えて照射するか、または同時に照射してこれらを波長で分離することにより、内面の性状と形状を同時に検査するようにしたものがある（例えば、以下の特許文献２を参照。）。
【０００７】
更に、光源の光を円錐ミラーまたは円錐プリズムにより円盤状に照射する光源からなる照明系と撮像センサによる撮像系により、撮像光学系を構成し、この撮像光学系を一緒に逐次移動させながら、被検査物の内面に照射した照射光により得られる内面形状を表す光跡を、撮像センサで撮影することで得られる光跡画像データから、撮像光学系の基準位置と被検査物内面との距離を逐次算出して被検査物内面形状を測定するようにしたものがある（例えば、以下の特許文献３を参照。）。この方法によれば、光ビームを円周方向に走査させることなく撮影を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２２３６２１号公報
【特許文献２】特開平５−１４９８８５号公報
【特許文献３】特開２００７−２８５８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、管状体の内面を全周・全長にわたって検査するには、管状体の中心軸を中心にカメラと光源の位置関係を保ったままこれらを回転させるとともに、カメラおよび光源の傾斜角度を調整して、管状体の軸方向に撮像領域（検査領域）を移動させて撮像を繰り返す必要がある。特に、軸方向に検査領域を移動させる場合には、カメラの傾斜角度変化により撮像視野が変動することとなる。このために、適切な分解能を保持した状態で全周・全長検査をするためには、制御や装置規模が複雑になるという問題がある。また、かかる技術では、異なる方向からの照明によって凹凸疵の影を検出することから、急峻な疵には有効であるが、なだらかな凹凸疵では影が生じにくく検出できないといった問題がある。更に、内面表面全体が汚れている場合や粗度がある場合には、凹凸疵の影か表面正常部の汚れや粗度によるものかを判別することが困難になるといった問題もある。
【００１０】
また、上記特許文献２に開示されている技術では、第１の照明手段によって、管状体内面の周方向全周にスリット状の円錐集束ビーム光を照射し、光切断法により管状体内面の形状を測定する一方で、一様に照明する第２の照明手段により内面状態の観測を行っている。しかしながら、かかる技術では、測定部位の形状測定と状態観測を一個の検出ユニットによって同時に実施しているものの、形状画像モニタと状態画像モニタに表示された画像を人が判断するに過ぎず、有害疵を自動で判定することができないという問題がある。
【００１１】
更に、上記特許文献３に開示されている技術では、円盤状に照射される照射光が被検査体の内面に光切断面を形成するため、光源とカメラを内面の管軸方向に移動しながらこの光切断面を逐次撮影することで、管状体の内面形状を次々と得ている。しかしながら、かかる技術では、得られた光断面から三次元形状を表示しているに過ぎず、凹凸疵の有害・無害の疵判定や、凹凸は小さいが輝度差がある模様系の疵検出に関しては、何ら言及されていない。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、管状体の内表面に発生しうる凹凸疵及び模様系の疵を同時に検出することが可能な、欠陥検出装置及び欠陥検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、管状体の軸方向に沿って移動しながら、当該管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射し、当該環状のレーザ光が照射された前記内表面を撮像することで前記内表面における前記環状のレーザ光の撮像画像である環状ビーム画像を、管状体の軸方向に沿って複数生成する管状体撮像装置と、前記管状体撮像装置により生成された前記環状ビーム画像に対して画像処理を行い、前記管状体の内表面に欠陥が存在するかを判断する演算処理装置と、を備え、前記演算処理装置は、それぞれの前記環状ビーム画像における前記環状のレーザ光の照射部分の重心位置を算出する環状ビームセンター算出部と、算出された前記重心位置、及び、当該重心位置と前記環状のレーザ光の照射部分との離隔量に基づいて前記環状ビーム画像の座標系を変換し、それぞれの前記環状のレーザ光の照射部分を前記管状体の周方向に展開した線分である光切断線を含む帯状の領域である光切断画像を複数生成する座標変換部と、前記光切断画像それぞれを前記軸方向に沿って順に配列させた縞画像フレームに基づいて、前記管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、前記管状体の内表面における前記環状のレーザ光の輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する画像算出部と、算出された前記深さ画像及び前記輝度画像に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出部と、を有する欠陥検出装置が提供される。
【００１４】
前記画像算出部は、前記周方向に沿った前記光切断線の線幅方向の重心位置を算出し、前記光切断画像に対して予め指定した軸方向の位置である基準位置と前記重心位置との変位量に基づいて前記深さ画像を算出することが好ましい。
【００１５】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して歪み補正処理を実施することが好ましい。
【００１６】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、光切断線に対応する画素を特定するための第１の閾値以上の輝度値を有する画素を線幅方向に加算した個数と、当該第１の閾値以上の輝度値を有する画素の総和輝度とを算出し、前記総和輝度の前記線幅方向の平均値に基づいて前記輝度画像を算出することが好ましい。
【００１７】
前記座標変換部は、前記座標系の変換に際して、前記光切断画像の各画素の輝度値を、対応する前記環状ビーム画像の各位置における近傍画素の輝度値から、画像補間処理により算出することが好ましい。
【００１８】
前記欠陥検出部は、前記深さ画像及び前記輝度画像の画素値が、欠陥部位特定のための第２の閾値以上であるか否かに基づいて欠陥部位を特定し、特定した前記欠陥部位について、当該欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量情報を抽出し、抽出した特徴量情報に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を判別することが好ましい。
【００１９】
前記管状体撮像装置は、前記環状のレーザ光を前記管状体の内表面に対して照射するレーザ光照射装置と、前記レーザ光照射装置の光軸方向前方に設けられ、前記環状のレーザ光が照射された内表面を撮像する撮像装置と、前記レーザ光照射装置及び前記撮像装置を連結して固定する１又は複数の連結部材と、を有し、当該管状体撮像装置が前記管状体の内部に送入される際、及び、当該管状体撮像装置が前記管状体の内部から送出される際のそれぞれで、前記連結部材により前記環状のレーザ光が遮蔽されることで生じた遮蔽領域を含む前記環状ビーム画像を生成するとともに、当該管状体撮像装置の送入と送出との間に、送入時の前記管状ビーム画像の遮蔽領域と送出時の前記環状ビーム画像の遮蔽領域とが重ならないように当該管状体撮像装置を回転し、前記座標変換部は、前記管状体の内表面の所定の位置を基準点として送入時及び送出時の前記環状ビーム画像の座標系をそれぞれ変換し、送入時における複数の前記光切断画像及び送出時における複数の前記光切断画像を生成し、前記画像算出部は、送入時の前記光切断画像又は送出時の前記光切断画像を利用して、当該光切断画像における前記遮蔽領域の位置を特定し、送入時又は送出時の前記環状ビーム画像に基づいて算出された前記深さ画像及び前記輝度画像において、前記遮蔽領域を、送出時又は送入時の前記環状ビーム画像に基づいて算出された前記深さ画像及び前記輝度画像を利用して補完してもよい。
【００２０】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、前記第１の閾値以上の輝度値を有する画素を線幅方向に加算した個数である輝線画素数を特定しており、前記輝線画素数によって、前記遮蔽領域の周方向位置を特定してもよい。
【００２１】
前記画像算出部は、前記輝線画素数がゼロとなった前記周方向の位置を記憶するとともに、以降の周方向の位置について前記輝線画素数がゼロとなる状態の連続数をカウントし、当該輝線画素数がゼロとなる状態の連続数が連続数判定用の第３の閾値以上となった場合に、記憶した前記周方向の位置を前記遮蔽領域の開始位置とし、前記遮蔽領域の開始位置が特定されており、かつ、着目した前記周方向の位置における前記輝線画素数がゼロではなかった場合において、以降の周方向の位置について前記輝線画素数がゼロではなくなった前記周方向の位置を記憶するとともに、前記輝線画素数がゼロではない状態の連続数をカウントし、前記輝線画素数がゼロではない状態の連続数が連続数判定用の第４の閾値以上となった場合に、記憶した前記周方向の位置を、前記遮蔽領域が終了して新たに非遮蔽領域が開始した位置としてもよい。
【００２２】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、前記輝線画素数の移動平均を算出し、前記移動平均が移動平均判定用の第５の閾値未満となる前記周方向の位置を、前記遮蔽領域の開始位置とし、前記遮蔽領域の開始位置が特定されており、かつ、前記移動平均が前記第５の閾値以上となる前記周方向の位置を、前記遮蔽領域の終了位置としてもよい。
【００２３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、管状体の軸方向に沿って移動しながら、当該管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射し、当該環状のレーザ光が照射された前記内表面を撮像することで前記内表面における前記環状のレーザ光の撮像画像である環状ビーム画像を、管状体の軸方向に沿って複数生成するステップと、それぞれの前記環状ビーム画像における前記環状のレーザ光の照射部分の重心位置を算出するステップと、算出された前記重心位置、及び、当該重心位置と前記環状のレーザ光の照射部分との離隔量に基づいて前記環状ビーム画像の座標系を変換し、それぞれの前記環状のレーザ光の照射部分を前記管状体の周方向に展開した線分である光切断線を含む帯状の領域である光切断画像を複数生成するステップと、前記光切断画像それぞれを前記軸方向に沿って順に配列させた縞画像フレームに基づいて、前記管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、前記管状体の内表面における前記環状のレーザ光の輝度の分布を表す輝度画像と、を算出するステップと、算出された前記深さ画像及び前記輝度画像に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を検出するステップと、を含む欠陥検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、環状のレーザ光の照射部分を管状体の周方向に展開した線分として表した光切断画像に基づいて縞画像フレームを生成し、この縞画像フレームから深さ画像及び輝度画像を生成したうえで、当該深さ画像及び輝度画像に基づき欠陥検出処理を行うため、管状体の内表面に発生しうる凹凸疵及び模様系の疵を同時に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置の構成を示したブロック図である。
【図２】同実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【図３】同実施形態に係る演算処理装置が備える画像処理部の構成を示したブロック図である。
【図４】同実施形態に係る環状ビーム画像の一例を示した説明図である。
【図５】同実施形態に係る座標変換処理について説明するための説明図である。
【図６】同実施形態に係る縞画像フレームの一例を示した説明図である。
【図７Ａ】同実施形態に係る光切断線処理について説明するための説明図である。
【図７Ｂ】同実施形態に係る光切断線処理について説明するための説明図である。
【図８Ａ】同実施形態に係る光切断線変位の二次元配列を示した説明図である。
【図８Ｂ】同実施形態に係る輝度の総和の二次元配列を示した説明図である。
【図８Ｃ】同実施形態に係る輝線の画素数の二次元配列を示した説明図である。
【図９】光切断線の変位と欠陥の高さとの関係を示した説明図である。
【図１０】同実施形態に係る光切断線の近似補正処理について説明するための説明図である。
【図１１Ａ】同実施形態に係る深さ画像の一例を示した説明図である。
【図１１Ｂ】同実施形態に係る輝度画像の一例を示した説明図である。
【図１２】同実施形態に係る欠陥検出処理で用いられるロジックテーブルの一例を示した説明図である。
【図１３】同実施形態に係る欠陥検出方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る欠陥検出装置の構成を示したブロック図である。
【図１５Ａ】同実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【図１５Ｂ】同実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【図１６】同実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【図１７】同実施形態に係る演算処理装置が備える画像処理部の構成を示したブロック図である。
【図１８】同実施形態に係る環状ビームの照射領域の一例を示した説明図である。
【図１９】同実施形態に係る環状ビーム画像の一例を示した説明図である。
【図２０】同実施形態に係る送入時の縞画像フレームの一例を示した説明図である。
【図２１】同実施形態に係る送出時の縞画像フレームの一例を示した説明図である。
【図２２】同実施形態に係る遮蔽領域の輝度の分布の一例を示した説明図である。
【図２３】同実施形態に係る輝線の画素数の分布の一例を示した説明図である。
【図２４】同実施形態に係る深さ画像の補完処理について説明するための説明図である。
【図２５】同実施形態に係る欠陥検出方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図２６】本発明の実施形態に係る欠陥検出装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【図２７】ユージン・セジュネル熱間押出し法による製管方法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
（第１の実施形態）
＜欠陥検出装置の全体構成について＞
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置１０の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る欠陥検出装置１０の構成を示した説明図である。
【００２８】
本実施形態に係る欠陥検出装置１０は、管状体１の内表面を撮像して、撮像の結果得られる画像を画像処理することにより、管状体１の内表面に表面欠陥（凹凸疵及び模様系の疵）が存在するか否かを検査する装置である。
【００２９】
なお、本実施形態に係る管状体１は、中空部を有する管状のものであれば特に限定されるわけではないが、かかる管状体１の例として、スパイラル鋼管、電縫鋼管、ＵＯ鋼管、継目無鋼管（シームレス鋼管）、鍛接鋼管、ＴＩＧ溶接鋼管等の各種鋼管やパイプのみならず、熱間押出法で使用されるコンテナと称するシリンダー等の管状物を挙げることができる。
【００３０】
本実施形態に係る欠陥検出装置１０は、図１に示したように、管状体１の内表面を撮像する管状体撮像装置１００と、撮像の結果得られる画像に対して画像処理を行う演算処理装置２００と、を備える。
【００３１】
管状体撮像装置１００は、管状体１の中空部に設置される。この管状体撮像装置１００は、管状体１の軸方向に沿って位置を随時変更しながら、当該管状体１の内表面を軸方向に沿って順次撮像し、撮像の結果得られる撮像画像を、演算処理装置２００に出力する装置である。管状体撮像装置１００は、軸方向位置変更装置（図示せず。）により軸方向に沿った位置が制御されており、管状体撮像装置１００の移動に伴いＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ Ｌｏｇｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：パルス型速度検出器）等からＰＬＧ信号が演算処理装置２００に出力される。また、管状体撮像装置１００は、演算処理装置２００によって、管状体１の撮像タイミング等が制御されている。
【００３２】
また、演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００によって生成された撮像画像を利用して、後述するような縞画像フレームを生成し、この縞画像フレームに対して以下で説明するような画像処理を行うことで、管状体１の内表面に存在している可能性のある欠陥を検出する装置である。
【００３３】
［管状体撮像装置１００の構成について］
続いて、図２を参照しながら、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成について簡単に説明する。図２は、本実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【００３４】
図２に示したように、本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、レーザ光照射装置１１０と、カメラ１２０と、を備える。
【００３５】
レーザ光照射装置１１０は、管状体１の内表面の周方向に沿って環状のレーザ光（以下、環状ビームとも称する。）を照射する装置であり、図２に示したように、レーザ光源１１１と、円錐状の光学素子１１３と、を更に有する。
【００３６】
レーザ光源１１１は、所定の波長を有するレーザ光を発振する光源である。このようなレーザ光源１１１として、例えば、連続的にレーザ発振を行うＣＷレーザ光源を用いることが可能である。レーザ光源１１１が発振する光の波長は、例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光帯域に属する波長であることが好ましい。レーザ光源１１１は、後述する演算処理装置２００から送出される照射タイミング制御信号に基づいて、レーザ光の発振を行う。
【００３７】
円錐状の光学素子１１３は、円錐形状のミラー又はプリズムを備える光学素子であり、円錐部の頂点がレーザ光源１１１と対向するように設置されている。レーザ光源１１１から射出されたスポット状のレーザ光は、光学素子１１３の円錐部の頂点によって反射され、リング状にラインビームが発生することとなる。ここで、円錐部の円錐角が９０°である場合には、図２に示したように、レーザ光源１１１からのレーザ入射方向に対して直角方向に、環状ビームが照射されることとなる。
【００３８】
カメラ１２０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）又は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子が搭載されたものである。カメラ１２０は、管状体１の内表面に垂直に照射された環状ビームの反射光を、図２に示したように角度φの方向から撮像する。
【００３９】
カメラ１２０に搭載されるレンズの焦点距離や画角、及び、レーザ光照射装置１１０とカメラ１２０の撮像素子との間の距離は特に限定するものではないが、管状体１の内表面に照射された環状ビームの全体像を撮像可能なように選択することが好ましい。また、カメラ１２０に搭載される撮像素子の大きさや画素サイズも特に限定するものではないが、生成される画像の画質や画像分解能等を考慮すると、サイズの大きな撮像素子を利用することが好ましい。また、以下で説明する画像処理の観点から、環状ビームのライン幅（線幅）は、撮像素子上で１〜３画素程度であるように調整されることが好ましい。
【００４０】
このようなレーザ光照射装置１１０とカメラ１２０とは、軸方向位置変更装置（図示せず。）によって管状体１の中心軸に略一致するように軸方向に移動しながら、管状体１の内表面を走査する。ここで、後述する演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００が軸方向に所定距離移動する毎に、カメラ１２０に対して撮像のためのトリガ信号を出力する。レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０の軸方向の移動間隔は、適宜設定することが可能であるが、例えば、カメラ１２０に設けられた撮像素子の画素サイズと同一にすることが好ましい。軸方向の移動間隔と撮像素子の画素サイズとを一致させることで、撮像された画像において縦方向の分解能と横方向の分解能とを一致させることができる。
【００４１】
なお、図２に示した角度φは、任意の値に設定することが可能であるが、例えば３０〜６０度程度とすることが好ましい。かかる角度をあまり大きくすると環状ビームの管状体１の内面からの散乱光（反射光）が弱くなり、また小さくすると、検査対象物である管状体１の深さ変化量に対して、後述する縞画像における縞の移動量が小さくなり、管状体１の内表面に存在する凹部の深さ（又は、凸部の高さ）に関する情報が劣化するためである。
【００４２】
以下に、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の有する各装置について、その具体的な構成や設定値等を列挙する。かかる構成や設定値等はあくまでも一例であって、本発明に係る管状体撮像装置１００が、以下の具体例に限定されるわけではない。
【００４３】
○管状体
コンテナライナー：内径３００ｍｍ、長さ８５０ｍｍ
○レーザ光照射装置
１００ｍＷの出力でレーザ光を照射。円錐状の光学素子１１３により、５０ｍＷの環状ビームとなって管状体の内表面に照射される。コンテナライナー内面に照射されるラインビーム幅は、０．２５ｍｍである。ただし、この場合のラインビーム幅とは、ピーク強度値から１３．５％で定義されるものである。
○カメラ
１３９２画素×１０４０画素のＣＣＤを撮像素子として搭載。フレームレート３０ｆｐｓ、レンズの焦点距離１．８ｍｍ、画角１８０°、撮影される画像の画素サイズは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、ラインビーム幅は、撮像画像上では、１〜３画素の輝線の幅で撮影される。
○レーザ光照射装置とカメラの撮像素子との離隔距離：約１４０〜１４５ｍｍ
○カメラ１２０は、管状体の内表面を、軸方向に０．５ｍｍ進む毎に撮像する。
【００４４】
［演算処理装置２００の全体構成について］
以上、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成について説明した。続いて、再び図１に戻って、本実施形態に係る演算処理装置２００の全体構成について説明する。
【００４５】
本実施形態に係る演算処理装置２００は、例えば図１に示したように、撮像制御部２０１と、画像処理部２０３と、表示制御部２０５と、記憶部２０７と、を主に備える。
【００４６】
撮像制御部２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。撮像制御部２０１は、本実施形態に係る管状体撮像装置１００による検査対象物の撮像制御を実施する。より詳細には、撮像制御部２０１は、管状体１の撮像を開始する場合に、レーザ光照射装置１１０に対してレーザ光の発振を開始させるための制御信号を送出する。
【００４７】
また、管状体撮像装置１００が管状体１の撮像を開始すると、管状体撮像装置１００からＰＬＧ信号が定期的に（例えば、管状体撮像装置１００が０．５ｍｍ移動する毎に１パルスのＰＬＧ信号）送出されるが、撮像制御部２０１は、ＰＬＧ信号を取得する毎にカメラ１２０に対して撮像を開始するためのトリガ信号を送出する。
【００４８】
画像処理部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０３は、管状体撮像装置１００（より詳細には、管状体撮像装置１００のカメラ１２０）から取得した撮像データを利用して、後述する縞画像フレームを生成する。その後、生成した縞画像フレームに対して、以下で説明するような画像処理を行い、測定対象物である管状体の内表面に存在する可能性のある欠陥を検出する。画像処理部２０３は、管状体１の内表面の欠陥検出処理を終了すると、得られた検出結果に関する情報を、表示制御部２０５に伝送する。
【００４９】
なお、この画像処理部２０３については、以下で改めて詳細に説明する。
【００５０】
表示制御部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部２０５は、画像処理部２０３から伝送された、検査対象物である管状体１の欠陥検出結果を、演算処理装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２００の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、欠陥検出装置１０の利用者は、検査対象物（管状体１）の内表面に存在する各種の欠陥に関する検出結果を、その場で把握することが可能となる。
【００５１】
記憶部２０７は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２００が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２０７には、本実施形態に係る演算処理装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２０７は、撮像制御部２０１、画像処理部２０３、表示制御部２０５等が、自由に読み書きを行うことが可能である。
【００５２】
［画像処理部について］
続いて、図３を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える画像処理部２０３について、詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部の構成を示したブロック図である。
【００５３】
本実施形態に係る画像処理部２０３は、図３に示したように、Ａ／Ｄ変換部２１１と、環状ビームセンター算出部２１３と、座標変換部２１５と、縞画像フレーム生成部２１７と、画像算出部２１９と、欠陥検出部２２７と、を主に備える。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換部２１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。Ａ／Ｄ変換部２１１は、カメラ１２０から出力された撮像画像をＡ／Ｄ変換し、図４に示したようなデジタル多値画像データ（すなわち、環状ビーム画像）として出力する。かかるデジタル多値画像データは、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに記憶される。これらのデジタル多値画像データを管状体の軸方向に沿って順次利用することにより、後述するような縞画像フレームが形成される。
【００５５】
図４に示したように、環状ビーム画像は、管状体１の内表面の軸方向に沿ったある位置において、管状体の内表面に照射された環状ビームを撮像したものである。環状ビーム画像は、予めカメラのゲインやレンズの絞りを適切に設定することにより、例えば図４に示したように、環状ビームが照射された部分が白く表示され、その他の部分は黒く表示されている濃淡画像になっている。また、環状ビームの円周上に重畳している凹凸が、管状体の内表面の断面形状と、内表面に存在する欠陥に関する情報を含んでいる。
【００５６】
Ａ／Ｄ変換部２１１は、カメラ１２０から出力された撮像画像に基づいて図４のような環状ビーム画像を生成すると、生成した環状ビーム画像に対応するデータを、後述する環状ビームセンター算出部２１３に出力する。
【００５７】
環状ビームセンター算出部２１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。環状ビームセンター算出部２１３は、Ａ／Ｄ変換部２１１から出力された各環状ビーム画像について、環の重心位置と環の半径をそれぞれ算出する。
【００５８】
環の重心位置及び半径を算出する方法は、特に限定されるわけではなく、公知のあらゆる方法を利用することが可能である。環の重心位置及び半径を算出する方法の具体例としては、例えば、環状ビーム画像が真円に近い場合は、以下のような２つの方法を挙げることができる。
【００５９】
・２値化した環状ビーム画像上の任意の３点を抽出し、この３点の位置座標の重心を算出する。得られた重心位置と３点のうち任意の１点との間の距離が環の半径となる。
・ハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換による円抽出を行い、円（すなわち、環状ビーム）の重心と半径とを算出する。
【００６０】
環状ビームセンター算出部２１３は、各環状ビーム画像について環の重心位置及び半径を算出すると、環の重心位置及び半径に関する情報をそれぞれ生成して、後述する座標変換部２１５に出力する。
【００６１】
なお、本実施形態においては、管状体１の内面の断面形状が真円に近い場合について説明しているが、任意の断面形状に対して適用可能であり、例えば、断面形状が楕円や角丸長方形等であってもよい。このような場合の重心は、環状ビームの形状から求めることが可能であり、求めた重心との距離の最大値と最小値の平均値を半径として用いることで、後述する座標変換を同じ手順で実施することができる。
【００６２】
座標変換部２１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。座標変換部２１５は、算出された重心位置、及び、当該重心位置と環状ビームの照射部分との離隔距離に基づいて、環状ビーム画像の座標系を変換する。その後、座標変換部２１５は、環状ビームの照射部分を管状体の周方向に展開した線分として表した光切断画像を生成する。
【００６３】
環状ビームの重心位置が算出されることで、環状ビームの照射位置に対応する画素の存在位置を、重心位置を原点とした極座標（ｒ，θ）で表すことができる。座標変換部２１５は、図５に示したように、環状ビームセンター算出部２１３で算出された半径ｒに動径方向に±Δｒの余裕を設けたうえで（すなわち、ｒ−Δｒ〜ｒ＋Δｒの範囲で）、０°≦θ≦３６０°として座標変換を実施する。なお、本実施形態では、動径方向のｒ−Δｒ〜ｒ＋Δｒの範囲で座標変換を実施する場合について説明しているが、余裕Δｒの値は、環状ビームの照射部分を含む範囲で、プラス方向とマイナス方向とで異なった値であってもよい。かかる場合、例えば、座標変換を行う範囲は、ｒ−Δｒ１〜ｒ＋Δｒ２などと表現することができる。ただし、本実施形態においては、プラス方向とマイナス方向とで同じ値Δｒを用いる場合について、以降の説明を行う。
【００６４】
このような座標変換を行うことで、図５の右側に示したように、動径方向には半径ｒを中心として２Δｒの高さを有し、角度方向には３６０°分の長さを有する帯状の画像が抽出されることとなる。以上の説明からも明らかなように、抽出された帯状の画像は、環状ビームの照射部分を管状体の周方向に展開した線分（以下、光切断線とも称する。）を含むこととなる。また、動径方向に関して、半径ｒを中心として２Δｒの範囲を抽出することで、環状ビームの周に凹凸が存在していたとしても、かかる凹凸を含む環状ビームの周をもれなく抽出することが可能となる。このようにして得られた帯状の画像を、以下では光切断画像と称することとする。
【００６５】
なお、Δｒの大きさは、管状体１に存在しうる凹凸の高さの範囲を過去の操業データ等に基づいて予め大まかに算出しておくことで、決定することが可能である。
【００６６】
上述のような管状体撮像装置１００により撮像された環状ビーム画像は、約３００画素に相当する半径を有する環を含むこととなる。そこで、ｒ＝３００画素、Δｒ＝２５画素として、０°≦θ≦３６０°の範囲で光切断画像の抽出を行うと、横１８８５画素×高さ５０画素の光切断画像が生成されることとなる。
【００６７】
また、座標変換部２１５は、抽出された光切断画像における各画素の座標（ｒ，θ）を利用することで、光切断画像に含まれる画素の座標を直交座標（ｒｃｏｓθ，ｒｓｉｎθ）に変換する。ここで、座標変換部２１５が実施する座標値の変換は、極座標系から直交座標系への変換であるため、極座標系における格子点（すなわち、画素の中心位置）が、直交座標系において必ず格子点に対応するとは限らず、非格子点に対応するものも存在することとなる。そこで、座標変換部２１５は、直交座標系における非格子点の濃度（画素値）を補間するために、着目している点の近傍に位置する他の格子点の濃度に基づいて補間する、いわゆる画像補間法を併せて実施することが好ましい。
【００６８】
かかる画像補間法は、特に限定されるものではなく、例えば、「昭晃堂 画像処理ハンドブック」等に記載されている公知の画像補間法を利用することが可能である。このような画像補間法の例として、最近傍（ｎｅａｒｅｓｔ ｎｅｉｇｈｂｏｒ）法、双線形補間（ｂｉ−ｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法、３次補間（ｂｉ−ｃｕｂｉｃ ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）法等を挙げることができる。これらの方法のうち、前者ほど処理速度が速く、後者ほど高品質の結果を得ることができる。そこで、座標変換部２１５は、利用する画像補間法の種別を、処理に用いることのできるリソース量や処理時間等に応じて適宜決定すればよい。本実施形態において示す光切断画像の具体例では、画像補間法として３次補間法を適用している。
【００６９】
座標変換部２１５は、上述のような座標変換処理や画像補間処理を終了すると、得られた光切断画像に対応する画像データを、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに、管状体の軸方向に沿って順次格納していく。
【００７０】
縞画像フレーム生成部２１７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。縞画像フレーム生成部２１７は、記憶部２０７等に設けられた画像メモリから、管状体の軸方向に沿って格納された光切断画像を順に取得する。その後、縞画像フレーム生成部２１７は、取得した各光切断画像を管状体の軸方向に沿って順に配列して、縞画像フレームを生成する。
【００７１】
１つの縞画像フレームを構成する光切断画像の個数は、適宜設定すればよいが、例えば、２５６個の光切断画像で１つの縞画像フレームを構成するようにしてもよい。各光切断画像は、上述のように環状ビーム画像の撮像間隔毎（例えば、０．５ｍｍ間隔）に存在している。そのため、０．５ｍｍ間隔で撮像された環状ビーム画像に基づく、２５６個の光切断画像からなる１つの縞画像フレームは、管状体の内表面の全周を、軸方向に沿って１２８ｍｍ（＝２５６×０．５ｍｍ）の範囲で撮像した結果に相当する。
【００７２】
図６に、縞画像フレーム生成部２１７によって生成される縞画像フレームの一例を示した。図６に示した縞画像フレームは、２５６個の光切断画像のうち、１６個の光切断画像を示したものである。図６に示した縞画像フレームにおいて、図面の横方向に伸びた１本の線分が、１枚の環状ビーム画像を展開したものに相当しており、図面の横方向が環状ビームの周方向に対応している。また、図６に示した縞画像フレームにおいて、図面の縦方向が、管状体１の軸方向に相当している。
【００７３】
縞画像フレーム生成部２１７は、図６に示したような縞画像フレームを生成すると、生成した縞画像フレームを、後述する画像算出部２１９に出力する。また、縞画像フレーム生成部２１７は、生成した縞画像フレームに対応するデータに、当該縞画像フレームを生成した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として記憶部２０７等に格納してもよい。
【００７４】
画像算出部２１９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像算出部２１９は、縞画像フレーム生成部２１７が生成した縞画像フレームに基づいて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する。この画像算出部２１９は、図３に示したように、光切断線処理部２２１と、深さ画像算出部２２３と、輝度画像算出部２２５と、を更に備える。
【００７５】
光切断線処理部２２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。光切断線処理部２２１は、縞画像フレームに含まれる各光切断線について、光切断線の変位量（輝線の曲がり具合）を含む光切断線特徴量を算出する。以下では、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら、光切断線処理部２２１が実施する処理及び算出する光切断線特徴量について、詳細に説明する。図７Ａは、縞画像フレームを模式的に示した説明図である。図７Ｂは、光切断線処理部が実施する光切断線処理について説明するための説明図である。
【００７６】
図７Ａでは、１つの縞画像フレームの中にＮ本の光切断線が存在しており、縞画像フレームの横方向の長さは、Ｍ画素であるものとする。また、１本の光切断線を含む１つの光切断画像は、縦２Δｒ画素×横Ｍ画素から構成されている。
【００７７】
ここで、説明の便宜上、縞画像フレームの周方向（図７Ａにおける横方向）にＸ軸をとり、縞画像フレームの軸方向（図７Ａにおける縦方向）にＹ軸をとって、縞画像フレーム中の画素の位置をＸＹ座標で表すものとする。以下の説明では、縞画像フレーム中に存在するｊ（１≦ｊ≦Ｎ）番目の光切断線の左側からｍ画素目（１≦ｍ≦Ｍ）の位置（すなわち、Ｘｊ，ｍで表される位置）に着目する。
【００７８】
光切断線処理部２２１は、まず、着目すべき光切断線（以下、単にラインとも称する。）の着目すべきＸ座標位置（本説明では、Ｘｊ，ｍで表される位置）を選択すると、図７Ｂに示したように、着目したラインの着目したＸ座標位置における画素に対応付けられている画素値（すなわち、環状ビームの輝度値）の分布を参照する。この際、光切断線処理部２２１は、光切断画像中の当該Ｘ座標位置における全ての画素について、以下で説明する処理を実施するのではなく、光切断画像中におけるＹ座標の基準位置Ｙｓの前後Ｗの範囲に属する画素（すなわち、Ｙｓ−Ｗ〜Ｙｓ＋Ｗの範囲に属する画素）について、以下で説明する処理を実施する。
【００７９】
ここで、Ｙ座標の基準位置Ｙｓは、縞画像フレームのｊライン目の光切断画像に対して予め指定される軸方向の位置であり、例えば光切断画像の軸方向の中心を指定すれば、先述のようにプラス方向とマイナス方向とで同じ余裕値Δｒを用いる場合には、環状ビームセンター算出部が算出した半径ｒ（すなわち光切断線の位置）に等しくなる。また、処理範囲を規定するパラメータＷは、管状体１に存在しうる凹凸の高さの範囲を過去の操業データ等に基づいて、光切断画像中におけるＹ座標の基準位置Ｙｓの前後Ｗの範囲が光切断画像に収まるように、予め大まかに算出しておき、適宜決定すればよい。パラメータＷの値を小さくすることができれば、後述する光切断線処理部２２１の処理負荷の低減をはかることができる。
【００８０】
光切断線処理部２２１は、まず、Ｙｓ−Ｗ〜Ｙｓ＋Ｗの範囲に含まれる画素の中から、光切断線に対応する画素を特定するための第１の閾値の一例である所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素を特定する。図７Ｂに示した例では、Ｙｊ，ｋ、Ｙｊ，ｋ＋１、Ｙｊ，ｋ＋２で表される３つの画素が、それぞれ閾値Ｔｈ以上の画素値Ｉｊ，ｋ、Ｉｊ，ｋ＋１、Ｉｊ，ｋ＋２を有している。従って、光切断線処理部２２１は、所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素を線幅方向に加算した数ｐｊ，ｍ＝３と設定する。この所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素を線幅方向に加算した数ｐｊ，ｍは、いわば位置（ｊ，ｍ）における輝線の画素数に対応する値であり、光切断線特徴量の一つである。また、光切断線処理部２２１は、以下の処理において、抽出された画素に関する情報（Ｙｊ，ｋ、Ｉｊ，ｋ）、（Ｙｊ，ｋ＋１、Ｉｊ，ｋ＋１）、（Ｙｊ，ｋ＋２、Ｉｊ，ｋ＋２）（以下、単に（Ｙ，Ｉ）と略記することもある。）の情報を利用して、更なる光切断線特徴量を算出していく。
【００８１】
また、光切断線処理部２２１は、パラメータｐｊ，ｍ及び抽出した画素に関する情報（Ｙ，Ｉ）を利用して、抽出された画素の輝度の総和Ｋｊ，ｍを算出する。図７Ｂに示した例の場合、光切断線処理部２２１が算出する輝度の総和は、Ｋｊ，ｍ＝Ｉｊ，ｋ＋Ｉｊ，ｋ＋１＋Ｉｊ，ｋ＋２となる。この輝度の総和Ｋｊ，ｍも、光切断線特徴量の一つである。
【００８２】
更に、光切断線処理部２２１は、抽出された画素に関する情報（Ｙ，Ｉ）とＹ座標の基準位置Ｙｓとを利用して、抽出された画素のＹ方向の重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）を算出するとともに、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）の基準位置Ｙｓからの変位量Δｄｊ，ｍ＝Ｙｓ−ＹＣ（ｊ，ｍ）を算出する。
【００８３】
ここで、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、抽出された画素の集合をＡと表すこととすると、以下の式１０１で表される値となる。従って、図７Ｂに示した例の場合、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、以下の式１０１ａで表される値となる。
【００８４】
【数１】
【００８５】
ここで、画素に対応する軸方向の位置は、いわば管状体撮像装置１００の移動幅（例えば、０．５ｍｍ）で量子化された値である。他方、上記式１０１で示したような演算により算出される重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、割り算という数値演算を利用することで算出される値であるため、管状体撮像装置１００の移動幅（いわば量子化単位）よりも小さな値となりうる。従って、かかる重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）を利用して算出される変位量Δｄｊ，ｍについても、移動幅よりも小さな値を有しうる値となる。このようにして算出される変位量Δｄｊ，ｍも、光切断線特徴量の一つである。
【００８６】
光切断線処理部２２１は、以上のような３種類の特徴量を、各切断線に含まれるＭ個の要素に関して算出する。その結果、図８Ａ〜図８Ｃに示したように、光切断線の変位量Δｄ、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関して、Ｍ列×Ｎ行の二次元配列が生成される。図６に示したような本実施形態に係る縞画像フレームの具体例の場合、Ｍ＝１８８５、Ｎ＝２５６であるため、各光切断線特徴量を構成するデータの個数は、１８８５×２５６個となる。
【００８７】
光切断線処理部２２１は、算出した光切断線特徴量のうち、光切断線の変位量Δｄに関する特徴量を、後述する深さ画像算出部２２３に出力する。また、光切断線処理部２２１は、算出した光切断線特徴量のうち、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関する特徴量を、後述する輝度画像算出部２２５に出力する。
【００８８】
深さ画像算出部２２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。深さ画像算出部２２３は、光切断線処理部２２１が生成した光切断線特徴量（特に、変位量Δｄに関する特徴量）に基づいて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像を算出する。
【００８９】
具体的には、深さ画像算出部２２３は、図８Ａに示したような変位量Δｄに関する特徴量（二次元配列）と、環状ビームの垂直成分入射角（図２における角度φ）と、を利用して、深さ画像を算出する。
【００９０】
まず、図９を参照しながら、管状体の内表面に存在する凹凸の高さと、光切断線の変位量Δｄとの関係について説明する。図９は、光切断線の変位と欠陥の高さとの関係を示した説明図である。
【００９１】
図９では、管状体１の内表面に凹みが存在した場合を模式的に示している。ここで、内表面に凹みが存在しない場合の表面位置の高さと凹みの底部の高さとの差分をΔｈと表すこととする。垂直入射した環状ビームが表面反射をする場合に着目すると、内表面に凹みが存在しない場合には、図９の光線Ａのように反射光は伝播することとなるが、内表面に凹みが存在する場合には、図９の光線Ｂのように反射光が伝播することとなる。光線Ａと光線Ｂとのズレが、本実施形態において光切断線の変位量Δｄとして観測されることとなる。ここで、幾何学的な位置関係から明らかなように、光切断線の変位量Δｄと凹みの深さΔｈとは、Δｄ＝Δｈ・ｓｉｎφの関係が成立する。
【００９２】
なお、図９では、管状体の内表面に凹みが存在する場合について説明したが、管状体の内表面に凸部が存在する場合であっても、同様の関係が成立する。
【００９３】
深さ画像算出部２２３は、以上説明したような関係を利用して、光切断線処理部２２１が算出した光切断線の変位量Δｄに関する特徴量に基づき、管状体の内表面の凹凸に関する量Δｈを算出する。
【００９４】
ここで、深さ画像の算出に用いられる光切断線の変位量Δｄは、先に説明したように光切断線の重心位置に基づいて算出されたものであり、移動幅よりも小さな値を有しうる値となっている。従って、深さ画像算出部２２３により算出される深さ画像は、撮像素子の画素サイズよりも細かい分解能で凹凸が再現されている画像となる。
【００９５】
本実施形態で示した縞画像フレームの具体例は、撮影ピッチ０．５ｍｍで撮像された光切断線の変位を積み上げたものであるため、それぞれの変位量ΔｄをΔｈに変換すると、幅０．５ｍｍ×高さ０．５ｍｍの深さ画像が算出されることとなる。また、かかる具体例では、角度φ＝４５°であるため、Δｄ＝（１／２０．５）・Δｈの関係が成立している。
【００９６】
なお、被検査体である管状体の内表面の形状の変化や、カメラ走査方向軸が管状体の中心からずれることにより、図１０に示したように、光切断線に湾曲等の歪みが生じる場合がある。他方、本実施形態に係る欠陥検出方法では、光切断線に重畳している凹凸が、管状体の内表面の断面形状と内表面に存在する表面欠陥に関する情報となっている。そのため、深さ画像算出部２２３は、光切断線の変位量Δｄに基づいて深さ画像を算出する際に、光切断線毎に歪み補正処理を行って、光切断線に重畳している凹凸に関する情報のみを抽出してもよい。このような歪み補正処理を実施することにより、カメラ走査方向軸が管状体の中心軸に正確に一致していない場合や、内表面の形状が円でない場合であっても、内表面に存在する凹凸疵の情報のみを得ることが可能となる。
【００９７】
かかる歪み補正処理の具体例として、（ｉ）多次元関数や各種の非線形関数を利用したフィッティング処理を行い、得られたフィッティング曲線と観測された光切断線との差分演算を行う処理や、（ｉｉ）凹凸に関する情報が高周波成分であることを利用して、浮動フィルタやメディアンフィルタ等のローパスフィルタを適用する処理等を挙げることができる。このような歪み補正処理を実施することにより、内表面に存在する凹凸疵の情報を保持したまま、光切断線の平坦化を図ることが可能となる。
【００９８】
深さ画像算出部２２３が算出した深さ画像の一例を、図１１Ａに示す。図１１Ａは、同実施形態に係る深さ画像の一例を示した説明図である。なお、図１１Ａに示した深さ画像は、縞画像フレームから生成された深さ画像を円周方向に平面展開したものであり、生成された深さ画像の一部を示したものである。
【００９９】
図１１Ａに示した深さ画像では、凸部については輝度階調が明るくなるように表示し、凹部については輝度階調が暗くなるように表示している。図１１Ａを参照すると明らかなように、図の左端近傍及び略中央部分に、周囲よりも暗く表示された部分が存在しており、かかる部分に凹部が存在していることがわかる。また、図１１Ａに示した深さ画像では、被検査体に貼り付けたゼムクリップ（厚さ１ｍｍ）の形状が明瞭に再現されている。
【０１００】
深さ画像算出部２２３は、以上説明したようにして算出した深さ画像に関する情報を、後述する欠陥検出部２２７に出力する。また、深さ画像算出部２２３は、算出した深さ画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、深さ画像算出部２２３は、算出した深さ画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０１０１】
輝度画像算出部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。輝度画像算出部２２５は、光切断線処理部２２１が生成した光切断線特徴量（特に、輝度の総和Ｋ及び輝線の画素数ｐに関する特徴量）に基づいて、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像を算出する。
【０１０２】
具体的には、輝度画像算出部２２５は、図８Ｂに示したような輝度の総和Ｋに関する特徴量（二次元配列）、及び、図８Ｃに示したような輝線の画素数ｐに関する特徴量（二次元配列）を利用して、総和輝度の線幅方向の平均値である平均輝度ＫＡＶＥ（ｊ，ｍ）＝Ｋｊ，ｍ／ｐｊ，ｍ（１≦ｊ≦Ｎ、１≦ｍ≦Ｍ）を算出する。その後、輝度画像算出部２２５は、算出した平均輝度ＫＡＶＥ（ｊ,ｍ）からなるデータ配列を、着目している管状体の輝度画像とする。
【０１０３】
輝度画像算出部２２５が算出した輝度画像の一例を、図１１Ｂに示す。図１１Ｂは、同実施形態に係る輝度画像の一例を示した説明図である。なお、図１１Ｂに示した輝度画像は、縞画像フレームから生成された輝度画像を円周方向に平面展開したものであり、生成された輝度画像の一部を示したものである。
【０１０４】
図１１Ｂに示した輝度画像では、平均輝度値の高低（明暗）に応じて、輝度階調が変化するように表示している。図１１Ｂにおける黒く表示された部分は、いわゆるスケール残りに該当する模様系の欠陥に対応している。
【０１０５】
輝度画像算出部２２５は、以上説明したようにして算出した輝度画像に関する情報を、後述する欠陥検出部２２７に出力する。また、輝度画像算出部２２５は、算出した輝度画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、輝度画像算出部２２５は、算出した輝度画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０１０６】
欠陥検出部２２７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。欠陥検出部２２７は、深さ画像算出部２２３により算出された深さ画像と、輝度画像算出部２２５により算出された輝度画像とに基づいて、管状体の内表面に存在する欠陥を検出する。
【０１０７】
かかる欠陥検出部２２７は、深さ画像及び輝度画像に基づいて欠陥部位を特定する欠陥部位特定機能と、特定した欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量を抽出する特徴量抽出機能と、抽出した特徴量に基づいて欠陥の種別や有害度等を判別する欠陥判別機能と、を有している。以下、これらの機能について、簡単に説明する。
【０１０８】
○欠陥部位特定機能
欠陥検出部２２７は、取得した深さ画像及び輝度画像の各画素に対して、周辺画素との画素値（深さを表す値、又は、輝度値）の線形和を得るフィルタ処理によって縦線状疵、横線状疵、微小疵等の領域を強調し、得られた値が、欠陥部位特定のための第２の閾値以上となるか否かの判定を行う。このようなフィルタ処理及び当該フィルタ処理結果に基づく判定処理を実施することで、欠陥検出部２２７は、欠陥部位を特定するための２値化画像を生成することができる。かかる２値化画像において、算出した値が第２の閾値未満であった画素が正常箇所（すなわち、２値化画像の画素値＝０）に該当し、算出した値が第２の閾値以上であった画素が欠陥箇所（すなわち、２値化画像の画素値＝１）に該当する。更に、欠陥検出部２２７は、連続して発生している欠陥箇所を結合していくことで、一つ一つの欠陥部位を特定する。
【０１０９】
○特徴量抽出機能
欠陥検出部２２７は、欠陥部位特定機能により深さ画像及び輝度画像の欠陥部位を特定すると、特定した欠陥部位ごとに、欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量を抽出する。欠陥部位の形態に関する特徴量として、例えば、欠陥部位の幅、欠陥部位の長さ、欠陥部位の周囲長、欠陥部位の面積、欠陥部位の外接長方形の面積等を挙げることができる。また、欠陥部位の画素値に関する特徴量として、深さ画像に関しては、欠陥部位の深さの最大値、最小値、平均値等を挙げることができ、輝度画像に関しては、欠陥部位の輝度の最大値、最小値、平均値等を挙げることができる。
【０１１０】
○欠陥判別機能
欠陥検出部２２７は、特徴量抽出機能により各欠陥部位の特徴量を抽出すると、欠陥部位ごとに、抽出した特徴量に基づいて欠陥の種別や有害度等を判別する。特徴量に基づく欠陥の種別や有害度等の判別処理は、例えば図１２に示したようなロジックテーブルを利用して行われる。すなわち、欠陥検出部２２７は、図１２に例示したようなロジックテーブルによって表される判別条件に基づき、欠陥の種別や有害度を判別する。
【０１１１】
図１２に例示したように、ロジックテーブルの縦方向の項目として、欠陥の種別（欠陥Ａ１〜欠陥Ａｎ）が記載されており、ロジックテーブルの横方向の項目として、特徴量の種類（特徴量Ｂ１〜特徴量Ｂｍ）が記載されている。また、欠陥の種別及び特徴量により規定されるテーブルの各セルには、対応する特徴量の大小による判別条件式（条件式Ｃ１１〜条件式Ｃｎｍ）が記述されている。このようなロジックテーブルの各行が一組となって、一つ一つの欠陥の種別の判別条件となる。判別処理は、最上位の行に記載された種別から順に行われ、何れか一つの行に記載された判別条件を全て満たした時点で終了する。
【０１１２】
このようなロジックテーブルは、過去の操業データ及び当該操業データに基づく検定員による欠陥の種別及び有害度の特定結果を教師データとした学習処理により構築されたデータベースを利用して、公知の方法により生成することが可能である。
【０１１３】
欠陥検出部２２７は、このようにして検出した欠陥部位ごとに欠陥の種別及び有害度を特定し、得られた検出結果を表示制御部２０５に出力する。これにより、検出対象物である管状体の内表面に存在する欠陥に関する情報が、表示部（図示せず。）に出力されることとなる。また、欠陥検出部２２７は、得られた検出結果を、製造管理用プロコン等の外部の装置に出力してもよく、得られた検出結果を利用して、製品の欠陥帳票を作成してもよい。また、欠陥検出部２２７は、欠陥部位の検出結果に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。
【０１１４】
なお、以上の説明では、ロジックテーブルを利用して欠陥の種別や有害度を判別する場合について説明したが、欠陥の種別や有害度を判別する方法は上記例に限定されるわけではない。例えば、過去の操業データ及び当該操業データに基づく検定員による欠陥の種別及び有害度の特定結果を教師データとした学習処理により、ニューラルネットやサポートベクターマシン（ＳＶＭ）等の判別器を生成し、かかる判別器を欠陥の種別や有害度の判別に利用してもよい。
【０１１５】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００が有する画像処理部２０３の構成について、詳細に説明した。
【０１１６】
なお、上述の説明では、深さ画像算出部２２３が深さ画像を算出する際に、差分演算処理やローパスフィルタ処理等の近似補正処理を実施する場合について説明した。しかしながら、かかる近似補正処理は、光切断線処理部２２１が光切断線特徴量を算出するに先立って、当該光切断線処理部２２１が実施してもよい。
【０１１７】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１１８】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１１９】
以上、本実施形態に係る欠陥検出装置１０の構成について、詳細に説明した。本実施形態に係る欠陥検出装置１０を利用することで、管状体の内表面を周方向全周、全長にわたって検査することが可能となり、微小な凹凸形状の欠陥や模様状の欠陥を、高精度で同時に検出することができる。また、本実施形態に係る欠陥検出装置１０により、欠陥の発生位置を正確に特定することが可能となるため、鋼管等の管状体の生産性や歩留まりの向上や、品質保証に大きく寄与することができる。
【０１２０】
＜欠陥検出方法について＞
続いて、図１３を参照しながら、本実施形態に係る欠陥検出方法の流れを簡単に説明する。図１３は、本実施形態に係る欠陥検出方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１２１】
まず、欠陥検出装置１０の管状体撮像装置１００は、環状ビームを用いて処理対象物である管状体の内表面を撮像して、撮像画像を演算処理装置２００に出力する。演算処理装置２００が備える画像処理部２０３のＡ／Ｄ変換部２１１は、取得した撮像画像に対してＡ／Ｄ変換処理を行い、環状ビーム画像を生成する（ステップＳ１０１）。
【０１２２】
次に、環状ビームセンター算出部２１３は、Ａ／Ｄ変換部２１１が生成した環状ビーム画像を利用して環状ビーム画像の重心位置及び半径を算出し（ステップＳ１０３）、得られた算出結果を、座標変換部２１５に出力する。
【０１２３】
続いて、座標変換部２１５は、算出された重心位置や半径等を利用して環状ビーム画像を座標変換し、光切断画像を生成する（ステップＳ１０５）。生成された光切断画像は、管状体の軸方向に沿って、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに順次格納されていく。
【０１２４】
その後、縞画像フレーム生成部２１７は、生成された光切断画像を管状体の軸方向に沿って順に配列して、縞画像フレームを生成する（ステップＳ１０７）。縞画像フレーム生成部２１７は、生成した縞画像フレームを、光切断線処理部２２１に出力する。
【０１２５】
光切断線処理部２２１は、生成された縞画像フレームを利用し、各光切断線について、所定の閾値Ｔｈ以上の輝度を有する画素の画素数、当該画素の輝度の総和及び光切断線の変位量を算出する（ステップＳ１０９）。これら算出結果が、光切断線特徴量として利用される。算出された光切断線特徴量は、深さ画像算出部２２３及び輝度画像算出部２２５にそれぞれ出力される。
【０１２６】
深さ画像算出部２２３は、算出された光切断線特徴量（特に、光切断線の変位量に関する特徴量）を利用して、深さ画像を算出する（ステップＳ１１１）。また、輝度画像算出部２２５は、算出された光切断線特徴量（特に、閾値以上の輝度を有する画素の画素数に関する特徴量、及び、輝度の総和に関する特徴量）を利用して、輝度画像を算出する（ステップＳ１１１）。深さ画像算出部２２３及び輝度画像生成部２２５は、算出した各画像を、欠陥検出部２２７に出力する。
【０１２７】
その後、欠陥検出部２２７は、算出された深さ画像及び輝度画像を利用して、管状体の内表面に存在する欠陥部位を検出し、検出した欠陥部位の欠陥の種別及び有害度を特定する（ステップＳ１１３）。以上のような流れにより、管状体の内表面に存在する欠陥が検出されることとなる。
【０１２８】
以上、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置及び欠陥検出方法について、詳細に説明した。
【０１２９】
（第２の実施形態）
本発明の実施形態において着目する欠陥検出装置が備える管状体撮像装置は、管状体の軸方向に沿って移動しながら管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射することで、環状ビーム画像を複数撮像する。このためには、管状体撮像装置において、前述のように、レーザ光源とカメラ等の撮像装置とを同軸上に配置することが求められる。ここで、管状体の内径が比較的小さい場合には、レーザ光出力はそれほど高くなくともよく、また、撮像装置に求められる分解能もそれほど高くなくともよいため、比較的小型なレーザ光源及び撮像装置をガラス製等の透明の連結部材を用いて互いに連結することで、撮像を行うことが可能である。
【０１３０】
しかしながら、管状体の内径が大きい場合には、レーザ光出力の高出力化や分解能の向上（すなわち、撮像画像の画素数の増加）を図るために、レーザ光源や撮像装置を大型化することが求められる。また、撮像視野を確保するために、撮像装置とレーザ光源との離隔距離も大きくなることから、レーザ光源及び撮像装置を連結する、より頑強な連結部材が必要となる。その結果、支柱等の連結部材や、場合によっては信号／電源ケーブル等が環状レーザ光照射を遮り、かつ、撮像視野も遮ることとなるため、環状ビーム画像に不感帯が生じてしまう。そのため、環状ビーム画像に不感帯が生じている場合であっても、管状体内面を全周囲にわたって検査して欠陥を検出することが可能な技術が求められることとなる。
【０１３１】
以下に示す本発明の第２の実施形態では、環状ビーム画像に不感帯が生じている場合であっても、管状体内面を全周囲にわたって検査して欠陥を検出することが可能な欠陥検出装置及び欠陥検出方法について、図１４〜図２５を参照しながら詳細に説明する。
【０１３２】
＜欠陥検出装置の全体構成について＞
まず、図１４を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検出装置１０の全体構成について説明する。図１４は、本実施形態に係る欠陥検出装置１０の構成を示した説明図である。
【０１３３】
本実施形態に係る欠陥検出装置１０は、管状体１の内表面を、後述する管状体撮像装置が管状体の内部に送入される際、及び、管状体の内部から送出される際の双方で管状体の内表面を撮像して、撮像の結果得られる画像を画像処理することにより、管状体１の内表面に表面欠陥（凹凸疵及び模様系の疵）が存在するか否かを検査する装置である。
【０１３４】
ここで、本実施形態に係る管状体１は、中空部を有する管状のものであれば特に限定されるわけではないが、かかる管状体１の例として、スパイラル鋼管、電縫鋼管、ＵＯ鋼管、継目無鋼管（シームレス鋼管）、鍛接鋼管、ＴＩＧ溶接鋼管等の各種鋼管やパイプのみならず、熱間押出法で使用されるコンテナと称するシリンダー等の管状物を挙げることができる。
【０１３５】
本実施形態に係る欠陥検出装置１０は、図１４に示したように、管状体１の内表面を撮像する管状体撮像装置１００と、管状体撮像装置１００の管軸方向に沿った移動を制御する駆動制御装置１５０と、撮像の結果得られる画像に対して画像処理を行う演算処理装置２００と、を備える。
【０１３６】
管状体撮像装置１００は、管状体１の中空部に設置される。この管状体撮像装置１００は、管状体１の軸方向に沿って位置を随時変更しながら、当該管状体１の内表面を軸方向に沿って順次撮像し、撮像の結果得られる撮像画像を、演算処理装置２００に出力する装置である。管状体撮像装置１００は、駆動制御装置１５０により軸方向に沿った位置が制御されており、管状体撮像装置１００の移動に伴いＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ Ｌｏｇｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：パルス型速度検出器）等からＰＬＧ信号が演算処理装置２００に出力される。また、管状体撮像装置１００は、演算処理装置２００によって、管状体１の撮像タイミング等が制御されている。
【０１３７】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、上記のように、管状体内部に送入される際に管状体１の内表面を撮像するとともに、管状体内部から送出される際にも管状体１の内表面を撮像する。
【０１３８】
駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００の管軸方向の移動、及び、管中心軸方向を回転軸とする管状体周方向の回転を制御するアクチュエータ等の装置である。駆動制御装置１５０は、演算処理装置２００による制御のもとで、管状体撮像装置１００の管軸方向の移動や管状体周方向の回転といった動作の制御を行う。
【０１３９】
より詳細には、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を管状体内部に送入させるとともに、管状体撮像装置１００が検査対象となる内表面の撮像を終了すると、管状体撮像装置１００の送入動作を停止する。その後、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００の中心軸を回転軸として管状体の周方向に管状体撮像装置１００を回転させる。その後、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を管状体内部から送出させる。
【０１４０】
また、演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００によって生成された撮像画像を利用して縞画像フレームを生成し、この縞画像フレームに対して画像処理を行うことで、管状体１の内表面に存在している可能性のある欠陥を検出する装置である。
【０１４１】
この際、本実施形態に係る演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００においてレーザ光源と撮像装置とを連結する連結部材に起因する不感帯をなくすように、送出時に撮像した撮像画像から生成された画像を利用して、送入時に撮像した撮像画像から生成された画像を補完する。これにより、送入時又は送出時に撮像した撮像画像に不感帯が存在する場合であっても、管状体の内表面を、全周囲にわたって検査することが可能となる。
【０１４２】
［管状体撮像装置１００の構成について］
続いて、図１５Ａ〜図１６を参照しながら、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成について簡単に説明する。図１５Ａ〜図１６は、本実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【０１４３】
図１５Ａ及び図１５Ｂに示したように、本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、レーザ光照射装置１１０と、カメラ１２０と、レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０のそれぞれが固定される保持基板１３１と、２つの保持基板１３１を連結する支柱である連結部材１３３と、を備える。
【０１４４】
レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０とは、レーザ光照射装置１１０から照射されるレーザ光の中心軸と、カメラ１２０の中心軸（光軸）とが同軸となるように配置される。本実施形態に係るレーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０については、第１の実施形態に係るレーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０１４５】
レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０は、それぞれ保持基板１３１に固定されており、これら２つの保持基板１３１は、１又は複数の連結部材１３３により連結されている。レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０が、保持基板１３１及び連結部材１３３により固定されることで、管状体１の内表面を撮像するための撮像プローブが形成される。
【０１４６】
保持基板１３１及び連結部材１３３の素材については、管状体撮像装置１００に求められる強度等に応じて適宜選択すればよい。また、連結部材１３３の本数は、管状体撮像装置１００に求められる強度に応じて適宜設定すればよく、１本であってもよいし、複数本であってもよい。
【０１４７】
連結部材１３３の太さ（例えば、円柱状の連結部材１３３である場合には管径）は、環状ビームの照射領域（以下、ビーム照射領域とも称する。）が、環状ビームや撮像視野が連結部材１３３によって遮蔽される領域（以下、遮蔽領域とも称する。）よりも広くなるように設定する。
【０１４８】
ここで、複数本の連結部材１３３を設ける場合には、例えば図１５Ｂに示したように、保持基板１３１の縁部に当該保持基板１３１の周方向に沿って等間隔に配置することが好ましい。また、連結部材１３３を複数本設置する場合には、遮蔽領域がなるべく狭くなるように本数を決定することが好ましい。
【０１４９】
また、連結部材１３３の本数を１本とする場合には、例えば図１５Ｂに示した４本の連結部材のうちいずれか１つの位置に対して、連結部材１３３を設置すればよい。
【０１５０】
以上説明したような管状体撮像装置１００は、図１６に示したように、駆動制御装置１５０によって管状体１の中心軸に略一致するように軸方向に移動しながら、管状体１の内表面を送入時と送出時の双方で走査する。ここで、後述する演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００が軸方向に所定距離移動する毎に、カメラ１２０に対して撮像のためのトリガ信号を出力する。レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０の軸方向の移動間隔は、適宜設定することが可能であるが、例えば、カメラ１２０に設けられた撮像素子の画素サイズと同一にすることが好ましい。軸方向の移動間隔と撮像素子の画素サイズとを一致させることで、撮像された画像において縦方向の分解能と横方向の分解能とを一致させることができる。
【０１５１】
また、駆動制御装置１５０は、送入時の管状体内表面の撮像が終了すると、連結部材１３３の本数に応じて管状体撮像装置１００を周方向に回転させる。この回転角の大きさは、管状体内表面に仮想的に設定した基準線を基準として考えた場合に、連結部材１３３の配置により生じる遮蔽領域が送入時と送出時とで異なる位置となるように（換言すれば、送入時における遮蔽領域と、送出時における遮蔽領域とが重ならないように）設定される。具体的には、連結部材１３３の本数が１本である場合には、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を周方向に沿って例えば１８０°回転させる。また、駆動制御装置１５０は、連結部材１３３が等間隔に２本設置されている場合には、管状体撮像装置１００を周方向に例えば９０°回転させ、等間隔に３本設置されている場合には、周方向に例えば６０°回転させる。また、図１５Ｂに示したように、連結部材１３３が等間隔に４本設置されている場合には、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を周方向に例えば４５°回転させる。
【０１５２】
なお、図１６に示した角度φは、任意の値に設定することが可能であるが、例えば３０〜６０度程度とすることが好ましい。かかる角度をあまり大きくすると環状ビームの管状体１の内面からの散乱光（反射光）が弱くなり、また小さくすると、検査対象物である管状体１の深さ変化量に対して、後述する縞画像における縞の移動量が小さくなり、管状体１の内表面に存在する凹部の深さ（又は、凸部の高さ）に関する情報が劣化するためである。
【０１５３】
以下に、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の有する各装置について、その具体的な構成や設定値等を列挙する。かかる構成や設定値等はあくまでも一例であって、本発明に係る管状体撮像装置１００が、以下の具体例に限定されるわけではない。
【０１５４】
○管状体
コンテナライナー：内径６００ｍｍ、長さ８５０ｍｍ
○レーザ光照射装置
１６０ｍＷの出力でレーザ光を照射。円錐状の光学素子１１３により、８０ｍＷの環状ビームとなって管状体の内表面に照射される。コンテナライナー内面に照射されるラインビーム幅は、０．３０ｍｍである。ただし、この場合のラインビーム幅とは、ピーク強度値から１３．５％で定義されるものである。
○カメラ
２３３０画素×１７５０画素のＣＣＤを撮像素子として搭載。フレームレート３０ｆｐｓ、レンズの焦点距離１．８ｍｍ、画角１８０°、撮影される画像の画素サイズは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、ラインビーム幅は、撮像画像上では、１〜３画素の輝線の幅で撮影される。
○レーザ光照射装置とカメラの撮像素子との離隔距離：約２５０ｍｍ
○カメラ１２０は、管状体の内表面を、軸方向に０．５ｍｍ進む毎に撮像する。
【０１５５】
［演算処理装置２００の全体構成について］
以上、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成について説明した。続いて、再び図１４に戻って、本実施形態に係る演算処理装置２００の全体構成について説明する。
【０１５６】
本実施形態に係る演算処理装置２００は、例えば図１４に示したように、撮像制御部２０１と、画像処理部２０３と、表示制御部２０５と、記憶部２０７と、を主に備える。
【０１５７】
ここで、本実施形態に係る表示制御部２０５及び記憶部２０７については、第１の実施形態に係る演算処理装置２００が備える表示制御部２０５及び記憶部２０７と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０１５８】
また、本実施形態に係る撮像制御部２０１は、駆動制御装置１５０に対して、管状体撮像装置１００の移動や回転を実施させるための制御信号を更に送出する以外は、第１の実施形態に係る撮像制御部２０１と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものである。従って、以下では詳細な説明は省略する。
【０１５９】
画像処理部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０３は、管状体撮像装置１００（より詳細には、管状体撮像装置１００のカメラ１２０）から取得した撮像データを利用して、縞画像フレームを生成する。その後、生成した縞画像フレームに対して、以下で説明するような画像処理を行い、測定対象物である管状体の内表面に存在する可能性のある欠陥を検出する。画像処理部２０３は、管状体１の内表面の欠陥検出処理を終了すると、得られた検出結果に関する情報を、表示制御部２０５に伝送する。
【０１６０】
また、本実施形態に係る管状体撮像装置１００が撮像した画像には、前述のように、連結部材１３３に起因する遮蔽領域が存在している。そこで、本実施形態に係る画像処理部２０３は、送入時に撮像した縞画像フレームから生成した画像を、送出時に撮像した縞画像フレームから生成した画像を利用して補完し、遮蔽領域の存在しない画像を生成した上で、内表面に存在する欠陥を検出する。
【０１６１】
画像処理部２０３で実施される画像処理については、以下で改めて詳細に説明する。
【０１６２】
［画像処理部について］
続いて、図１７を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える画像処理部２０３について、詳細に説明する。図１７は、本実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部の構成を示したブロック図である。
【０１６３】
本実施形態に係る画像処理部２０３は、図１７に示したように、Ａ／Ｄ変換部２５１と、環状ビームセンター算出部２５３と、座標変換部２５５と、縞画像フレーム生成部２５７と、画像算出部２５９と、欠陥検出部２７１と、を主に備える。
【０１６４】
Ａ／Ｄ変換部２５１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。Ａ／Ｄ変換部２５１は、カメラ１２０から出力された、送入時及び送出時の撮像画像をＡ／Ｄ変換し、デジタル多値画像データ（すなわち、環状ビーム画像）として出力する。かかるデジタル多値画像データは、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに記憶される。これらのデジタル多値画像データを管状体の軸方向に沿って順次利用することにより、後述するような縞画像フレームが形成される。
【０１６５】
環状ビーム画像は、前述のように、管状体１の内表面の軸方向に沿ったある位置において、管状体の内表面に照射された環状ビームを撮像したものである。環状ビーム画像は、予めカメラのゲインやレンズの絞りを適切に設定することにより、環状ビームが照射された部分が白く表示され、その他の部分は黒く表示されている濃淡画像になっている。また、環状ビームの円周上に重畳している凹凸が、管状体の内表面に存在する欠陥に関する情報を含んでいる。
【０１６６】
ここで、本実施形態に係る環状ビーム画像は、図１８に模式的に示したように、環状ビームが内表面に照射されているビーム照射領域と、連結部材１３３により環状ビームが遮蔽された不感帯である遮蔽領域と、が存在したものとなる。また、送入状態から送出状態へと切り替わる際に、管状体撮像装置１００が管状体の周方向に所定の角度回転する（図１８では時計方向に４５度回転している）ため、管状体内表面のある基準点に着目すると、遮蔽領域の位置は送入時と送出時とで異なることとなる。
【０１６７】
Ａ／Ｄ変換部２５１は、カメラ１２０から出力された２種類の撮像画像に基づいて図１８のような送入時及び送出時の環状ビーム画像をそれぞれ生成すると、生成した各環状ビーム画像に対応するデータを、後述する環状ビームセンター算出部２５３に出力する。
【０１６８】
環状ビームセンター算出部２５３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。環状ビームセンター算出部２５３は、Ａ／Ｄ変換部２５１から出力された送入時及び送出時におけるそれぞれの環状ビーム画像について、環の重心位置と環の半径をそれぞれ算出する。
【０１６９】
ここで、環の重心位置及び半径を算出する方法は、特に限定されるわけではなく、公知のあらゆる方法を利用することが可能である。環の重心位置及び半径を算出する方法の具体例としては、例えば、第１の実施形態で示したような以下の２つの方法を挙げることができ、遮蔽領域の有無によらず利用することが可能である。
【０１７０】
・２値化した環状ビーム画像上の任意の３点を抽出し、この３点の位置座標の重心を算出する。得られた重心位置と３点のうち任意の１点との間の距離が環の半径となる。
・ハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換による円抽出を行い、円（すなわち、環状ビーム）の重心と半径とを算出する。
【０１７１】
環状ビームセンター算出部２５３は、送入時及び送出時における各環状ビーム画像について環の重心位置及び半径を算出すると、環の重心位置及び半径に関する情報をそれぞれ生成して、後述する座標変換部２５５に出力する。
【０１７２】
座標変換部２５５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。座標変換部２５５は、算出された重心位置、及び、当該重心位置と環状ビームの照射部分との離隔距離に基づいて、環状ビーム画像の座標系を変換する。その後、座標変換部２５５は、環状ビームの照射部分を管状体の周方向に展開した線分として表した光切断画像を生成する。
【０１７３】
ここで、本実施形態に係る座標変換部２５５は、座標系の変換を行う際に、管状体内表面に仮想的に設定された基準点を基準として、変換処理を実施する。この基準点を管状体内表面のどの位置に設定するかは、特に限定されるわけではなく、任意の位置に設定することが可能である。例えば図１８に示した例では、管状体内表面を送入方向に見た際の３時の方向に、基準点Ｋが設定されている。この基準点Ｋは、管軸方向の各位置で撮像された環状ビーム画像の間で互いに同一の位置となるように選択される。
【０１７４】
なお、送入時の環状ビーム画像上で基準点Ｋの座標が特定された場合、送出時の環状ビーム画像における基準点Ｋの位置は、送入時における基準点Ｋの座標を所定の角度回転させることで特定することができる。すなわち、送出時において、時計方向を正方向とした場合に管状体撮像装置１００が＋Ｘ度回転される場合には、送入時における基準点Ｋの位置を−Ｘ度回転させることで、送出時における基準点Ｋの位置を特定することができる。
【０１７５】
図１９は、送入時及び送出時に管状体撮像装置１００によって撮像される環状ビーム画像を模式的に図示したものである。図１８に示した例の場合、管状体撮像装置１００は、時計方向に４５度回転された後に送出時の環状ビーム画像が生成される。ここで、管状体撮像装置１００のレーザ照射装置１１０及びカメラ１２０は一体に形成されているため、管状体撮像装置１００の回転にあわせてカメラ１２０も回転することとなる。従って、図１９に示した環状ビーム画像では、基準点Ｋは反時計方向に４５度回転する。
【０１７６】
座標変換部２５５は、基準点Ｋを基準とした座標変換処理や、第１の実施形態で説明したような画像補間処理を終了すると、得られた光切断画像に対応する画像データを、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに、管状体の軸方向に沿って順次格納していく。
【０１７７】
縞画像フレーム生成部２５７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。縞画像フレーム生成部２５７は、記憶部２０７等に設けられた画像メモリから、管状体の軸方向に沿って格納された光切断画像を順に取得する。その後、縞画像フレーム生成部２５７は、取得した各光切断画像を管状体の軸方向に沿って順に配列して、送入時の縞画像フレーム及び送出時の縞画像フレームをそれぞれ生成する。
【０１７８】
１つの縞画像フレームを構成する光切断画像の個数は、適宜設定すればよいが、例えば、２５６個の光切断画像で１つの縞画像フレームを構成するようにしてもよい。各光切断画像は、上述のように環状ビーム画像の撮像間隔毎（例えば、０．５ｍｍ間隔）に存在している。そのため、０．５ｍｍ間隔で撮像された環状ビーム画像に基づく、２５６個の光切断画像からなる１つの縞画像フレームは、管状体の内表面の全周を、軸方向に沿って１２８ｍｍ（＝２５６×０．５ｍｍ）の範囲で撮像した結果に相当する。
【０１７９】
図２０は、このようにして生成された送入時の縞画像フレームを模式的に示した説明図であり、図２１は、このようにして生成された送出時の縞画像フレームを模式的に示した説明図である。
【０１８０】
縞画像フレーム生成部２５７により生成される送入時及び送出時の縞画像フレームには、図２０及び図２１に示したように、管状体撮像装置１００に設けられた連結部材１３３の本数に応じて、遮蔽領域が存在することとなる。また、各縞画像フレームの周方向の原点は、座標変換部２５５により共通した基準点Ｋを起点として座標変換が実施されているため、図２０及び図２１に示したように、互いに等しく基準点Ｋとなる。
【０１８１】
縞画像フレーム生成部２５７は、送入時の縞画像フレーム及び送出時の縞画像フレームをそれぞれ生成すると、生成したこれらの縞画像フレームを、後述する画像算出部２５９に出力する。また、縞画像フレーム生成部２５７は、生成した各縞画像フレームに対応するデータに、当該縞画像フレームを生成した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として記憶部２０７等に格納してもよい。
【０１８２】
画像算出部２５９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像算出部２５９は、縞画像フレーム生成部２５７が生成した、送入時及び送出時における２種類の縞画像フレームに基づいて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する。この画像算出部２５９は、図１７に示したように、光切断線処理部２６１と、深さ画像算出部２６３と、輝度画像算出部２６５と、深さ画像補完部２６７と、輝度画像補完部２６９と、を更に備える。
【０１８３】
光切断線処理部２６１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。光切断線処理部２６１は、縞画像フレームに含まれる各光切断線について、光切断線の変位量（輝線の曲がり具合）、輝線の画素数及び輝度の総和に関する３種類の光切断線特徴量を算出する。
【０１８４】
これら３種類の光切断線特徴量の算出方法については、第１の実施形態に係る光切断線処理部２２１が実施する算出方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１８５】
本実施形態に係る光切断線処理部２６１は、上記３種類の光切断線特徴量に加えて、遮蔽領域の位置を特定する処理を実施する。以下、遮蔽領域の位置を特定する処理について、詳細に説明する。
【０１８６】
連結部材１３３による遮蔽領域ではカメラ１２０によって環状レーザ光が撮像されないため、図２２に模式的に示したように、所定の閾値Ｔｈよりも輝度の大きい輝線は存在しない。従って、上記光切断線特徴量の算出過程において、遮蔽領域では輝線の画素数についての光切断線特徴量ｐｊ，ｍがゼロとなる。
【０１８７】
そこで、本実施形態に係る光切断線処理部２６１は、それぞれの周方向（Ｘ方向）位置における輝線の画素数に着目して、遮蔽領域の範囲を示す周方向座標（Ｘ座標）を特定する。以下では、縞画像フレーム画像において、左から１番目に存在する遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅを算出する場合を例にとって、説明を行うものとする。
【０１８８】
光切断線処理部２６１は、送入時の環状ビーム画像を構成するＮ本の光切断線それぞれについて、遮蔽領域が開始するＸ座標の位置Ｘｓ１ｊｓ、及び、遮蔽領域が終了するＸ座標の位置Ｘｓ１ｊｅ（ｊ＝１〜Ｎ）を特定する。その上で、管状体撮像装置１００に生じた振動の影響等で、遮蔽領域の開始位置及び終了位置にズレが生じる場合を考慮して、特定されたＮ個の遮蔽領域開始位置Ｘｓ１ｊｓのうちの最小値をＸｓ１ｓとするとともに、遮蔽領域終了位置Ｘｓ１ｊｅの最大値をＸｓ１ｅとする。
【０１８９】
また、ｊライン目における左から１番目の遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓ及び終了位置Ｘｓ１ｊｅは、以下のようにして特定することができる。以下、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓ及び終了位置Ｘｓ１ｊｅの特定方法を、図２３を参照しながら具体的に説明する。
【０１９０】
光切断線処理部２６１は、ｊライン目の光切断線の各Ｘ座標において、輝線の画素数ｐｊ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）に着目する。その上で、光切断線処理部２６１は、各Ｘ位置における輝線の画素数ｐｊ，ｍについて、ｐｊ，ｍ＝０となるＸ位置が出現するかを判断していく。ｐｊ，ｍ＝０となったＸ位置が存在した場合、光切断線処理部２６１は、その座標Ｘｍを記憶するとともに、それ以降のＸ座標についてｐｊ，ｍ＝０である状態の連続数をカウントしていく。ここで、図２３に模式的に示したように、ｐｊ，ｍ＝０である状態の連続数が、所定の閾値ＴＨｓ（例えば、ＴＨｓ＝１０等）以上となった場合、光切断線処理部２６１は、記憶しておいたＸ座標Ｘｍを、ｊライン目における左から１番目の遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓとして特定する。
【０１９１】
また、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓが特定された状態の中で、Ｘ方向に輝線の画素数を探索していくうちに、ｐｊ，ｍ≠０となるＸ座標Ｘｎが出現したとする。この場合、光切断線処理部２６１は、その座標Ｘｎを記憶するとともに、それ以降のＸ座標についてｐｊ，ｍ≠０である状態の連続数をカウントしていく。ここで、図２３に模式的に示したように、ｐｊ，ｍ≠０である状態の連続数が、所定の閾値ＴＨｓ（例えば、ＴＨｓ＝１０等）以上となった場合、光切断線処理部２６１は、記憶しておいたＸ座標Ｘｎの一つ手前のＸ位置を、ｊライン目における左から１番目の遮蔽領域の終了位置Ｘｓ１ｊｅとして特定する。ここで、上記閾値ＴＨｓは、連続数判定用の第３の閾値、及び、連続数判定用の第４の閾値の一例であり、第３の閾値と第４の閾値とが同一の値である場合に相当する。なお、上記説明では、遮蔽領域の開始位置を特定するために用いられる閾値ＴＨｓと、遮蔽領域の終了位置を特定するために用いられる閾値ＴＨｓとが同一の値である場合について示したが、これら２つの閾値は互いに異なる値であってもよい。
【０１９２】
また、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅを決定する別の方法として以下のようにしてもよい。
ｊライン目の光切断線の各Ｘ座標において、座標位置を移動させながら、輝線の画素数ｐｊ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の所定の左右ｋ個分（例えば、ｋ＝３等）の平均値ｑｊ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）を順次求める（移動平均処理）。次に、求めた平均値ｑｊ，ｍが予め設定した閾値Ａ（例えばＡ＝０．５等）未満となるＸ座標位置を遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓとする。また、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓが特定されており、かつ、求めた平均値ｑｊ，ｍが予め設定した閾値Ａ以上となるＸ座標位置を遮蔽領域の終了位置Ｘｓ１ｅとする。なお、上記閾値Ａは、移動平均判定用の第５の閾値の一例である。
【０１９３】
以上のような処理をｊ＝１〜Ｎの各光切断線に対して実施することで、光切断線処理部２６１は、左から１番目の遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅを決定することができる。また、左から２番目以降の遮蔽領域についても、同様の処理を行うことで、遮蔽領域の開始位置や終了位置を決定することができる。
【０１９４】
なお、光切断線処理部２６１は、遮蔽領域における光切断線の変位量についての光切断線特徴量Δｄｊ，ｍ、及び、遮蔽領域における輝度の総和についての光切断線特徴量Ｋｊ，ｍは、それぞれゼロとして取り扱う。
【０１９５】
従って、例えば左から１番目の遮蔽領域について、輝線の画素数ｐｊ，ｍの二次元配列、輝線の輝度の総和Ｋｊ，ｍの二次元配列、及び、輝線の変位量Δｄｊ，ｍの二次元配列は、それぞれ以下のようになる。
【０１９６】
ｐｊ，ｍ＝０（ｊ＝１〜Ｎ，ｍ＝Ｘｓ１ｓ，・・・，Ｘｓ１ｅ）
Ｋｊ，ｍ＝０（ｊ＝１〜Ｎ，ｍ＝Ｘｓ１ｓ，・・・，Ｘｓ１ｅ）
Δｄｊ，ｍ＝０（ｊ＝１〜Ｎ，ｍ＝Ｘｓ１ｓ，・・・，Ｘｓ１ｅ）
【０１９７】
光切断線処理部２６１は、例えば図１９に示したような、４本の連結部材１３３が映りこんだ送入時の環状ビーム画像に対応する縞画像フレームに対して、以上のような処理を実施することで、図２０に示したように、４カ所の遮蔽領域それぞれの開始位置及び終了位置を特定することができる。
【０１９８】
また、光切断線処理部２６１は、図２１に例示した送出時の縞画像フレームについても、第１の実施形態と同様にして光切断線特徴量を算出する。しかしながら、送出時の縞画像フレームについては、遮蔽領域の開始位置及び終了位置を特定しなくともよい。ここで、送出時の縞画像フレームについて輝線の画素数ｐｊ，ｍ＝０であるＸ位置が出現すると、光切断線処理部２６１は、対応するＸ位置の輝度の総和Ｋｊ，ｍ、及び、輝線の変位量Δｄｊ，ｍをゼロとして取り扱う。
【０１９９】
光切断線処理部２６１は、算出した光切断線特徴量のうち、光切断線の変位量Δｄに関する特徴量を、後述する深さ画像算出部２６３に出力する。また、光切断線処理部２６１は、算出した光切断線特徴量のうち、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関する特徴量を、後述する輝度画像算出部２６５に出力する。更に、光切断線処理部２６１は、送入時の縞画像フレームに存在する各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した情報（例えば図２０におけるＸｓ１ｓ〜Ｘｓ４ｅを示した情報）を、後述する深さ画像補完部２６７及び輝度画像補完部２６９に出力する。
【０２００】
深さ画像算出部２６３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。深さ画像算出部２６３は、光切断線処理部２６１が生成した光切断線特徴量（特に、変位量Δｄに関する特徴量）に基づいて、送入時及び送出時のそれぞれについて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像を算出する。以下では、送入時における深さ画像を、送入時深さ画像とも称することとし、送出時における深さ画像を、送出時深さ画像とも称することとする。
【０２０１】
ここで、深さ画像算出部２６３が送入時深さ画像及び送出時深さ画像を算出する方法は、第１の実施形態に係る深さ画像算出部２２３が実施する深さ画像の算出方法と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２０２】
深さ画像算出部２６３は、送入時深さ画像及び送出時深さ画像を算出すると、算出したこれらの画像に関する情報を、後述する深さ画像補完部２６７に出力する。
【０２０３】
輝度画像算出部２６５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。輝度画像算出部２６５は、光切断線処理部２６１が生成した光切断線特徴量（特に、輝度の総和Ｋ及び輝線の画素数ｐに関する特徴量）に基づいて、送入時及び送出時のそれぞれについて、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像を算出する。以下では、送入時における輝度画像を、送入時輝度画像とも称することとし、送出時における輝度画像を、送出時輝度画像とも称することとする。
【０２０４】
ここで、輝度画像算出部２６５が送入時輝度画像及び送出時輝度画像を算出する方法は、第１の実施形態に係る輝度画像算出部２２５が実施する輝度画像の算出方法と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２０５】
輝度画像算出部２６５は、送入時輝度画像及び送出時輝度画像を算出すると、算出したこれらの画像に関する情報を、後述する輝度画像補完部２６９に出力する。
【０２０６】
深さ画像補完部２６７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。深さ画像補完部２６７は、深さ画像算出部２６３が算出した送入時深さ画像及び送出時深さ画像を利用して、深さ画像において遮蔽領域に対応する部分の補完処理を実施する。
【０２０７】
深さ画像算出部２６３が算出した送入時深さ画像及び送出時深さ画像において、連結部材１３３による遮蔽領域に該当する部分は、画素値の変化が存在しない部分となっており、この部分からは管状体の内表面の凹凸状態に関する正確な知見を得ることができない。そこで、深さ画像補完部２６７は、これら２種類の深さ画像を利用して、遮蔽領域の深さ情報を補完する処理を実施する。
【０２０８】
以下では、図２０、図２１及び図２４を参照しながら、深さ画像において左から１番目に存在する遮蔽領域に対応する部分の補間処理について、具体的に説明する。
【０２０９】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００では、送入時の環状ビーム画像を撮像する状態から送出時の環状ビーム画像を撮像する状態へと切り替わる際に、管状体撮像装置１００の全体が所定の角度だけ回転する。また、管状体撮像装置１００では、先だって説明したように、ビーム照射領域が遮蔽領域よりも広くなるように、連結部材１３３の太さや配置位置が決定されている。
【０２１０】
以上のような設定のために、本実施形態に係る欠陥検出装置１０では、図２０及び図２１の縞画像フレームに示したように、送入時と送出時とでフレーム内で遮蔽領域の位置が変化することとなる。また、図２１から明らかなように、ビーム照射領域が遮蔽領域よりも広いため、一方の縞画像フレーム（例えば送入時の縞画像フレーム）における遮蔽領域は、他方の縞画像フレーム（例えば、送出時の縞画像フレーム）における非遮蔽領域に包含されることとなる。
【０２１１】
そこで、本実施形態に係る深さ画像補完部２６７は、例えば図２４に示したように、送出時深さ画像を利用して、送入時深さ画像の遮蔽領域を補完して、遮蔽領域に対応する部分が存在しない深さ画像を生成する。
【０２１２】
図２４では、左から１番目に存在する遮蔽領域を補完する処理について、模式的に図示している。
送入時の画像における遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅは、光切断線処理部２６１により特定され、深さ画像補完部２６７に通知されている。そこで、深さ画像補完部２６７は、送出時深さ画像を参照して、送入時深さ画像の遮蔽領域に対応する部分（Ｘｓ１ｓ〜Ｘｓ１ｅ）の深さ情報を取得し、送入時深さ画像の遮蔽領域に対応する部分に、取得した深さ情報を代入する。
【０２１３】
ここで、管状体撮像装置１００の動作からも明らかなように、送入時の縞画像フレームにおけるＮ本目の光切断線と、送出時の縞画像フレームにおける１本目の光切断線とが、同一の管軸方向位置に対応している。そこで、深さ画像補完部２６７は、送入時深さ画像の１ライン目に対応する深さ情報を補完する場合には、送出時深さ画像のＮライン目に対応する深さ画像を利用して、補完処理を実施する。同様に、深さ画像補完部２６７は、送入時深さ画像のｊライン目に対応する深さ情報を補完する場合には、送出時深さ画像の（Ｎ＋１−ｊ）ライン目に対応する深さ画像を利用して補完処理を実施する。
【０２１４】
深さ画像補完部２６７は、このような補完処理を、１ライン目〜Ｎライン目に対応する部分に対して実施することで、送入時深さ画像において左から１番目に存在する遮蔽領域の深さ情報を補完することができる。
【０２１５】
また、深さ画像補完部２６７は、同様の補完処理を、左から２番目以降に存在する遮蔽領域に対応する部分にも適用することによって、送入時深さ画像に存在する全ての遮蔽領域に対応する部分の深さ情報を補完することができる。
【０２１６】
深さ画像補完部２６７は、以上説明したような補完処理により、遮蔽領域に対応する部分の深さ情報を補完すると、補完後の深さ画像に関する情報を、後述する欠陥検出部２７１に出力する。また、深さ画像補完部２６７は、補完後の深さ画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、深さ画像補完部２６７は、補完後の深さ画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０２１７】
輝度画像補完部２６９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。輝度画像補完部２６９は、輝度画像算出部２６５が算出した送入時輝度画像及び送出時輝度画像を利用して、輝度画像において遮蔽領域に対応する部分の補完処理を実施する。
【０２１８】
輝度画像算出部２６５が算出した送入時輝度画像及び送出時輝度画像において、連結部材１３３による遮蔽領域に該当する部分は、画素値がゼロとなっており、この部分からは管状体の内表面の凹凸状態に関する正確な知見を得ることができない。そこで、輝度画像補完部２６９は、これら２種類の輝度画像を利用して、遮蔽領域の輝度情報を補完する処理を実施する。
【０２１９】
ここで、輝度画像補完部２６９は、深さ画像補完部２６５による補完処理と同様にして、送入時の画像における遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅに基づいて送出時輝度画像を参照して、送入時輝度画像の遮蔽領域に対応する部分（Ｘｓ１ｓ〜Ｘｓ１ｅ）の輝度情報を取得し、送入時輝度画像の遮蔽領域に対応する部分に、取得した輝度情報を代入する。この際、輝度画像補完部２６９は、送入時輝度画像のｊライン目に対応する輝度情報を補完するために、送出時輝度画像の（Ｎ＋１−ｊ）ライン目に対応する輝度画像を利用して補完処理を実施する。
【０２２０】
輝度画像補完部２６９は、同様の補完処理を、画像中に存在する全ての遮蔽領域に対応する部分に適用することによって、送入時輝度画像に存在する全ての遮蔽領域に対応する部分の輝度情報を補完することができる。
【０２２１】
輝度画像補完部２６９は、以上説明したような補完処理により、遮蔽領域に対応する部分の輝度情報を補完すると、補完後の輝度画像に関する情報を、後述する欠陥検出部２７１に出力する。また、輝度画像補完部２６９は、補完後の輝度画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、輝度画像補完部２６９は、補完後の輝度画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０２２２】
再び図１７に戻って、本実施形態に係る欠陥検出部２７１について説明する。
本実施形態に係る欠陥検出部２７１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。欠陥検出部２７１は、深さ画像補完部２６７により補完された深さ画像と、輝度画像補完部２６９により補完された輝度画像とに基づいて、管状体の内表面に存在する欠陥を検出する。
【０２２３】
ここで、本実施形態に係る欠陥検出部２７１が実施する欠陥検出処理は、第１の実施形態に係る欠陥検出部２２７が実施する欠陥検出処理と同様のものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２２４】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００が有する画像処理部２０３の構成について、詳細に説明した。
【０２２５】
なお、上記説明では、送入時深さ画像及び送入時輝度画像の遮蔽領域に対応する部分を、送出時深さ画像及び送出時輝度画像のビーム照射領域に対応する部分を利用して補完する場合について説明したが、逆の処理を行うことも可能である。
すなわち、光切断線処理部２６１は、送出時の縞画像フレームに着目して、送出時の縞画像フレームにおける遮蔽領域の開始位置及び終了位置を特定する。その上で、深さ画像補完部２６７及び輝度画像補完部２６９は、送入時深さ画像及び送入時輝度画像のビーム照射領域に対応する部分を利用して、送出時深さ画像及び送出時輝度画像の遮蔽領域に対応する部分を補完してもよい。
【０２２６】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０２２７】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０２２８】
以上、本実施形態に係る欠陥検出装置１０の構成について、詳細に説明した。本実施形態に係る欠陥検出装置１０を利用することで、管状体の内表面を周方向全周、全長にわたって検査することが可能となり、微小な凹凸形状の欠陥や模様状の欠陥を、高精度で同時に検出することができる。また、本実施形態に係る欠陥検出装置１０により、欠陥の発生位置を正確に特定することが可能となるため、鋼管等の管状体の生産性や歩留まりの向上や、品質保証に大きく寄与することができる。
【０２２９】
＜欠陥検出方法について＞
続いて、図２５を参照しながら、本実施形態に係る欠陥検出方法の流れを簡単に説明する。図２５は、本実施形態に係る欠陥検出方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０２３０】
まず、欠陥検出装置１０の管状体撮像装置１００は、プローブから照射される環状ビームを用いて、プローブの送入及びプローブの送出時に管状体の内表面を撮像して、プローブ送入時及びプローブ送出時の２種類の撮像画像を演算処理装置２００に出力する。演算処理装置２００が備える画像処理部２０３のＡ／Ｄ変換部２５１は、取得した２種類の撮像画像に対してＡ／Ｄ変換処理を行い、送入時環状ビーム画像及び送出時ビーム画像を生成する（ステップＳ２０１）。
【０２３１】
次に、環状ビームセンター算出部２５３は、Ａ／Ｄ変換部２５１が生成した送入時及び送出時の環状ビーム画像を利用して、各環状ビーム画像の重心位置及び半径を算出し（ステップＳ２０３）、得られた算出結果を、座標変換部２５５に出力する。
【０２３２】
続いて、座標変換部２５５は、算出された重心位置や半径等を利用して、送入時環状ビーム画像及び送出時環状ビーム画像を座標変換し、光切断画像を生成する（ステップＳ５０５）。この際、座標変換部２５５は、基準点Ｋを基準として座標変換処理を実施する。これにより、後段で生成される送入時及び送出時の縞画像フレームにおいて、各光切断線の周方向の位置座標の原点を統一することが可能となる。生成された光切断画像は、管状体の軸方向に沿って、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに順次格納されていく。
【０２３３】
その後、縞画像フレーム生成部２５７は、生成された光切断画像を管状体の軸方向に沿って順に配列して、送入時及び送出時の縞画像フレームをそれぞれ生成する（ステップＳ２０７）。縞画像フレーム生成部２５７は、生成した縞画像フレームを、光切断線処理部２６１に出力する。
【０２３４】
光切断線処理部２６１は、生成された送入時及び送出時の縞画像フレームを利用し、各光切断線について、閾値以上の輝度を有する画素の画素数、当該画素の輝度の総和及び光切断線の変位量を算出する（ステップＳ２０９）。これら算出結果が、光切断線特徴量として利用される。算出された光切断線特徴量は、深さ画像算出部２６３及び輝度画像算出部２６５にそれぞれ出力される。
【０２３５】
また、光切断線処理部２６１は、上記光切断線特徴量の算出とあわせて、送入時の縞画像フレームについて、遮蔽領域の位置（すなわち、遮蔽領域の開始位置及び終了位置）を特定する（ステップＳ２１１）。その後、光切断線処理部２６１は、特定した遮蔽領域の位置に関する情報を、深さ画像補完部２６７及び輝度画像補完部２６９に出力する。
【０２３６】
深さ画像算出部２６３は、算出された光切断線特徴量（特に、光切断線の変位量に関する特徴量）を利用して、送入時深さ画像及び送出時深さ画像を算出する（ステップＳ２１３）。また、輝度画像算出部２６５は、算出された光切断線特徴量（特に、閾値以上の輝度を有する画素の画素数に関する特徴量、及び、輝度の総和に関する特徴量）を利用して、送入時輝度画像及び送出時輝度画像を算出する（ステップＳ２１３）。深さ画像算出部２６３は、算出した送入時深さ画像及び送出時深さ画像を、深さ画像補完部２６７に出力する。また、輝度画像算出部２６５は、算出した送入時輝度画像及び送出時輝度画像を、輝度画像補完部２６７に出力する。
【０２３７】
次に、深さ画像補完部２６７は、光切断線処理部２６１から通知された遮蔽領域の位置に関する情報と、深さ画像算出部２６３により算出された送出時深さ画像と、を利用し、送入時深さ画像の補完処理を実施する（ステップＳ２１５）。また、輝度画像補完部２６９は、光切断線処理部２６１から通知された遮蔽領域の位置に関する情報と、輝度画像算出部２６５により算出された送出時輝度画像と、を利用し、送入時輝度画像の補完処理を実施する（ステップＳ２１５）。その後、深さ画像補完部２６７は、補完後の深さ画像を欠陥検出部２７１に出力するとともに、輝度画像補完部２６９は、補完後の輝度画像を、欠陥検出部２７１に出力する。
【０２３８】
欠陥検出部２７１は、補完後の深さ画像及び輝度画像を利用して、管状体の内表面に存在する欠陥部位を検出し、検出した欠陥部位の欠陥の種別及び有害度を特定する（ステップＳ２１７）。以上のような流れにより、管状体の内表面に存在する欠陥が検出されることとなる。
【０２３９】
以上、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検出装置及び欠陥検出方法について、詳細に説明した。
【０２４０】
（ハードウェア構成について）
次に、図２６を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図２６は、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０２４１】
演算処理装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０２４２】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０２４３】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０２４４】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。演算処理装置２００のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０２４５】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０２４６】
ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０２４７】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０２４８】
接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０２４９】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０２５０】
以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０２５１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２５２】
１０ 欠陥検出装置
１００ 管状体撮像装置
１１０ レーザ光照射装置
１１１ レーザ光源
１１３ 円錐状の光学素子
１２０ カメラ
１３１ 保持基板
１３３ 連結部材
１５０ 駆動制御装置
２００ 演算処理装置
２０１ 撮像制御部
２０３ 画像処理部
２０５ 表示制御部
２０７ 記憶部
２１１，２５１ Ａ／Ｄ変換部
２１３，２５３ 環状ビームセンター算出部
２１５，２５５ 座標変換部
２１７，２５７ 縞画像フレーム生成部
２１９，２５９ 画像算出部
２２１，２６１ 光切断線処理部
２２３，２６３ 深さ画像算出部
２２５，２６５ 輝度画像算出部
２２７，２７１ 欠陥検出部
２６７ 深さ画像補完部
２６９ 輝度画像補完部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥検出装置及び欠陥検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間加工の困難なステンレス鋼・高合金鋼の継目無鋼管の製造方法として、ユージン・セジュネル熱間押出し法によるビレットを素材とした製管処理が行われている。
【０００３】
図２７は、このユージン・セジュネル熱間押出し法による製管処理における加工態様を示した説明図（断面図）である。コンテナ１０００には、ライナーホルダー１００１が設置されており、このライナーホルダー１００１内に、管状のコンテナライナー１００３が設置されている。また、コンテナ１０００の一端には、ダイス１００５が装着されており、コンテナ１０００の他端から加熱した中空ビレットＢが挿入される。マンドレル１００７を内装したステム１００９により装入した中空ビレットＢを押し出すことで、ダイス１００５とマンドレル１００７との間に位置する環状空隙から、鋼管が押し出されることとなる。
【０００４】
この熱間押出しの際に、コンテナライナー１００３の内面に凹凸疵が存在もしくは発生すると、熱間押出し製品の外面疵となる。特に、ユージン・セジュネル熱間押出し法では、潤滑剤としてガラス質のものが使用されるが、このガラス質の潤滑剤が堆積して発生するガラススケールは、いわゆるダマになることがある。このような凹凸疵は、製造上有害な疵であり、製造工程中に発生することは好ましくない。また、いわゆるスケールムラや汚れ（以下、模様系の疵とも称する。）等も製造工程中に発生するが、凹凸が存在しない場合は、経過観察が必要な無害な欠陥である。このように、鋼管のような管状体を製造する際には、凹凸疵、模様系の疵といった各種の欠陥が発生することがあるが、これらの欠陥を定量的に判別しながら、特に凹凸疵に対しては、早期に発見し対策を施す必要がある。
【０００５】
管状体内表面の疵検査方法としては、管状体の開口端に、管状体内表面の所定領域を撮像するように管状体中心軸から傾斜させて設置したカメラと、所定領域を照明するようにカメラの光学中心軸に対称で、かつ傾斜させて設置された一対の光源とを用いて、光源の照明を順次切り替えてカメラで撮像することで、光源の切り換え毎に出現する凹凸疵の陰影の相違から、凹凸疵を認識して検査するようにしたものがある（例えば、以下の特許文献１を参照。）。
【０００６】
また、検出ユニットを被検査管内に挿入して管軸方向に移動させ、検出ユニットから被検査管状体の内表面に一様照明と円周方向に線ビームとを時分割で切り替えて照射するか、または同時に照射してこれらを波長で分離することにより、内面の性状と形状を同時に検査するようにしたものがある（例えば、以下の特許文献２を参照。）。
【０００７】
更に、光源の光を円錐ミラーまたは円錐プリズムにより円盤状に照射する光源からなる照明系と撮像センサによる撮像系により、撮像光学系を構成し、この撮像光学系を一緒に逐次移動させながら、被検査物の内面に照射した照射光により得られる内面形状を表す光跡を、撮像センサで撮影することで得られる光跡画像データから、撮像光学系の基準位置と被検査物内面との距離を逐次算出して被検査物内面形状を測定するようにしたものがある（例えば、以下の特許文献３を参照。）。この方法によれば、光ビームを円周方向に走査させることなく撮影を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２２３６２１号公報
【特許文献２】特開平５−１４９８８５号公報
【特許文献３】特開２００７−２８５８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、管状体の内面を全周・全長にわたって検査するには、管状体の中心軸を中心にカメラと光源の位置関係を保ったままこれらを回転させるとともに、カメラおよび光源の傾斜角度を調整して、管状体の軸方向に撮像領域（検査領域）を移動させて撮像を繰り返す必要がある。特に、軸方向に検査領域を移動させる場合には、カメラの傾斜角度変化により撮像視野が変動することとなる。このために、適切な分解能を保持した状態で全周・全長検査をするためには、制御や装置規模が複雑になるという問題がある。また、かかる技術では、異なる方向からの照明によって凹凸疵の影を検出することから、急峻な疵には有効であるが、なだらかな凹凸疵では影が生じにくく検出できないといった問題がある。更に、内面表面全体が汚れている場合や粗度がある場合には、凹凸疵の影か表面正常部の汚れや粗度によるものかを判別することが困難になるといった問題もある。
【００１０】
また、上記特許文献２に開示されている技術では、第１の照明手段によって、管状体内面の周方向全周にスリット状の円錐集束ビーム光を照射し、光切断法により管状体内面の形状を測定する一方で、一様に照明する第２の照明手段により内面状態の観測を行っている。しかしながら、かかる技術では、測定部位の形状測定と状態観測を一個の検出ユニットによって同時に実施しているものの、形状画像モニタと状態画像モニタに表示された画像を人が判断するに過ぎず、有害疵を自動で判定することができないという問題がある。
【００１１】
更に、上記特許文献３に開示されている技術では、円盤状に照射される照射光が被検査体の内面に光切断面を形成するため、光源とカメラを内面の管軸方向に移動しながらこの光切断面を逐次撮影することで、管状体の内面形状を次々と得ている。しかしながら、かかる技術では、得られた光断面から三次元形状を表示しているに過ぎず、凹凸疵の有害・無害の疵判定や、凹凸は小さいが輝度差がある模様系の疵検出に関しては、何ら言及されていない。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、管状体の内表面に発生しうる凹凸疵及び模様系の疵を同時に検出することが可能な、欠陥検出装置及び欠陥検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、管状体の軸方向に沿って移動しながら、当該管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射し、当該環状のレーザ光が照射された前記内表面を撮像することで前記内表面における前記環状のレーザ光の撮像画像である環状ビーム画像を、管状体の軸方向に沿って複数生成する管状体撮像装置と、前記管状体撮像装置により生成された前記環状ビーム画像に対して画像処理を行い、前記管状体の内表面に欠陥が存在するかを判断する演算処理装置と、を備え、前記演算処理装置は、それぞれの前記環状ビーム画像における前記環状のレーザ光の照射部分の重心位置を算出する環状ビームセンター算出部と、算出された前記重心位置、及び、当該重心位置と前記環状のレーザ光の照射部分との離隔量に基づいて前記環状ビーム画像の座標系を変換し、それぞれの前記環状のレーザ光の照射部分を前記管状体の周方向に展開した線分である光切断線を含む帯状の領域である光切断画像を複数生成する座標変換部と、前記光切断画像それぞれを前記軸方向に沿って順に配列させた縞画像フレームに基づいて、前記管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、前記管状体の内表面における前記環状のレーザ光の輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する画像算出部と、算出された前記深さ画像及び前記輝度画像に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出部と、を有する欠陥検出装置が提供される。
【００１４】
前記画像算出部は、前記周方向に沿った前記光切断線の線幅方向の重心位置を算出し、前記光切断画像に対して予め指定した軸方向の位置である基準位置と前記重心位置との変位量に基づいて前記深さ画像を算出することが好ましい。
【００１５】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して歪み補正処理を実施することが好ましい。
【００１６】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、光切断線に対応する画素を特定するための第１の閾値以上の輝度値を有する画素を線幅方向に加算した個数と、当該第１の閾値以上の輝度値を有する画素の総和輝度とを算出し、前記総和輝度の前記線幅方向の平均値に基づいて前記輝度画像を算出することが好ましい。
【００１７】
前記座標変換部は、前記座標系の変換に際して、前記光切断画像の各画素の輝度値を、対応する前記環状ビーム画像の各位置における近傍画素の輝度値から、画像補間処理により算出することが好ましい。
【００１８】
前記欠陥検出部は、前記深さ画像及び前記輝度画像の画素値が、欠陥部位特定のための第２の閾値以上であるか否かに基づいて欠陥部位を特定し、特定した前記欠陥部位について、当該欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量情報を抽出し、抽出した特徴量情報に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を判別することが好ましい。
【００１９】
前記管状体撮像装置は、前記環状のレーザ光を前記管状体の内表面に対して照射するレーザ光照射装置と、前記レーザ光照射装置の光軸方向前方に設けられ、前記環状のレーザ光が照射された内表面を撮像する撮像装置と、前記レーザ光照射装置及び前記撮像装置を連結して固定する１又は複数の連結部材と、を有し、当該管状体撮像装置が前記管状体の内部に送入される際、及び、当該管状体撮像装置が前記管状体の内部から送出される際のそれぞれで、前記連結部材により前記環状のレーザ光が遮蔽されることで生じた遮蔽領域を含む前記環状ビーム画像を生成するとともに、当該管状体撮像装置の送入と送出との間に、送入時の前記管状ビーム画像の遮蔽領域と送出時の前記環状ビーム画像の遮蔽領域とが重ならないように当該管状体撮像装置を回転し、前記座標変換部は、前記管状体の内表面の所定の位置を基準点として送入時及び送出時の前記環状ビーム画像の座標系をそれぞれ変換し、送入時における複数の前記光切断画像及び送出時における複数の前記光切断画像を生成し、前記画像算出部は、送入時の前記光切断画像又は送出時の前記光切断画像を利用して、当該光切断画像における前記遮蔽領域の位置を特定し、送入時又は送出時の前記環状ビーム画像に基づいて算出された前記深さ画像及び前記輝度画像において、前記遮蔽領域を、送出時又は送入時の前記環状ビーム画像に基づいて算出された前記深さ画像及び前記輝度画像を利用して補完してもよい。
【００２０】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、前記第１の閾値以上の輝度値を有する画素を線幅方向に加算した個数である輝線画素数を特定しており、前記輝線画素数によって、前記遮蔽領域の周方向位置を特定してもよい。
【００２１】
前記画像算出部は、前記輝線画素数がゼロとなった前記周方向の位置を記憶するとともに、以降の周方向の位置について前記輝線画素数がゼロとなる状態の連続数をカウントし、当該輝線画素数がゼロとなる状態の連続数が連続数判定用の第３の閾値以上となった場合に、記憶した前記周方向の位置を前記遮蔽領域の開始位置とし、前記遮蔽領域の開始位置が特定されており、かつ、着目した前記周方向の位置における前記輝線画素数がゼロではなかった場合において、以降の周方向の位置について前記輝線画素数がゼロではなくなった前記周方向の位置を記憶するとともに、前記輝線画素数がゼロではない状態の連続数をカウントし、前記輝線画素数がゼロではない状態の連続数が連続数判定用の第４の閾値以上となった場合に、記憶した前記周方向の位置を、前記遮蔽領域が終了して新たに非遮蔽領域が開始した位置としてもよい。
【００２２】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、前記輝線画素数の移動平均を算出し、前記移動平均が移動平均判定用の第５の閾値未満となる前記周方向の位置を、前記遮蔽領域の開始位置とし、前記遮蔽領域の開始位置が特定されており、かつ、前記移動平均が前記第５の閾値以上となる前記周方向の位置を、前記遮蔽領域の終了位置としてもよい。
【００２３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、管状体の軸方向に沿って移動しながら、当該管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射し、当該環状のレーザ光が照射された前記内表面を撮像することで前記内表面における前記環状のレーザ光の撮像画像である環状ビーム画像を、管状体の軸方向に沿って複数生成するステップと、それぞれの前記環状ビーム画像における前記環状のレーザ光の照射部分の重心位置を算出するステップと、算出された前記重心位置、及び、当該重心位置と前記環状のレーザ光の照射部分との離隔量に基づいて前記環状ビーム画像の座標系を変換し、それぞれの前記環状のレーザ光の照射部分を前記管状体の周方向に展開した線分である光切断線を含む帯状の領域である光切断画像を複数生成するステップと、前記光切断画像それぞれを前記軸方向に沿って順に配列させた縞画像フレームに基づいて、前記管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、前記管状体の内表面における前記環状のレーザ光の輝度の分布を表す輝度画像と、を算出するステップと、算出された前記深さ画像及び前記輝度画像に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を検出するステップと、を含む欠陥検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、環状のレーザ光の照射部分を管状体の周方向に展開した線分として表した光切断画像に基づいて縞画像フレームを生成し、この縞画像フレームから深さ画像及び輝度画像を生成したうえで、当該深さ画像及び輝度画像に基づき欠陥検出処理を行うため、管状体の内表面に発生しうる凹凸疵及び模様系の疵を同時に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置の構成を示したブロック図である。
【図２】同実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【図３】同実施形態に係る演算処理装置が備える画像処理部の構成を示したブロック図である。
【図４】同実施形態に係る環状ビーム画像の一例を示した説明図である。
【図５】同実施形態に係る座標変換処理について説明するための説明図である。
【図６】同実施形態に係る縞画像フレームの一例を示した説明図である。
【図７Ａ】同実施形態に係る光切断線処理について説明するための説明図である。
【図７Ｂ】同実施形態に係る光切断線処理について説明するための説明図である。
【図８Ａ】同実施形態に係る光切断線変位の二次元配列を示した説明図である。
【図８Ｂ】同実施形態に係る輝度の総和の二次元配列を示した説明図である。
【図８Ｃ】同実施形態に係る輝線の画素数の二次元配列を示した説明図である。
【図９】光切断線の変位と欠陥の高さとの関係を示した説明図である。
【図１０】同実施形態に係る光切断線の近似補正処理について説明するための説明図である。
【図１１Ａ】同実施形態に係る深さ画像の一例を示した説明図である。
【図１１Ｂ】同実施形態に係る輝度画像の一例を示した説明図である。
【図１２】同実施形態に係る欠陥検出処理で用いられるロジックテーブルの一例を示した説明図である。
【図１３】同実施形態に係る欠陥検出方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る欠陥検出装置の構成を示したブロック図である。
【図１５Ａ】同実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【図１５Ｂ】同実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【図１６】同実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【図１７】同実施形態に係る演算処理装置が備える画像処理部の構成を示したブロック図である。
【図１８】同実施形態に係る環状ビームの照射領域の一例を示した説明図である。
【図１９】同実施形態に係る環状ビーム画像の一例を示した説明図である。
【図２０】同実施形態に係る送入時の縞画像フレームの一例を示した説明図である。
【図２１】同実施形態に係る送出時の縞画像フレームの一例を示した説明図である。
【図２２】同実施形態に係る遮蔽領域の輝度の分布の一例を示した説明図である。
【図２３】同実施形態に係る輝線の画素数の分布の一例を示した説明図である。
【図２４】同実施形態に係る深さ画像の補完処理について説明するための説明図である。
【図２５】同実施形態に係る欠陥検出方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図２６】本発明の実施形態に係る欠陥検出装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【図２７】ユージン・セジュネル熱間押出し法による製管方法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
（第１の実施形態）
＜欠陥検出装置の全体構成について＞
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置１０の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る欠陥検出装置１０の構成を示した説明図である。
【００２８】
本実施形態に係る欠陥検出装置１０は、管状体１の内表面を撮像して、撮像の結果得られる画像を画像処理することにより、管状体１の内表面に表面欠陥（凹凸疵及び模様系の疵）が存在するか否かを検査する装置である。
【００２９】
なお、本実施形態に係る管状体１は、中空部を有する管状のものであれば特に限定されるわけではないが、かかる管状体１の例として、スパイラル鋼管、電縫鋼管、ＵＯ鋼管、継目無鋼管（シームレス鋼管）、鍛接鋼管、ＴＩＧ溶接鋼管等の各種鋼管やパイプのみならず、熱間押出法で使用されるコンテナと称するシリンダー等の管状物を挙げることができる。
【００３０】
本実施形態に係る欠陥検出装置１０は、図１に示したように、管状体１の内表面を撮像する管状体撮像装置１００と、撮像の結果得られる画像に対して画像処理を行う演算処理装置２００と、を備える。
【００３１】
管状体撮像装置１００は、管状体１の中空部に設置される。この管状体撮像装置１００は、管状体１の軸方向に沿って位置を随時変更しながら、当該管状体１の内表面を軸方向に沿って順次撮像し、撮像の結果得られる撮像画像を、演算処理装置２００に出力する装置である。管状体撮像装置１００は、軸方向位置変更装置（図示せず。）により軸方向に沿った位置が制御されており、管状体撮像装置１００の移動に伴いＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ Ｌｏｇｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：パルス型速度検出器）等からＰＬＧ信号が演算処理装置２００に出力される。また、管状体撮像装置１００は、演算処理装置２００によって、管状体１の撮像タイミング等が制御されている。
【００３２】
また、演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００によって生成された撮像画像を利用して、後述するような縞画像フレームを生成し、この縞画像フレームに対して以下で説明するような画像処理を行うことで、管状体１の内表面に存在している可能性のある欠陥を検出する装置である。
【００３３】
［管状体撮像装置１００の構成について］
続いて、図２を参照しながら、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成について簡単に説明する。図２は、本実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【００３４】
図２に示したように、本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、レーザ光照射装置１１０と、カメラ１２０と、を備える。
【００３５】
レーザ光照射装置１１０は、管状体１の内表面の周方向に沿って環状のレーザ光（以下、環状ビームとも称する。）を照射する装置であり、図２に示したように、レーザ光源１１１と、円錐状の光学素子１１３と、を更に有する。
【００３６】
レーザ光源１１１は、所定の波長を有するレーザ光を発振する光源である。このようなレーザ光源１１１として、例えば、連続的にレーザ発振を行うＣＷレーザ光源を用いることが可能である。レーザ光源１１１が発振する光の波長は、例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光帯域に属する波長であることが好ましい。レーザ光源１１１は、後述する演算処理装置２００から送出される照射タイミング制御信号に基づいて、レーザ光の発振を行う。
【００３７】
円錐状の光学素子１１３は、円錐形状のミラー又はプリズムを備える光学素子であり、円錐部の頂点がレーザ光源１１１と対向するように設置されている。レーザ光源１１１から射出されたスポット状のレーザ光は、光学素子１１３の円錐部の頂点によって反射され、リング状にラインビームが発生することとなる。ここで、円錐部の円錐角が９０°である場合には、図２に示したように、レーザ光源１１１からのレーザ入射方向に対して直角方向に、環状ビームが照射されることとなる。
【００３８】
カメラ１２０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）又は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子が搭載されたものである。カメラ１２０は、管状体１の内表面に垂直に照射された環状ビームの反射光を、図２に示したように角度φの方向から撮像する。
【００３９】
カメラ１２０に搭載されるレンズの焦点距離や画角、及び、レーザ光照射装置１１０とカメラ１２０の撮像素子との間の距離は特に限定するものではないが、管状体１の内表面に照射された環状ビームの全体像を撮像可能なように選択することが好ましい。また、カメラ１２０に搭載される撮像素子の大きさや画素サイズも特に限定するものではないが、生成される画像の画質や画像分解能等を考慮すると、サイズの大きな撮像素子を利用することが好ましい。また、以下で説明する画像処理の観点から、環状ビームのライン幅（線幅）は、撮像素子上で１〜３画素程度であるように調整されることが好ましい。
【００４０】
このようなレーザ光照射装置１１０とカメラ１２０とは、軸方向位置変更装置（図示せず。）によって管状体１の中心軸に略一致するように軸方向に移動しながら、管状体１の内表面を走査する。ここで、後述する演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００が軸方向に所定距離移動する毎に、カメラ１２０に対して撮像のためのトリガ信号を出力する。レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０の軸方向の移動間隔は、適宜設定することが可能であるが、例えば、カメラ１２０に設けられた撮像素子の画素サイズと同一にすることが好ましい。軸方向の移動間隔と撮像素子の画素サイズとを一致させることで、撮像された画像において縦方向の分解能と横方向の分解能とを一致させることができる。
【００４１】
なお、図２に示した角度φは、任意の値に設定することが可能であるが、例えば３０〜６０度程度とすることが好ましい。かかる角度をあまり大きくすると環状ビームの管状体１の内面からの散乱光（反射光）が弱くなり、また小さくすると、検査対象物である管状体１の深さ変化量に対して、後述する縞画像における縞の移動量が小さくなり、管状体１の内表面に存在する凹部の深さ（又は、凸部の高さ）に関する情報が劣化するためである。
【００４２】
以下に、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の有する各装置について、その具体的な構成や設定値等を列挙する。かかる構成や設定値等はあくまでも一例であって、本発明に係る管状体撮像装置１００が、以下の具体例に限定されるわけではない。
【００４３】
○管状体
コンテナライナー：内径３００ｍｍ、長さ８５０ｍｍ
○レーザ光照射装置
１００ｍＷの出力でレーザ光を照射。円錐状の光学素子１１３により、５０ｍＷの環状ビームとなって管状体の内表面に照射される。コンテナライナー内面に照射されるラインビーム幅は、０．２５ｍｍである。ただし、この場合のラインビーム幅とは、ピーク強度値から１３．５％で定義されるものである。
○カメラ
１３９２画素×１０４０画素のＣＣＤを撮像素子として搭載。フレームレート３０ｆｐｓ、レンズの焦点距離１．８ｍｍ、画角１８０°、撮影される画像の画素サイズは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、ラインビーム幅は、撮像画像上では、１〜３画素の輝線の幅で撮影される。
○レーザ光照射装置とカメラの撮像素子との離隔距離：約１４０〜１４５ｍｍ
○カメラ１２０は、管状体の内表面を、軸方向に０．５ｍｍ進む毎に撮像する。
【００４４】
［演算処理装置２００の全体構成について］
以上、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成について説明した。続いて、再び図１に戻って、本実施形態に係る演算処理装置２００の全体構成について説明する。
【００４５】
本実施形態に係る演算処理装置２００は、例えば図１に示したように、撮像制御部２０１と、画像処理部２０３と、表示制御部２０５と、記憶部２０７と、を主に備える。
【００４６】
撮像制御部２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。撮像制御部２０１は、本実施形態に係る管状体撮像装置１００による検査対象物の撮像制御を実施する。より詳細には、撮像制御部２０１は、管状体１の撮像を開始する場合に、レーザ光照射装置１１０に対してレーザ光の発振を開始させるための制御信号を送出する。
【００４７】
また、管状体撮像装置１００が管状体１の撮像を開始すると、管状体撮像装置１００からＰＬＧ信号が定期的に（例えば、管状体撮像装置１００が０．５ｍｍ移動する毎に１パルスのＰＬＧ信号）送出されるが、撮像制御部２０１は、ＰＬＧ信号を取得する毎にカメラ１２０に対して撮像を開始するためのトリガ信号を送出する。
【００４８】
画像処理部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０３は、管状体撮像装置１００（より詳細には、管状体撮像装置１００のカメラ１２０）から取得した撮像データを利用して、後述する縞画像フレームを生成する。その後、生成した縞画像フレームに対して、以下で説明するような画像処理を行い、測定対象物である管状体の内表面に存在する可能性のある欠陥を検出する。画像処理部２０３は、管状体１の内表面の欠陥検出処理を終了すると、得られた検出結果に関する情報を、表示制御部２０５に伝送する。
【００４９】
なお、この画像処理部２０３については、以下で改めて詳細に説明する。
【００５０】
表示制御部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部２０５は、画像処理部２０３から伝送された、検査対象物である管状体１の欠陥検出結果を、演算処理装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２００の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、欠陥検出装置１０の利用者は、検査対象物（管状体１）の内表面に存在する各種の欠陥に関する検出結果を、その場で把握することが可能となる。
【００５１】
記憶部２０７は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２００が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２０７には、本実施形態に係る演算処理装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２０７は、撮像制御部２０１、画像処理部２０３、表示制御部２０５等が、自由に読み書きを行うことが可能である。
【００５２】
［画像処理部について］
続いて、図３を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える画像処理部２０３について、詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部の構成を示したブロック図である。
【００５３】
本実施形態に係る画像処理部２０３は、図３に示したように、Ａ／Ｄ変換部２１１と、環状ビームセンター算出部２１３と、座標変換部２１５と、縞画像フレーム生成部２１７と、画像算出部２１９と、欠陥検出部２２７と、を主に備える。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換部２１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。Ａ／Ｄ変換部２１１は、カメラ１２０から出力された撮像画像をＡ／Ｄ変換し、図４に示したようなデジタル多値画像データ（すなわち、環状ビーム画像）として出力する。かかるデジタル多値画像データは、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに記憶される。これらのデジタル多値画像データを管状体の軸方向に沿って順次利用することにより、後述するような縞画像フレームが形成される。
【００５５】
図４に示したように、環状ビーム画像は、管状体１の内表面の軸方向に沿ったある位置において、管状体の内表面に照射された環状ビームを撮像したものである。環状ビーム画像は、予めカメラのゲインやレンズの絞りを適切に設定することにより、例えば図４に示したように、環状ビームが照射された部分が白く表示され、その他の部分は黒く表示されている濃淡画像になっている。また、環状ビームの円周上に重畳している凹凸が、管状体の内表面の断面形状と、内表面に存在する欠陥に関する情報を含んでいる。
【００５６】
Ａ／Ｄ変換部２１１は、カメラ１２０から出力された撮像画像に基づいて図４のような環状ビーム画像を生成すると、生成した環状ビーム画像に対応するデータを、後述する環状ビームセンター算出部２１３に出力する。
【００５７】
環状ビームセンター算出部２１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。環状ビームセンター算出部２１３は、Ａ／Ｄ変換部２１１から出力された各環状ビーム画像について、環の重心位置と環の半径をそれぞれ算出する。
【００５８】
環の重心位置及び半径を算出する方法は、特に限定されるわけではなく、公知のあらゆる方法を利用することが可能である。環の重心位置及び半径を算出する方法の具体例としては、例えば、環状ビーム画像が真円に近い場合は、以下のような２つの方法を挙げることができる。
【００５９】
・２値化した環状ビーム画像上の任意の３点を抽出し、この３点の位置座標の重心を算出する。得られた重心位置と３点のうち任意の１点との間の距離が環の半径となる。
・ハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換による円抽出を行い、円（すなわち、環状ビーム）の重心と半径とを算出する。
【００６０】
環状ビームセンター算出部２１３は、各環状ビーム画像について環の重心位置及び半径を算出すると、環の重心位置及び半径に関する情報をそれぞれ生成して、後述する座標変換部２１５に出力する。
【００６１】
なお、本実施形態においては、管状体１の内面の断面形状が真円に近い場合について説明しているが、任意の断面形状に対して適用可能であり、例えば、断面形状が楕円や角丸長方形等であってもよい。このような場合の重心は、環状ビームの形状から求めることが可能であり、求めた重心との距離の最大値と最小値の平均値を半径として用いることで、後述する座標変換を同じ手順で実施することができる。
【００６２】
座標変換部２１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。座標変換部２１５は、算出された重心位置、及び、当該重心位置と環状ビームの照射部分との離隔距離に基づいて、環状ビーム画像の座標系を変換する。その後、座標変換部２１５は、環状ビームの照射部分を管状体の周方向に展開した線分として表した光切断画像を生成する。
【００６３】
環状ビームの重心位置が算出されることで、環状ビームの照射位置に対応する画素の存在位置を、重心位置を原点とした極座標（ｒ，θ）で表すことができる。座標変換部２１５は、図５に示したように、環状ビームセンター算出部２１３で算出された半径ｒに動径方向に±Δｒの余裕を設けたうえで（すなわち、ｒ−Δｒ〜ｒ＋Δｒの範囲で）、０°≦θ≦３６０°として座標変換を実施する。なお、本実施形態では、動径方向のｒ−Δｒ〜ｒ＋Δｒの範囲で座標変換を実施する場合について説明しているが、余裕Δｒの値は、環状ビームの照射部分を含む範囲で、プラス方向とマイナス方向とで異なった値であってもよい。かかる場合、例えば、座標変換を行う範囲は、ｒ−Δｒ１〜ｒ＋Δｒ２などと表現することができる。ただし、本実施形態においては、プラス方向とマイナス方向とで同じ値Δｒを用いる場合について、以降の説明を行う。
【００６４】
このような座標変換を行うことで、図５の右側に示したように、動径方向には半径ｒを中心として２Δｒの高さを有し、角度方向には３６０°分の長さを有する帯状の画像が抽出されることとなる。以上の説明からも明らかなように、抽出された帯状の画像は、環状ビームの照射部分を管状体の周方向に展開した線分（以下、光切断線とも称する。）を含むこととなる。また、動径方向に関して、半径ｒを中心として２Δｒの範囲を抽出することで、環状ビームの周に凹凸が存在していたとしても、かかる凹凸を含む環状ビームの周をもれなく抽出することが可能となる。このようにして得られた帯状の画像を、以下では光切断画像と称することとする。
【００６５】
なお、Δｒの大きさは、管状体１に存在しうる凹凸の高さの範囲を過去の操業データ等に基づいて予め大まかに算出しておくことで、決定することが可能である。
【００６６】
上述のような管状体撮像装置１００により撮像された環状ビーム画像は、約３００画素に相当する半径を有する環を含むこととなる。そこで、ｒ＝３００画素、Δｒ＝２５画素として、０°≦θ≦３６０°の範囲で光切断画像の抽出を行うと、横１８８５画素×高さ５０画素の光切断画像が生成されることとなる。
【００６７】
また、座標変換部２１５は、抽出された光切断画像における各画素の座標（ｒ，θ）を利用することで、光切断画像に含まれる画素の座標を直交座標（ｒｃｏｓθ，ｒｓｉｎθ）に変換する。ここで、座標変換部２１５が実施する座標値の変換は、極座標系から直交座標系への変換であるため、極座標系における格子点（すなわち、画素の中心位置）が、直交座標系において必ず格子点に対応するとは限らず、非格子点に対応するものも存在することとなる。そこで、座標変換部２１５は、直交座標系における非格子点の濃度（画素値）を補間するために、着目している点の近傍に位置する他の格子点の濃度に基づいて補間する、いわゆる画像補間法を併せて実施することが好ましい。
【００６８】
かかる画像補間法は、特に限定されるものではなく、例えば、「昭晃堂 画像処理ハンドブック」等に記載されている公知の画像補間法を利用することが可能である。このような画像補間法の例として、最近傍（ｎｅａｒｅｓｔ ｎｅｉｇｈｂｏｒ）法、双線形補間（ｂｉ−ｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）法、３次補間（ｂｉ−ｃｕｂｉｃ ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）法等を挙げることができる。これらの方法のうち、前者ほど処理速度が速く、後者ほど高品質の結果を得ることができる。そこで、座標変換部２１５は、利用する画像補間法の種別を、処理に用いることのできるリソース量や処理時間等に応じて適宜決定すればよい。本実施形態において示す光切断画像の具体例では、画像補間法として３次補間法を適用している。
【００６９】
座標変換部２１５は、上述のような座標変換処理や画像補間処理を終了すると、得られた光切断画像に対応する画像データを、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに、管状体の軸方向に沿って順次格納していく。
【００７０】
縞画像フレーム生成部２１７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。縞画像フレーム生成部２１７は、記憶部２０７等に設けられた画像メモリから、管状体の軸方向に沿って格納された光切断画像を順に取得する。その後、縞画像フレーム生成部２１７は、取得した各光切断画像を管状体の軸方向に沿って順に配列して、縞画像フレームを生成する。
【００７１】
１つの縞画像フレームを構成する光切断画像の個数は、適宜設定すればよいが、例えば、２５６個の光切断画像で１つの縞画像フレームを構成するようにしてもよい。各光切断画像は、上述のように環状ビーム画像の撮像間隔毎（例えば、０．５ｍｍ間隔）に存在している。そのため、０．５ｍｍ間隔で撮像された環状ビーム画像に基づく、２５６個の光切断画像からなる１つの縞画像フレームは、管状体の内表面の全周を、軸方向に沿って１２８ｍｍ（＝２５６×０．５ｍｍ）の範囲で撮像した結果に相当する。
【００７２】
図６に、縞画像フレーム生成部２１７によって生成される縞画像フレームの一例を示した。図６に示した縞画像フレームは、２５６個の光切断画像のうち、１６個の光切断画像を示したものである。図６に示した縞画像フレームにおいて、図面の横方向に伸びた１本の線分が、１枚の環状ビーム画像を展開したものに相当しており、図面の横方向が環状ビームの周方向に対応している。また、図６に示した縞画像フレームにおいて、図面の縦方向が、管状体１の軸方向に相当している。
【００７３】
縞画像フレーム生成部２１７は、図６に示したような縞画像フレームを生成すると、生成した縞画像フレームを、後述する画像算出部２１９に出力する。また、縞画像フレーム生成部２１７は、生成した縞画像フレームに対応するデータに、当該縞画像フレームを生成した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として記憶部２０７等に格納してもよい。
【００７４】
画像算出部２１９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像算出部２１９は、縞画像フレーム生成部２１７が生成した縞画像フレームに基づいて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する。この画像算出部２１９は、図３に示したように、光切断線処理部２２１と、深さ画像算出部２２３と、輝度画像算出部２２５と、を更に備える。
【００７５】
光切断線処理部２２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。光切断線処理部２２１は、縞画像フレームに含まれる各光切断線について、光切断線の変位量（輝線の曲がり具合）を含む光切断線特徴量を算出する。以下では、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら、光切断線処理部２２１が実施する処理及び算出する光切断線特徴量について、詳細に説明する。図７Ａは、縞画像フレームを模式的に示した説明図である。図７Ｂは、光切断線処理部が実施する光切断線処理について説明するための説明図である。
【００７６】
図７Ａでは、１つの縞画像フレームの中にＮ本の光切断線が存在しており、縞画像フレームの横方向の長さは、Ｍ画素であるものとする。また、１本の光切断線を含む１つの光切断画像は、縦２Δｒ画素×横Ｍ画素から構成されている。
【００７７】
ここで、説明の便宜上、縞画像フレームの周方向（図７Ａにおける横方向）にＸ軸をとり、縞画像フレームの軸方向（図７Ａにおける縦方向）にＹ軸をとって、縞画像フレーム中の画素の位置をＸＹ座標で表すものとする。以下の説明では、縞画像フレーム中に存在するｊ（１≦ｊ≦Ｎ）番目の光切断線の左側からｍ画素目（１≦ｍ≦Ｍ）の位置（すなわち、Ｘｊ，ｍで表される位置）に着目する。
【００７８】
光切断線処理部２２１は、まず、着目すべき光切断線（以下、単にラインとも称する。）の着目すべきＸ座標位置（本説明では、Ｘｊ，ｍで表される位置）を選択すると、図７Ｂに示したように、着目したラインの着目したＸ座標位置における画素に対応付けられている画素値（すなわち、環状ビームの輝度値）の分布を参照する。この際、光切断線処理部２２１は、光切断画像中の当該Ｘ座標位置における全ての画素について、以下で説明する処理を実施するのではなく、光切断画像中におけるＹ座標の基準位置Ｙｓの前後Ｗの範囲に属する画素（すなわち、Ｙｓ−Ｗ〜Ｙｓ＋Ｗの範囲に属する画素）について、以下で説明する処理を実施する。
【００７９】
ここで、Ｙ座標の基準位置Ｙｓは、縞画像フレームのｊライン目の光切断画像に対して予め指定される軸方向の位置であり、例えば光切断画像の軸方向の中心を指定すれば、先述のようにプラス方向とマイナス方向とで同じ余裕値Δｒを用いる場合には、環状ビームセンター算出部が算出した半径ｒ（すなわち光切断線の位置）に等しくなる。また、処理範囲を規定するパラメータＷは、管状体１に存在しうる凹凸の高さの範囲を過去の操業データ等に基づいて、光切断画像中におけるＹ座標の基準位置Ｙｓの前後Ｗの範囲が光切断画像に収まるように、予め大まかに算出しておき、適宜決定すればよい。パラメータＷの値を小さくすることができれば、後述する光切断線処理部２２１の処理負荷の低減をはかることができる。
【００８０】
光切断線処理部２２１は、まず、Ｙｓ−Ｗ〜Ｙｓ＋Ｗの範囲に含まれる画素の中から、光切断線に対応する画素を特定するための第１の閾値の一例である所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素を特定する。図７Ｂに示した例では、Ｙｊ，ｋ、Ｙｊ，ｋ＋１、Ｙｊ，ｋ＋２で表される３つの画素が、それぞれ閾値Ｔｈ以上の画素値Ｉｊ，ｋ、Ｉｊ，ｋ＋１、Ｉｊ，ｋ＋２を有している。従って、光切断線処理部２２１は、所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素を線幅方向に加算した数ｐｊ，ｍ＝３と設定する。この所定の閾値Ｔｈ以上の画素値を有する画素を線幅方向に加算した数ｐｊ，ｍは、いわば位置（ｊ，ｍ）における輝線の画素数に対応する値であり、光切断線特徴量の一つである。また、光切断線処理部２２１は、以下の処理において、抽出された画素に関する情報（Ｙｊ，ｋ、Ｉｊ，ｋ）、（Ｙｊ，ｋ＋１、Ｉｊ，ｋ＋１）、（Ｙｊ，ｋ＋２、Ｉｊ，ｋ＋２）（以下、単に（Ｙ，Ｉ）と略記することもある。）の情報を利用して、更なる光切断線特徴量を算出していく。
【００８１】
また、光切断線処理部２２１は、パラメータｐｊ，ｍ及び抽出した画素に関する情報（Ｙ，Ｉ）を利用して、抽出された画素の輝度の総和Ｋｊ，ｍを算出する。図７Ｂに示した例の場合、光切断線処理部２２１が算出する輝度の総和は、Ｋｊ，ｍ＝Ｉｊ，ｋ＋Ｉｊ，ｋ＋１＋Ｉｊ，ｋ＋２となる。この輝度の総和Ｋｊ，ｍも、光切断線特徴量の一つである。
【００８２】
更に、光切断線処理部２２１は、抽出された画素に関する情報（Ｙ，Ｉ）とＹ座標の基準位置Ｙｓとを利用して、抽出された画素のＹ方向の重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）を算出するとともに、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）の基準位置Ｙｓからの変位量Δｄｊ，ｍ＝Ｙｓ−ＹＣ（ｊ，ｍ）を算出する。
【００８３】
ここで、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、抽出された画素の集合をＡと表すこととすると、以下の式１０１で表される値となる。従って、図７Ｂに示した例の場合、重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、以下の式１０１ａで表される値となる。
【００８４】
【数１】
【００８５】
ここで、画素に対応する軸方向の位置は、いわば管状体撮像装置１００の移動幅（例えば、０．５ｍｍ）で量子化された値である。他方、上記式１０１で示したような演算により算出される重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）は、割り算という数値演算を利用することで算出される値であるため、管状体撮像装置１００の移動幅（いわば量子化単位）よりも小さな値となりうる。従って、かかる重心位置ＹＣ（ｊ，ｍ）を利用して算出される変位量Δｄｊ，ｍについても、移動幅よりも小さな値を有しうる値となる。このようにして算出される変位量Δｄｊ，ｍも、光切断線特徴量の一つである。
【００８６】
光切断線処理部２２１は、以上のような３種類の特徴量を、各切断線に含まれるＭ個の要素に関して算出する。その結果、図８Ａ〜図８Ｃに示したように、光切断線の変位量Δｄ、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関して、Ｍ列×Ｎ行の二次元配列が生成される。図６に示したような本実施形態に係る縞画像フレームの具体例の場合、Ｍ＝１８８５、Ｎ＝２５６であるため、各光切断線特徴量を構成するデータの個数は、１８８５×２５６個となる。
【００８７】
光切断線処理部２２１は、算出した光切断線特徴量のうち、光切断線の変位量Δｄに関する特徴量を、後述する深さ画像算出部２２３に出力する。また、光切断線処理部２２１は、算出した光切断線特徴量のうち、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関する特徴量を、後述する輝度画像算出部２２５に出力する。
【００８８】
深さ画像算出部２２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。深さ画像算出部２２３は、光切断線処理部２２１が生成した光切断線特徴量（特に、変位量Δｄに関する特徴量）に基づいて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像を算出する。
【００８９】
具体的には、深さ画像算出部２２３は、図８Ａに示したような変位量Δｄに関する特徴量（二次元配列）と、環状ビームの垂直成分入射角（図２における角度φ）と、を利用して、深さ画像を算出する。
【００９０】
まず、図９を参照しながら、管状体の内表面に存在する凹凸の高さと、光切断線の変位量Δｄとの関係について説明する。図９は、光切断線の変位と欠陥の高さとの関係を示した説明図である。
【００９１】
図９では、管状体１の内表面に凹みが存在した場合を模式的に示している。ここで、内表面に凹みが存在しない場合の表面位置の高さと凹みの底部の高さとの差分をΔｈと表すこととする。垂直入射した環状ビームが表面反射をする場合に着目すると、内表面に凹みが存在しない場合には、図９の光線Ａのように反射光は伝播することとなるが、内表面に凹みが存在する場合には、図９の光線Ｂのように反射光が伝播することとなる。光線Ａと光線Ｂとのズレが、本実施形態において光切断線の変位量Δｄとして観測されることとなる。ここで、幾何学的な位置関係から明らかなように、光切断線の変位量Δｄと凹みの深さΔｈとは、Δｄ＝Δｈ・ｓｉｎφの関係が成立する。
【００９２】
なお、図９では、管状体の内表面に凹みが存在する場合について説明したが、管状体の内表面に凸部が存在する場合であっても、同様の関係が成立する。
【００９３】
深さ画像算出部２２３は、以上説明したような関係を利用して、光切断線処理部２２１が算出した光切断線の変位量Δｄに関する特徴量に基づき、管状体の内表面の凹凸に関する量Δｈを算出する。
【００９４】
ここで、深さ画像の算出に用いられる光切断線の変位量Δｄは、先に説明したように光切断線の重心位置に基づいて算出されたものであり、移動幅よりも小さな値を有しうる値となっている。従って、深さ画像算出部２２３により算出される深さ画像は、撮像素子の画素サイズよりも細かい分解能で凹凸が再現されている画像となる。
【００９５】
本実施形態で示した縞画像フレームの具体例は、撮影ピッチ０．５ｍｍで撮像された光切断線の変位を積み上げたものであるため、それぞれの変位量ΔｄをΔｈに変換すると、幅０．５ｍｍ×高さ０．５ｍｍの深さ画像が算出されることとなる。また、かかる具体例では、角度φ＝４５°であるため、Δｄ＝（１／２０．５）・Δｈの関係が成立している。
【００９６】
なお、被検査体である管状体の内表面の形状の変化や、カメラ走査方向軸が管状体の中心からずれることにより、図１０に示したように、光切断線に湾曲等の歪みが生じる場合がある。他方、本実施形態に係る欠陥検出方法では、光切断線に重畳している凹凸が、管状体の内表面の断面形状と内表面に存在する表面欠陥に関する情報となっている。そのため、深さ画像算出部２２３は、光切断線の変位量Δｄに基づいて深さ画像を算出する際に、光切断線毎に歪み補正処理を行って、光切断線に重畳している凹凸に関する情報のみを抽出してもよい。このような歪み補正処理を実施することにより、カメラ走査方向軸が管状体の中心軸に正確に一致していない場合や、内表面の形状が円でない場合であっても、内表面に存在する凹凸疵の情報のみを得ることが可能となる。
【００９７】
かかる歪み補正処理の具体例として、（ｉ）多次元関数や各種の非線形関数を利用したフィッティング処理を行い、得られたフィッティング曲線と観測された光切断線との差分演算を行う処理や、（ｉｉ）凹凸に関する情報が高周波成分であることを利用して、浮動フィルタやメディアンフィルタ等のローパスフィルタを適用する処理等を挙げることができる。このような歪み補正処理を実施することにより、内表面に存在する凹凸疵の情報を保持したまま、光切断線の平坦化を図ることが可能となる。
【００９８】
深さ画像算出部２２３が算出した深さ画像の一例を、図１１Ａに示す。図１１Ａは、同実施形態に係る深さ画像の一例を示した説明図である。なお、図１１Ａに示した深さ画像は、縞画像フレームから生成された深さ画像を円周方向に平面展開したものであり、生成された深さ画像の一部を示したものである。
【００９９】
図１１Ａに示した深さ画像では、凸部については輝度階調が明るくなるように表示し、凹部については輝度階調が暗くなるように表示している。図１１Ａを参照すると明らかなように、図の左端近傍及び略中央部分に、周囲よりも暗く表示された部分が存在しており、かかる部分に凹部が存在していることがわかる。また、図１１Ａに示した深さ画像では、被検査体に貼り付けたゼムクリップ（厚さ１ｍｍ）の形状が明瞭に再現されている。
【０１００】
深さ画像算出部２２３は、以上説明したようにして算出した深さ画像に関する情報を、後述する欠陥検出部２２７に出力する。また、深さ画像算出部２２３は、算出した深さ画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、深さ画像算出部２２３は、算出した深さ画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０１０１】
輝度画像算出部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。輝度画像算出部２２５は、光切断線処理部２２１が生成した光切断線特徴量（特に、輝度の総和Ｋ及び輝線の画素数ｐに関する特徴量）に基づいて、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像を算出する。
【０１０２】
具体的には、輝度画像算出部２２５は、図８Ｂに示したような輝度の総和Ｋに関する特徴量（二次元配列）、及び、図８Ｃに示したような輝線の画素数ｐに関する特徴量（二次元配列）を利用して、総和輝度の線幅方向の平均値である平均輝度ＫＡＶＥ（ｊ，ｍ）＝Ｋｊ，ｍ／ｐｊ，ｍ（１≦ｊ≦Ｎ、１≦ｍ≦Ｍ）を算出する。その後、輝度画像算出部２２５は、算出した平均輝度ＫＡＶＥ（ｊ,ｍ）からなるデータ配列を、着目している管状体の輝度画像とする。
【０１０３】
輝度画像算出部２２５が算出した輝度画像の一例を、図１１Ｂに示す。図１１Ｂは、同実施形態に係る輝度画像の一例を示した説明図である。なお、図１１Ｂに示した輝度画像は、縞画像フレームから生成された輝度画像を円周方向に平面展開したものであり、生成された輝度画像の一部を示したものである。
【０１０４】
図１１Ｂに示した輝度画像では、平均輝度値の高低（明暗）に応じて、輝度階調が変化するように表示している。図１１Ｂにおける黒く表示された部分は、いわゆるスケール残りに該当する模様系の欠陥に対応している。
【０１０５】
輝度画像算出部２２５は、以上説明したようにして算出した輝度画像に関する情報を、後述する欠陥検出部２２７に出力する。また、輝度画像算出部２２５は、算出した輝度画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、輝度画像算出部２２５は、算出した輝度画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０１０６】
欠陥検出部２２７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。欠陥検出部２２７は、深さ画像算出部２２３により算出された深さ画像と、輝度画像算出部２２５により算出された輝度画像とに基づいて、管状体の内表面に存在する欠陥を検出する。
【０１０７】
かかる欠陥検出部２２７は、深さ画像及び輝度画像に基づいて欠陥部位を特定する欠陥部位特定機能と、特定した欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量を抽出する特徴量抽出機能と、抽出した特徴量に基づいて欠陥の種別や有害度等を判別する欠陥判別機能と、を有している。以下、これらの機能について、簡単に説明する。
【０１０８】
○欠陥部位特定機能
欠陥検出部２２７は、取得した深さ画像及び輝度画像の各画素に対して、周辺画素との画素値（深さを表す値、又は、輝度値）の線形和を得るフィルタ処理によって縦線状疵、横線状疵、微小疵等の領域を強調し、得られた値が、欠陥部位特定のための第２の閾値以上となるか否かの判定を行う。このようなフィルタ処理及び当該フィルタ処理結果に基づく判定処理を実施することで、欠陥検出部２２７は、欠陥部位を特定するための２値化画像を生成することができる。かかる２値化画像において、算出した値が第２の閾値未満であった画素が正常箇所（すなわち、２値化画像の画素値＝０）に該当し、算出した値が第２の閾値以上であった画素が欠陥箇所（すなわち、２値化画像の画素値＝１）に該当する。更に、欠陥検出部２２７は、連続して発生している欠陥箇所を結合していくことで、一つ一つの欠陥部位を特定する。
【０１０９】
○特徴量抽出機能
欠陥検出部２２７は、欠陥部位特定機能により深さ画像及び輝度画像の欠陥部位を特定すると、特定した欠陥部位ごとに、欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量を抽出する。欠陥部位の形態に関する特徴量として、例えば、欠陥部位の幅、欠陥部位の長さ、欠陥部位の周囲長、欠陥部位の面積、欠陥部位の外接長方形の面積等を挙げることができる。また、欠陥部位の画素値に関する特徴量として、深さ画像に関しては、欠陥部位の深さの最大値、最小値、平均値等を挙げることができ、輝度画像に関しては、欠陥部位の輝度の最大値、最小値、平均値等を挙げることができる。
【０１１０】
○欠陥判別機能
欠陥検出部２２７は、特徴量抽出機能により各欠陥部位の特徴量を抽出すると、欠陥部位ごとに、抽出した特徴量に基づいて欠陥の種別や有害度等を判別する。特徴量に基づく欠陥の種別や有害度等の判別処理は、例えば図１２に示したようなロジックテーブルを利用して行われる。すなわち、欠陥検出部２２７は、図１２に例示したようなロジックテーブルによって表される判別条件に基づき、欠陥の種別や有害度を判別する。
【０１１１】
図１２に例示したように、ロジックテーブルの縦方向の項目として、欠陥の種別（欠陥Ａ１〜欠陥Ａｎ）が記載されており、ロジックテーブルの横方向の項目として、特徴量の種類（特徴量Ｂ１〜特徴量Ｂｍ）が記載されている。また、欠陥の種別及び特徴量により規定されるテーブルの各セルには、対応する特徴量の大小による判別条件式（条件式Ｃ１１〜条件式Ｃｎｍ）が記述されている。このようなロジックテーブルの各行が一組となって、一つ一つの欠陥の種別の判別条件となる。判別処理は、最上位の行に記載された種別から順に行われ、何れか一つの行に記載された判別条件を全て満たした時点で終了する。
【０１１２】
このようなロジックテーブルは、過去の操業データ及び当該操業データに基づく検定員による欠陥の種別及び有害度の特定結果を教師データとした学習処理により構築されたデータベースを利用して、公知の方法により生成することが可能である。
【０１１３】
欠陥検出部２２７は、このようにして検出した欠陥部位ごとに欠陥の種別及び有害度を特定し、得られた検出結果を表示制御部２０５に出力する。これにより、検出対象物である管状体の内表面に存在する欠陥に関する情報が、表示部（図示せず。）に出力されることとなる。また、欠陥検出部２２７は、得られた検出結果を、製造管理用プロコン等の外部の装置に出力してもよく、得られた検出結果を利用して、製品の欠陥帳票を作成してもよい。また、欠陥検出部２２７は、欠陥部位の検出結果に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。
【０１１４】
なお、以上の説明では、ロジックテーブルを利用して欠陥の種別や有害度を判別する場合について説明したが、欠陥の種別や有害度を判別する方法は上記例に限定されるわけではない。例えば、過去の操業データ及び当該操業データに基づく検定員による欠陥の種別及び有害度の特定結果を教師データとした学習処理により、ニューラルネットやサポートベクターマシン（ＳＶＭ）等の判別器を生成し、かかる判別器を欠陥の種別や有害度の判別に利用してもよい。
【０１１５】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００が有する画像処理部２０３の構成について、詳細に説明した。
【０１１６】
なお、上述の説明では、深さ画像算出部２２３が深さ画像を算出する際に、差分演算処理やローパスフィルタ処理等の近似補正処理を実施する場合について説明した。しかしながら、かかる近似補正処理は、光切断線処理部２２１が光切断線特徴量を算出するに先立って、当該光切断線処理部２２１が実施してもよい。
【０１１７】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１１８】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１１９】
以上、本実施形態に係る欠陥検出装置１０の構成について、詳細に説明した。本実施形態に係る欠陥検出装置１０を利用することで、管状体の内表面を周方向全周、全長にわたって検査することが可能となり、微小な凹凸形状の欠陥や模様状の欠陥を、高精度で同時に検出することができる。また、本実施形態に係る欠陥検出装置１０により、欠陥の発生位置を正確に特定することが可能となるため、鋼管等の管状体の生産性や歩留まりの向上や、品質保証に大きく寄与することができる。
【０１２０】
＜欠陥検出方法について＞
続いて、図１３を参照しながら、本実施形態に係る欠陥検出方法の流れを簡単に説明する。図１３は、本実施形態に係る欠陥検出方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１２１】
まず、欠陥検出装置１０の管状体撮像装置１００は、環状ビームを用いて処理対象物である管状体の内表面を撮像して、撮像画像を演算処理装置２００に出力する。演算処理装置２００が備える画像処理部２０３のＡ／Ｄ変換部２１１は、取得した撮像画像に対してＡ／Ｄ変換処理を行い、環状ビーム画像を生成する（ステップＳ１０１）。
【０１２２】
次に、環状ビームセンター算出部２１３は、Ａ／Ｄ変換部２１１が生成した環状ビーム画像を利用して環状ビーム画像の重心位置及び半径を算出し（ステップＳ１０３）、得られた算出結果を、座標変換部２１５に出力する。
【０１２３】
続いて、座標変換部２１５は、算出された重心位置や半径等を利用して環状ビーム画像を座標変換し、光切断画像を生成する（ステップＳ１０５）。生成された光切断画像は、管状体の軸方向に沿って、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに順次格納されていく。
【０１２４】
その後、縞画像フレーム生成部２１７は、生成された光切断画像を管状体の軸方向に沿って順に配列して、縞画像フレームを生成する（ステップＳ１０７）。縞画像フレーム生成部２１７は、生成した縞画像フレームを、光切断線処理部２２１に出力する。
【０１２５】
光切断線処理部２２１は、生成された縞画像フレームを利用し、各光切断線について、所定の閾値Ｔｈ以上の輝度を有する画素の画素数、当該画素の輝度の総和及び光切断線の変位量を算出する（ステップＳ１０９）。これら算出結果が、光切断線特徴量として利用される。算出された光切断線特徴量は、深さ画像算出部２２３及び輝度画像算出部２２５にそれぞれ出力される。
【０１２６】
深さ画像算出部２２３は、算出された光切断線特徴量（特に、光切断線の変位量に関する特徴量）を利用して、深さ画像を算出する（ステップＳ１１１）。また、輝度画像算出部２２５は、算出された光切断線特徴量（特に、閾値以上の輝度を有する画素の画素数に関する特徴量、及び、輝度の総和に関する特徴量）を利用して、輝度画像を算出する（ステップＳ１１１）。深さ画像算出部２２３及び輝度画像生成部２２５は、算出した各画像を、欠陥検出部２２７に出力する。
【０１２７】
その後、欠陥検出部２２７は、算出された深さ画像及び輝度画像を利用して、管状体の内表面に存在する欠陥部位を検出し、検出した欠陥部位の欠陥の種別及び有害度を特定する（ステップＳ１１３）。以上のような流れにより、管状体の内表面に存在する欠陥が検出されることとなる。
【０１２８】
以上、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置及び欠陥検出方法について、詳細に説明した。
【０１２９】
（第２の実施形態）
本発明の実施形態において着目する欠陥検出装置が備える管状体撮像装置は、管状体の軸方向に沿って移動しながら管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射することで、環状ビーム画像を複数撮像する。このためには、管状体撮像装置において、前述のように、レーザ光源とカメラ等の撮像装置とを同軸上に配置することが求められる。ここで、管状体の内径が比較的小さい場合には、レーザ光出力はそれほど高くなくともよく、また、撮像装置に求められる分解能もそれほど高くなくともよいため、比較的小型なレーザ光源及び撮像装置をガラス製等の透明の連結部材を用いて互いに連結することで、撮像を行うことが可能である。
【０１３０】
しかしながら、管状体の内径が大きい場合には、レーザ光出力の高出力化や分解能の向上（すなわち、撮像画像の画素数の増加）を図るために、レーザ光源や撮像装置を大型化することが求められる。また、撮像視野を確保するために、撮像装置とレーザ光源との離隔距離も大きくなることから、レーザ光源及び撮像装置を連結する、より頑強な連結部材が必要となる。その結果、支柱等の連結部材や、場合によっては信号／電源ケーブル等が環状レーザ光照射を遮り、かつ、撮像視野も遮ることとなるため、環状ビーム画像に不感帯が生じてしまう。そのため、環状ビーム画像に不感帯が生じている場合であっても、管状体内面を全周囲にわたって検査して欠陥を検出することが可能な技術が求められることとなる。
【０１３１】
以下に示す本発明の第２の実施形態では、環状ビーム画像に不感帯が生じている場合であっても、管状体内面を全周囲にわたって検査して欠陥を検出することが可能な欠陥検出装置及び欠陥検出方法について、図１４〜図２５を参照しながら詳細に説明する。
【０１３２】
＜欠陥検出装置の全体構成について＞
まず、図１４を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検出装置１０の全体構成について説明する。図１４は、本実施形態に係る欠陥検出装置１０の構成を示した説明図である。
【０１３３】
本実施形態に係る欠陥検出装置１０は、管状体１の内表面を、後述する管状体撮像装置が管状体の内部に送入される際、及び、管状体の内部から送出される際の双方で管状体の内表面を撮像して、撮像の結果得られる画像を画像処理することにより、管状体１の内表面に表面欠陥（凹凸疵及び模様系の疵）が存在するか否かを検査する装置である。
【０１３４】
ここで、本実施形態に係る管状体１は、中空部を有する管状のものであれば特に限定されるわけではないが、かかる管状体１の例として、スパイラル鋼管、電縫鋼管、ＵＯ鋼管、継目無鋼管（シームレス鋼管）、鍛接鋼管、ＴＩＧ溶接鋼管等の各種鋼管やパイプのみならず、熱間押出法で使用されるコンテナと称するシリンダー等の管状物を挙げることができる。
【０１３５】
本実施形態に係る欠陥検出装置１０は、図１４に示したように、管状体１の内表面を撮像する管状体撮像装置１００と、管状体撮像装置１００の管軸方向に沿った移動を制御する駆動制御装置１５０と、撮像の結果得られる画像に対して画像処理を行う演算処理装置２００と、を備える。
【０１３６】
管状体撮像装置１００は、管状体１の中空部に設置される。この管状体撮像装置１００は、管状体１の軸方向に沿って位置を随時変更しながら、当該管状体１の内表面を軸方向に沿って順次撮像し、撮像の結果得られる撮像画像を、演算処理装置２００に出力する装置である。管状体撮像装置１００は、駆動制御装置１５０により軸方向に沿った位置が制御されており、管状体撮像装置１００の移動に伴いＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ Ｌｏｇｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：パルス型速度検出器）等からＰＬＧ信号が演算処理装置２００に出力される。また、管状体撮像装置１００は、演算処理装置２００によって、管状体１の撮像タイミング等が制御されている。
【０１３７】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、上記のように、管状体内部に送入される際に管状体１の内表面を撮像するとともに、管状体内部から送出される際にも管状体１の内表面を撮像する。
【０１３８】
駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００の管軸方向の移動、及び、管中心軸方向を回転軸とする管状体周方向の回転を制御するアクチュエータ等の装置である。駆動制御装置１５０は、演算処理装置２００による制御のもとで、管状体撮像装置１００の管軸方向の移動や管状体周方向の回転といった動作の制御を行う。
【０１３９】
より詳細には、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を管状体内部に送入させるとともに、管状体撮像装置１００が検査対象となる内表面の撮像を終了すると、管状体撮像装置１００の送入動作を停止する。その後、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００の中心軸を回転軸として管状体の周方向に管状体撮像装置１００を回転させる。その後、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を管状体内部から送出させる。
【０１４０】
また、演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００によって生成された撮像画像を利用して縞画像フレームを生成し、この縞画像フレームに対して画像処理を行うことで、管状体１の内表面に存在している可能性のある欠陥を検出する装置である。
【０１４１】
この際、本実施形態に係る演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００においてレーザ光源と撮像装置とを連結する連結部材に起因する不感帯をなくすように、送出時に撮像した撮像画像から生成された画像を利用して、送入時に撮像した撮像画像から生成された画像を補完する。これにより、送入時又は送出時に撮像した撮像画像に不感帯が存在する場合であっても、管状体の内表面を、全周囲にわたって検査することが可能となる。
【０１４２】
［管状体撮像装置１００の構成について］
続いて、図１５Ａ〜図１６を参照しながら、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成について簡単に説明する。図１５Ａ〜図１６は、本実施形態に係る管状体撮像装置の一例を示した説明図である。
【０１４３】
図１５Ａ及び図１５Ｂに示したように、本実施形態に係る管状体撮像装置１００は、レーザ光照射装置１１０と、カメラ１２０と、レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０のそれぞれが固定される保持基板１３１と、２つの保持基板１３１を連結する支柱である連結部材１３３と、を備える。
【０１４４】
レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０とは、レーザ光照射装置１１０から照射されるレーザ光の中心軸と、カメラ１２０の中心軸（光軸）とが同軸となるように配置される。本実施形態に係るレーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０については、第１の実施形態に係るレーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０１４５】
レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０は、それぞれ保持基板１３１に固定されており、これら２つの保持基板１３１は、１又は複数の連結部材１３３により連結されている。レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０が、保持基板１３１及び連結部材１３３により固定されることで、管状体１の内表面を撮像するための撮像プローブが形成される。
【０１４６】
保持基板１３１及び連結部材１３３の素材については、管状体撮像装置１００に求められる強度等に応じて適宜選択すればよい。また、連結部材１３３の本数は、管状体撮像装置１００に求められる強度に応じて適宜設定すればよく、１本であってもよいし、複数本であってもよい。
【０１４７】
連結部材１３３の太さ（例えば、円柱状の連結部材１３３である場合には管径）は、環状ビームの照射領域（以下、ビーム照射領域とも称する。）が、環状ビームや撮像視野が連結部材１３３によって遮蔽される領域（以下、遮蔽領域とも称する。）よりも広くなるように設定する。
【０１４８】
ここで、複数本の連結部材１３３を設ける場合には、例えば図１５Ｂに示したように、保持基板１３１の縁部に当該保持基板１３１の周方向に沿って等間隔に配置することが好ましい。また、連結部材１３３を複数本設置する場合には、遮蔽領域がなるべく狭くなるように本数を決定することが好ましい。
【０１４９】
また、連結部材１３３の本数を１本とする場合には、例えば図１５Ｂに示した４本の連結部材のうちいずれか１つの位置に対して、連結部材１３３を設置すればよい。
【０１５０】
以上説明したような管状体撮像装置１００は、図１６に示したように、駆動制御装置１５０によって管状体１の中心軸に略一致するように軸方向に移動しながら、管状体１の内表面を送入時と送出時の双方で走査する。ここで、後述する演算処理装置２００は、管状体撮像装置１００が軸方向に所定距離移動する毎に、カメラ１２０に対して撮像のためのトリガ信号を出力する。レーザ光照射装置１１０及びカメラ１２０の軸方向の移動間隔は、適宜設定することが可能であるが、例えば、カメラ１２０に設けられた撮像素子の画素サイズと同一にすることが好ましい。軸方向の移動間隔と撮像素子の画素サイズとを一致させることで、撮像された画像において縦方向の分解能と横方向の分解能とを一致させることができる。
【０１５１】
また、駆動制御装置１５０は、送入時の管状体内表面の撮像が終了すると、連結部材１３３の本数に応じて管状体撮像装置１００を周方向に回転させる。この回転角の大きさは、管状体内表面に仮想的に設定した基準線を基準として考えた場合に、連結部材１３３の配置により生じる遮蔽領域が送入時と送出時とで異なる位置となるように（換言すれば、送入時における遮蔽領域と、送出時における遮蔽領域とが重ならないように）設定される。具体的には、連結部材１３３の本数が１本である場合には、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を周方向に沿って例えば１８０°回転させる。また、駆動制御装置１５０は、連結部材１３３が等間隔に２本設置されている場合には、管状体撮像装置１００を周方向に例えば９０°回転させ、等間隔に３本設置されている場合には、周方向に例えば６０°回転させる。また、図１５Ｂに示したように、連結部材１３３が等間隔に４本設置されている場合には、駆動制御装置１５０は、管状体撮像装置１００を周方向に例えば４５°回転させる。
【０１５２】
なお、図１６に示した角度φは、任意の値に設定することが可能であるが、例えば３０〜６０度程度とすることが好ましい。かかる角度をあまり大きくすると環状ビームの管状体１の内面からの散乱光（反射光）が弱くなり、また小さくすると、検査対象物である管状体１の深さ変化量に対して、後述する縞画像における縞の移動量が小さくなり、管状体１の内表面に存在する凹部の深さ（又は、凸部の高さ）に関する情報が劣化するためである。
【０１５３】
以下に、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の有する各装置について、その具体的な構成や設定値等を列挙する。かかる構成や設定値等はあくまでも一例であって、本発明に係る管状体撮像装置１００が、以下の具体例に限定されるわけではない。
【０１５４】
○管状体
コンテナライナー：内径６００ｍｍ、長さ８５０ｍｍ
○レーザ光照射装置
１６０ｍＷの出力でレーザ光を照射。円錐状の光学素子１１３により、８０ｍＷの環状ビームとなって管状体の内表面に照射される。コンテナライナー内面に照射されるラインビーム幅は、０．３０ｍｍである。ただし、この場合のラインビーム幅とは、ピーク強度値から１３．５％で定義されるものである。
○カメラ
２３３０画素×１７５０画素のＣＣＤを撮像素子として搭載。フレームレート３０ｆｐｓ、レンズの焦点距離１．８ｍｍ、画角１８０°、撮影される画像の画素サイズは０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、ラインビーム幅は、撮像画像上では、１〜３画素の輝線の幅で撮影される。
○レーザ光照射装置とカメラの撮像素子との離隔距離：約２５０ｍｍ
○カメラ１２０は、管状体の内表面を、軸方向に０．５ｍｍ進む毎に撮像する。
【０１５５】
［演算処理装置２００の全体構成について］
以上、本実施形態に係る管状体撮像装置１００の構成について説明した。続いて、再び図１４に戻って、本実施形態に係る演算処理装置２００の全体構成について説明する。
【０１５６】
本実施形態に係る演算処理装置２００は、例えば図１４に示したように、撮像制御部２０１と、画像処理部２０３と、表示制御部２０５と、記憶部２０７と、を主に備える。
【０１５７】
ここで、本実施形態に係る表示制御部２０５及び記憶部２０７については、第１の実施形態に係る演算処理装置２００が備える表示制御部２０５及び記憶部２０７と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０１５８】
また、本実施形態に係る撮像制御部２０１は、駆動制御装置１５０に対して、管状体撮像装置１００の移動や回転を実施させるための制御信号を更に送出する以外は、第１の実施形態に係る撮像制御部２０１と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものである。従って、以下では詳細な説明は省略する。
【０１５９】
画像処理部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０３は、管状体撮像装置１００（より詳細には、管状体撮像装置１００のカメラ１２０）から取得した撮像データを利用して、縞画像フレームを生成する。その後、生成した縞画像フレームに対して、以下で説明するような画像処理を行い、測定対象物である管状体の内表面に存在する可能性のある欠陥を検出する。画像処理部２０３は、管状体１の内表面の欠陥検出処理を終了すると、得られた検出結果に関する情報を、表示制御部２０５に伝送する。
【０１６０】
また、本実施形態に係る管状体撮像装置１００が撮像した画像には、前述のように、連結部材１３３に起因する遮蔽領域が存在している。そこで、本実施形態に係る画像処理部２０３は、送入時に撮像した縞画像フレームから生成した画像を、送出時に撮像した縞画像フレームから生成した画像を利用して補完し、遮蔽領域の存在しない画像を生成した上で、内表面に存在する欠陥を検出する。
【０１６１】
画像処理部２０３で実施される画像処理については、以下で改めて詳細に説明する。
【０１６２】
［画像処理部について］
続いて、図１７を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える画像処理部２０３について、詳細に説明する。図１７は、本実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部の構成を示したブロック図である。
【０１６３】
本実施形態に係る画像処理部２０３は、図１７に示したように、Ａ／Ｄ変換部２５１と、環状ビームセンター算出部２５３と、座標変換部２５５と、縞画像フレーム生成部２５７と、画像算出部２５９と、欠陥検出部２７１と、を主に備える。
【０１６４】
Ａ／Ｄ変換部２５１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。Ａ／Ｄ変換部２５１は、カメラ１２０から出力された、送入時及び送出時の撮像画像をＡ／Ｄ変換し、デジタル多値画像データ（すなわち、環状ビーム画像）として出力する。かかるデジタル多値画像データは、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに記憶される。これらのデジタル多値画像データを管状体の軸方向に沿って順次利用することにより、後述するような縞画像フレームが形成される。
【０１６５】
環状ビーム画像は、前述のように、管状体１の内表面の軸方向に沿ったある位置において、管状体の内表面に照射された環状ビームを撮像したものである。環状ビーム画像は、予めカメラのゲインやレンズの絞りを適切に設定することにより、環状ビームが照射された部分が白く表示され、その他の部分は黒く表示されている濃淡画像になっている。また、環状ビームの円周上に重畳している凹凸が、管状体の内表面に存在する欠陥に関する情報を含んでいる。
【０１６６】
ここで、本実施形態に係る環状ビーム画像は、図１８に模式的に示したように、環状ビームが内表面に照射されているビーム照射領域と、連結部材１３３により環状ビームが遮蔽された不感帯である遮蔽領域と、が存在したものとなる。また、送入状態から送出状態へと切り替わる際に、管状体撮像装置１００が管状体の周方向に所定の角度回転する（図１８では時計方向に４５度回転している）ため、管状体内表面のある基準点に着目すると、遮蔽領域の位置は送入時と送出時とで異なることとなる。
【０１６７】
Ａ／Ｄ変換部２５１は、カメラ１２０から出力された２種類の撮像画像に基づいて図１８のような送入時及び送出時の環状ビーム画像をそれぞれ生成すると、生成した各環状ビーム画像に対応するデータを、後述する環状ビームセンター算出部２５３に出力する。
【０１６８】
環状ビームセンター算出部２５３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。環状ビームセンター算出部２５３は、Ａ／Ｄ変換部２５１から出力された送入時及び送出時におけるそれぞれの環状ビーム画像について、環の重心位置と環の半径をそれぞれ算出する。
【０１６９】
ここで、環の重心位置及び半径を算出する方法は、特に限定されるわけではなく、公知のあらゆる方法を利用することが可能である。環の重心位置及び半径を算出する方法の具体例としては、例えば、第１の実施形態で示したような以下の２つの方法を挙げることができ、遮蔽領域の有無によらず利用することが可能である。
【０１７０】
・２値化した環状ビーム画像上の任意の３点を抽出し、この３点の位置座標の重心を算出する。得られた重心位置と３点のうち任意の１点との間の距離が環の半径となる。
・ハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換による円抽出を行い、円（すなわち、環状ビーム）の重心と半径とを算出する。
【０１７１】
環状ビームセンター算出部２５３は、送入時及び送出時における各環状ビーム画像について環の重心位置及び半径を算出すると、環の重心位置及び半径に関する情報をそれぞれ生成して、後述する座標変換部２５５に出力する。
【０１７２】
座標変換部２５５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。座標変換部２５５は、算出された重心位置、及び、当該重心位置と環状ビームの照射部分との離隔距離に基づいて、環状ビーム画像の座標系を変換する。その後、座標変換部２５５は、環状ビームの照射部分を管状体の周方向に展開した線分として表した光切断画像を生成する。
【０１７３】
ここで、本実施形態に係る座標変換部２５５は、座標系の変換を行う際に、管状体内表面に仮想的に設定された基準点を基準として、変換処理を実施する。この基準点を管状体内表面のどの位置に設定するかは、特に限定されるわけではなく、任意の位置に設定することが可能である。例えば図１８に示した例では、管状体内表面を送入方向に見た際の３時の方向に、基準点Ｋが設定されている。この基準点Ｋは、管軸方向の各位置で撮像された環状ビーム画像の間で互いに同一の位置となるように選択される。
【０１７４】
なお、送入時の環状ビーム画像上で基準点Ｋの座標が特定された場合、送出時の環状ビーム画像における基準点Ｋの位置は、送入時における基準点Ｋの座標を所定の角度回転させることで特定することができる。すなわち、送出時において、時計方向を正方向とした場合に管状体撮像装置１００が＋Ｘ度回転される場合には、送入時における基準点Ｋの位置を−Ｘ度回転させることで、送出時における基準点Ｋの位置を特定することができる。
【０１７５】
図１９は、送入時及び送出時に管状体撮像装置１００によって撮像される環状ビーム画像を模式的に図示したものである。図１８に示した例の場合、管状体撮像装置１００は、時計方向に４５度回転された後に送出時の環状ビーム画像が生成される。ここで、管状体撮像装置１００のレーザ照射装置１１０及びカメラ１２０は一体に形成されているため、管状体撮像装置１００の回転にあわせてカメラ１２０も回転することとなる。従って、図１９に示した環状ビーム画像では、基準点Ｋは反時計方向に４５度回転する。
【０１７６】
座標変換部２５５は、基準点Ｋを基準とした座標変換処理や、第１の実施形態で説明したような画像補間処理を終了すると、得られた光切断画像に対応する画像データを、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに、管状体の軸方向に沿って順次格納していく。
【０１７７】
縞画像フレーム生成部２５７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。縞画像フレーム生成部２５７は、記憶部２０７等に設けられた画像メモリから、管状体の軸方向に沿って格納された光切断画像を順に取得する。その後、縞画像フレーム生成部２５７は、取得した各光切断画像を管状体の軸方向に沿って順に配列して、送入時の縞画像フレーム及び送出時の縞画像フレームをそれぞれ生成する。
【０１７８】
１つの縞画像フレームを構成する光切断画像の個数は、適宜設定すればよいが、例えば、２５６個の光切断画像で１つの縞画像フレームを構成するようにしてもよい。各光切断画像は、上述のように環状ビーム画像の撮像間隔毎（例えば、０．５ｍｍ間隔）に存在している。そのため、０．５ｍｍ間隔で撮像された環状ビーム画像に基づく、２５６個の光切断画像からなる１つの縞画像フレームは、管状体の内表面の全周を、軸方向に沿って１２８ｍｍ（＝２５６×０．５ｍｍ）の範囲で撮像した結果に相当する。
【０１７９】
図２０は、このようにして生成された送入時の縞画像フレームを模式的に示した説明図であり、図２１は、このようにして生成された送出時の縞画像フレームを模式的に示した説明図である。
【０１８０】
縞画像フレーム生成部２５７により生成される送入時及び送出時の縞画像フレームには、図２０及び図２１に示したように、管状体撮像装置１００に設けられた連結部材１３３の本数に応じて、遮蔽領域が存在することとなる。また、各縞画像フレームの周方向の原点は、座標変換部２５５により共通した基準点Ｋを起点として座標変換が実施されているため、図２０及び図２１に示したように、互いに等しく基準点Ｋとなる。
【０１８１】
縞画像フレーム生成部２５７は、送入時の縞画像フレーム及び送出時の縞画像フレームをそれぞれ生成すると、生成したこれらの縞画像フレームを、後述する画像算出部２５９に出力する。また、縞画像フレーム生成部２５７は、生成した各縞画像フレームに対応するデータに、当該縞画像フレームを生成した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として記憶部２０７等に格納してもよい。
【０１８２】
画像算出部２５９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像算出部２５９は、縞画像フレーム生成部２５７が生成した、送入時及び送出時における２種類の縞画像フレームに基づいて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する。この画像算出部２５９は、図１７に示したように、光切断線処理部２６１と、深さ画像算出部２６３と、輝度画像算出部２６５と、深さ画像補完部２６７と、輝度画像補完部２６９と、を更に備える。
【０１８３】
光切断線処理部２６１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。光切断線処理部２６１は、縞画像フレームに含まれる各光切断線について、光切断線の変位量（輝線の曲がり具合）、輝線の画素数及び輝度の総和に関する３種類の光切断線特徴量を算出する。
【０１８４】
これら３種類の光切断線特徴量の算出方法については、第１の実施形態に係る光切断線処理部２２１が実施する算出方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１８５】
本実施形態に係る光切断線処理部２６１は、上記３種類の光切断線特徴量に加えて、遮蔽領域の位置を特定する処理を実施する。以下、遮蔽領域の位置を特定する処理について、詳細に説明する。
【０１８６】
連結部材１３３による遮蔽領域ではカメラ１２０によって環状レーザ光が撮像されないため、図２２に模式的に示したように、所定の閾値Ｔｈよりも輝度の大きい輝線は存在しない。従って、上記光切断線特徴量の算出過程において、遮蔽領域では輝線の画素数についての光切断線特徴量ｐｊ，ｍがゼロとなる。
【０１８７】
そこで、本実施形態に係る光切断線処理部２６１は、それぞれの周方向（Ｘ方向）位置における輝線の画素数に着目して、遮蔽領域の範囲を示す周方向座標（Ｘ座標）を特定する。以下では、縞画像フレーム画像において、左から１番目に存在する遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅを算出する場合を例にとって、説明を行うものとする。
【０１８８】
光切断線処理部２６１は、送入時の環状ビーム画像を構成するＮ本の光切断線それぞれについて、遮蔽領域が開始するＸ座標の位置Ｘｓ１ｊｓ、及び、遮蔽領域が終了するＸ座標の位置Ｘｓ１ｊｅ（ｊ＝１〜Ｎ）を特定する。その上で、管状体撮像装置１００に生じた振動の影響等で、遮蔽領域の開始位置及び終了位置にズレが生じる場合を考慮して、特定されたＮ個の遮蔽領域開始位置Ｘｓ１ｊｓのうちの最小値をＸｓ１ｓとするとともに、遮蔽領域終了位置Ｘｓ１ｊｅの最大値をＸｓ１ｅとする。
【０１８９】
また、ｊライン目における左から１番目の遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓ及び終了位置Ｘｓ１ｊｅは、以下のようにして特定することができる。以下、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓ及び終了位置Ｘｓ１ｊｅの特定方法を、図２３を参照しながら具体的に説明する。
【０１９０】
光切断線処理部２６１は、ｊライン目の光切断線の各Ｘ座標において、輝線の画素数ｐｊ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）に着目する。その上で、光切断線処理部２６１は、各Ｘ位置における輝線の画素数ｐｊ，ｍについて、ｐｊ，ｍ＝０となるＸ位置が出現するかを判断していく。ｐｊ，ｍ＝０となったＸ位置が存在した場合、光切断線処理部２６１は、その座標Ｘｍを記憶するとともに、それ以降のＸ座標についてｐｊ，ｍ＝０である状態の連続数をカウントしていく。ここで、図２３に模式的に示したように、ｐｊ，ｍ＝０である状態の連続数が、所定の閾値ＴＨｓ（例えば、ＴＨｓ＝１０等）以上となった場合、光切断線処理部２６１は、記憶しておいたＸ座標Ｘｍを、ｊライン目における左から１番目の遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓとして特定する。
【０１９１】
また、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｊｓが特定された状態の中で、Ｘ方向に輝線の画素数を探索していくうちに、ｐｊ，ｍ≠０となるＸ座標Ｘｎが出現したとする。この場合、光切断線処理部２６１は、その座標Ｘｎを記憶するとともに、それ以降のＸ座標についてｐｊ，ｍ≠０である状態の連続数をカウントしていく。ここで、図２３に模式的に示したように、ｐｊ，ｍ≠０である状態の連続数が、所定の閾値ＴＨｓ（例えば、ＴＨｓ＝１０等）以上となった場合、光切断線処理部２６１は、記憶しておいたＸ座標Ｘｎの一つ手前のＸ位置を、ｊライン目における左から１番目の遮蔽領域の終了位置Ｘｓ１ｊｅとして特定する。ここで、上記閾値ＴＨｓは、連続数判定用の第３の閾値、及び、連続数判定用の第４の閾値の一例であり、第３の閾値と第４の閾値とが同一の値である場合に相当する。なお、上記説明では、遮蔽領域の開始位置を特定するために用いられる閾値ＴＨｓと、遮蔽領域の終了位置を特定するために用いられる閾値ＴＨｓとが同一の値である場合について示したが、これら２つの閾値は互いに異なる値であってもよい。
【０１９２】
また、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅを決定する別の方法として以下のようにしてもよい。
ｊライン目の光切断線の各Ｘ座標において、座標位置を移動させながら、輝線の画素数ｐｊ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の所定の左右ｋ個分（例えば、ｋ＝３等）の平均値ｑｊ，ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）を順次求める（移動平均処理）。次に、求めた平均値ｑｊ，ｍが予め設定した閾値Ａ（例えばＡ＝０．５等）未満となるＸ座標位置を遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓとする。また、遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓが特定されており、かつ、求めた平均値ｑｊ，ｍが予め設定した閾値Ａ以上となるＸ座標位置を遮蔽領域の終了位置Ｘｓ１ｅとする。なお、上記閾値Ａは、移動平均判定用の第５の閾値の一例である。
【０１９３】
以上のような処理をｊ＝１〜Ｎの各光切断線に対して実施することで、光切断線処理部２６１は、左から１番目の遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅを決定することができる。また、左から２番目以降の遮蔽領域についても、同様の処理を行うことで、遮蔽領域の開始位置や終了位置を決定することができる。
【０１９４】
なお、光切断線処理部２６１は、遮蔽領域における光切断線の変位量についての光切断線特徴量Δｄｊ，ｍ、及び、遮蔽領域における輝度の総和についての光切断線特徴量Ｋｊ，ｍは、それぞれゼロとして取り扱う。
【０１９５】
従って、例えば左から１番目の遮蔽領域について、輝線の画素数ｐｊ，ｍの二次元配列、輝線の輝度の総和Ｋｊ，ｍの二次元配列、及び、輝線の変位量Δｄｊ，ｍの二次元配列は、それぞれ以下のようになる。
【０１９６】
ｐｊ，ｍ＝０（ｊ＝１〜Ｎ，ｍ＝Ｘｓ１ｓ，・・・，Ｘｓ１ｅ）
Ｋｊ，ｍ＝０（ｊ＝１〜Ｎ，ｍ＝Ｘｓ１ｓ，・・・，Ｘｓ１ｅ）
Δｄｊ，ｍ＝０（ｊ＝１〜Ｎ，ｍ＝Ｘｓ１ｓ，・・・，Ｘｓ１ｅ）
【０１９７】
光切断線処理部２６１は、例えば図１９に示したような、４本の連結部材１３３が映りこんだ送入時の環状ビーム画像に対応する縞画像フレームに対して、以上のような処理を実施することで、図２０に示したように、４カ所の遮蔽領域それぞれの開始位置及び終了位置を特定することができる。
【０１９８】
また、光切断線処理部２６１は、図２１に例示した送出時の縞画像フレームについても、第１の実施形態と同様にして光切断線特徴量を算出する。しかしながら、送出時の縞画像フレームについては、遮蔽領域の開始位置及び終了位置を特定しなくともよい。ここで、送出時の縞画像フレームについて輝線の画素数ｐｊ，ｍ＝０であるＸ位置が出現すると、光切断線処理部２６１は、対応するＸ位置の輝度の総和Ｋｊ，ｍ、及び、輝線の変位量Δｄｊ，ｍをゼロとして取り扱う。
【０１９９】
光切断線処理部２６１は、算出した光切断線特徴量のうち、光切断線の変位量Δｄに関する特徴量を、後述する深さ画像算出部２６３に出力する。また、光切断線処理部２６１は、算出した光切断線特徴量のうち、輝度の総和Ｋ、及び、輝線の画素数ｐに関する特徴量を、後述する輝度画像算出部２６５に出力する。更に、光切断線処理部２６１は、送入時の縞画像フレームに存在する各遮蔽領域の開始位置及び終了位置を示した情報（例えば図２０におけるＸｓ１ｓ〜Ｘｓ４ｅを示した情報）を、後述する深さ画像補完部２６７及び輝度画像補完部２６９に出力する。
【０２００】
深さ画像算出部２６３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。深さ画像算出部２６３は、光切断線処理部２６１が生成した光切断線特徴量（特に、変位量Δｄに関する特徴量）に基づいて、送入時及び送出時のそれぞれについて、管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像を算出する。以下では、送入時における深さ画像を、送入時深さ画像とも称することとし、送出時における深さ画像を、送出時深さ画像とも称することとする。
【０２０１】
ここで、深さ画像算出部２６３が送入時深さ画像及び送出時深さ画像を算出する方法は、第１の実施形態に係る深さ画像算出部２２３が実施する深さ画像の算出方法と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２０２】
深さ画像算出部２６３は、送入時深さ画像及び送出時深さ画像を算出すると、算出したこれらの画像に関する情報を、後述する深さ画像補完部２６７に出力する。
【０２０３】
輝度画像算出部２６５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。輝度画像算出部２６５は、光切断線処理部２６１が生成した光切断線特徴量（特に、輝度の総和Ｋ及び輝線の画素数ｐに関する特徴量）に基づいて、送入時及び送出時のそれぞれについて、管状体の内表面における環状ビームの輝度の分布を表す輝度画像を算出する。以下では、送入時における輝度画像を、送入時輝度画像とも称することとし、送出時における輝度画像を、送出時輝度画像とも称することとする。
【０２０４】
ここで、輝度画像算出部２６５が送入時輝度画像及び送出時輝度画像を算出する方法は、第１の実施形態に係る輝度画像算出部２２５が実施する輝度画像の算出方法と同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２０５】
輝度画像算出部２６５は、送入時輝度画像及び送出時輝度画像を算出すると、算出したこれらの画像に関する情報を、後述する輝度画像補完部２６９に出力する。
【０２０６】
深さ画像補完部２６７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。深さ画像補完部２６７は、深さ画像算出部２６３が算出した送入時深さ画像及び送出時深さ画像を利用して、深さ画像において遮蔽領域に対応する部分の補完処理を実施する。
【０２０７】
深さ画像算出部２６３が算出した送入時深さ画像及び送出時深さ画像において、連結部材１３３による遮蔽領域に該当する部分は、画素値の変化が存在しない部分となっており、この部分からは管状体の内表面の凹凸状態に関する正確な知見を得ることができない。そこで、深さ画像補完部２６７は、これら２種類の深さ画像を利用して、遮蔽領域の深さ情報を補完する処理を実施する。
【０２０８】
以下では、図２０、図２１及び図２４を参照しながら、深さ画像において左から１番目に存在する遮蔽領域に対応する部分の補間処理について、具体的に説明する。
【０２０９】
本実施形態に係る管状体撮像装置１００では、送入時の環状ビーム画像を撮像する状態から送出時の環状ビーム画像を撮像する状態へと切り替わる際に、管状体撮像装置１００の全体が所定の角度だけ回転する。また、管状体撮像装置１００では、先だって説明したように、ビーム照射領域が遮蔽領域よりも広くなるように、連結部材１３３の太さや配置位置が決定されている。
【０２１０】
以上のような設定のために、本実施形態に係る欠陥検出装置１０では、図２０及び図２１の縞画像フレームに示したように、送入時と送出時とでフレーム内で遮蔽領域の位置が変化することとなる。また、図２１から明らかなように、ビーム照射領域が遮蔽領域よりも広いため、一方の縞画像フレーム（例えば送入時の縞画像フレーム）における遮蔽領域は、他方の縞画像フレーム（例えば、送出時の縞画像フレーム）における非遮蔽領域に包含されることとなる。
【０２１１】
そこで、本実施形態に係る深さ画像補完部２６７は、例えば図２４に示したように、送出時深さ画像を利用して、送入時深さ画像の遮蔽領域を補完して、遮蔽領域に対応する部分が存在しない深さ画像を生成する。
【０２１２】
図２４では、左から１番目に存在する遮蔽領域を補完する処理について、模式的に図示している。
送入時の画像における遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅは、光切断線処理部２６１により特定され、深さ画像補完部２６７に通知されている。そこで、深さ画像補完部２６７は、送出時深さ画像を参照して、送入時深さ画像の遮蔽領域に対応する部分（Ｘｓ１ｓ〜Ｘｓ１ｅ）の深さ情報を取得し、送入時深さ画像の遮蔽領域に対応する部分に、取得した深さ情報を代入する。
【０２１３】
ここで、管状体撮像装置１００の動作からも明らかなように、送入時の縞画像フレームにおけるＮ本目の光切断線と、送出時の縞画像フレームにおける１本目の光切断線とが、同一の管軸方向位置に対応している。そこで、深さ画像補完部２６７は、送入時深さ画像の１ライン目に対応する深さ情報を補完する場合には、送出時深さ画像のＮライン目に対応する深さ画像を利用して、補完処理を実施する。同様に、深さ画像補完部２６７は、送入時深さ画像のｊライン目に対応する深さ情報を補完する場合には、送出時深さ画像の（Ｎ＋１−ｊ）ライン目に対応する深さ画像を利用して補完処理を実施する。
【０２１４】
深さ画像補完部２６７は、このような補完処理を、１ライン目〜Ｎライン目に対応する部分に対して実施することで、送入時深さ画像において左から１番目に存在する遮蔽領域の深さ情報を補完することができる。
【０２１５】
また、深さ画像補完部２６７は、同様の補完処理を、左から２番目以降に存在する遮蔽領域に対応する部分にも適用することによって、送入時深さ画像に存在する全ての遮蔽領域に対応する部分の深さ情報を補完することができる。
【０２１６】
深さ画像補完部２６７は、以上説明したような補完処理により、遮蔽領域に対応する部分の深さ情報を補完すると、補完後の深さ画像に関する情報を、後述する欠陥検出部２７１に出力する。また、深さ画像補完部２６７は、補完後の深さ画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、深さ画像補完部２６７は、補完後の深さ画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０２１７】
輝度画像補完部２６９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。輝度画像補完部２６９は、輝度画像算出部２６５が算出した送入時輝度画像及び送出時輝度画像を利用して、輝度画像において遮蔽領域に対応する部分の補完処理を実施する。
【０２１８】
輝度画像算出部２６５が算出した送入時輝度画像及び送出時輝度画像において、連結部材１３３による遮蔽領域に該当する部分は、画素値がゼロとなっており、この部分からは管状体の内表面の凹凸状態に関する正確な知見を得ることができない。そこで、輝度画像補完部２６９は、これら２種類の輝度画像を利用して、遮蔽領域の輝度情報を補完する処理を実施する。
【０２１９】
ここで、輝度画像補完部２６９は、深さ画像補完部２６５による補完処理と同様にして、送入時の画像における遮蔽領域の開始位置Ｘｓ１ｓ及び終了位置Ｘｓ１ｅに基づいて送出時輝度画像を参照して、送入時輝度画像の遮蔽領域に対応する部分（Ｘｓ１ｓ〜Ｘｓ１ｅ）の輝度情報を取得し、送入時輝度画像の遮蔽領域に対応する部分に、取得した輝度情報を代入する。この際、輝度画像補完部２６９は、送入時輝度画像のｊライン目に対応する輝度情報を補完するために、送出時輝度画像の（Ｎ＋１−ｊ）ライン目に対応する輝度画像を利用して補完処理を実施する。
【０２２０】
輝度画像補完部２６９は、同様の補完処理を、画像中に存在する全ての遮蔽領域に対応する部分に適用することによって、送入時輝度画像に存在する全ての遮蔽領域に対応する部分の輝度情報を補完することができる。
【０２２１】
輝度画像補完部２６９は、以上説明したような補完処理により、遮蔽領域に対応する部分の輝度情報を補完すると、補完後の輝度画像に関する情報を、後述する欠陥検出部２７１に出力する。また、輝度画像補完部２６９は、補完後の輝度画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。更に、輝度画像補完部２６９は、補完後の輝度画像に関する情報を表示制御部２０５に出力して、表示部（図示せず。）に出力させてもよい。
【０２２２】
再び図１７に戻って、本実施形態に係る欠陥検出部２７１について説明する。
本実施形態に係る欠陥検出部２７１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。欠陥検出部２７１は、深さ画像補完部２６７により補完された深さ画像と、輝度画像補完部２６９により補完された輝度画像とに基づいて、管状体の内表面に存在する欠陥を検出する。
【０２２３】
ここで、本実施形態に係る欠陥検出部２７１が実施する欠陥検出処理は、第１の実施形態に係る欠陥検出部２２７が実施する欠陥検出処理と同様のものであるため、以下では詳細な説明は省略する。
【０２２４】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００が有する画像処理部２０３の構成について、詳細に説明した。
【０２２５】
なお、上記説明では、送入時深さ画像及び送入時輝度画像の遮蔽領域に対応する部分を、送出時深さ画像及び送出時輝度画像のビーム照射領域に対応する部分を利用して補完する場合について説明したが、逆の処理を行うことも可能である。
すなわち、光切断線処理部２６１は、送出時の縞画像フレームに着目して、送出時の縞画像フレームにおける遮蔽領域の開始位置及び終了位置を特定する。その上で、深さ画像補完部２６７及び輝度画像補完部２６９は、送入時深さ画像及び送入時輝度画像のビーム照射領域に対応する部分を利用して、送出時深さ画像及び送出時輝度画像の遮蔽領域に対応する部分を補完してもよい。
【０２２６】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０２２７】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０２２８】
以上、本実施形態に係る欠陥検出装置１０の構成について、詳細に説明した。本実施形態に係る欠陥検出装置１０を利用することで、管状体の内表面を周方向全周、全長にわたって検査することが可能となり、微小な凹凸形状の欠陥や模様状の欠陥を、高精度で同時に検出することができる。また、本実施形態に係る欠陥検出装置１０により、欠陥の発生位置を正確に特定することが可能となるため、鋼管等の管状体の生産性や歩留まりの向上や、品質保証に大きく寄与することができる。
【０２２９】
＜欠陥検出方法について＞
続いて、図２５を参照しながら、本実施形態に係る欠陥検出方法の流れを簡単に説明する。図２５は、本実施形態に係る欠陥検出方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０２３０】
まず、欠陥検出装置１０の管状体撮像装置１００は、プローブから照射される環状ビームを用いて、プローブの送入及びプローブの送出時に管状体の内表面を撮像して、プローブ送入時及びプローブ送出時の２種類の撮像画像を演算処理装置２００に出力する。演算処理装置２００が備える画像処理部２０３のＡ／Ｄ変換部２５１は、取得した２種類の撮像画像に対してＡ／Ｄ変換処理を行い、送入時環状ビーム画像及び送出時ビーム画像を生成する（ステップＳ２０１）。
【０２３１】
次に、環状ビームセンター算出部２５３は、Ａ／Ｄ変換部２５１が生成した送入時及び送出時の環状ビーム画像を利用して、各環状ビーム画像の重心位置及び半径を算出し（ステップＳ２０３）、得られた算出結果を、座標変換部２５５に出力する。
【０２３２】
続いて、座標変換部２５５は、算出された重心位置や半径等を利用して、送入時環状ビーム画像及び送出時環状ビーム画像を座標変換し、光切断画像を生成する（ステップＳ５０５）。この際、座標変換部２５５は、基準点Ｋを基準として座標変換処理を実施する。これにより、後段で生成される送入時及び送出時の縞画像フレームにおいて、各光切断線の周方向の位置座標の原点を統一することが可能となる。生成された光切断画像は、管状体の軸方向に沿って、記憶部２０７等に設けられた画像メモリに順次格納されていく。
【０２３３】
その後、縞画像フレーム生成部２５７は、生成された光切断画像を管状体の軸方向に沿って順に配列して、送入時及び送出時の縞画像フレームをそれぞれ生成する（ステップＳ２０７）。縞画像フレーム生成部２５７は、生成した縞画像フレームを、光切断線処理部２６１に出力する。
【０２３４】
光切断線処理部２６１は、生成された送入時及び送出時の縞画像フレームを利用し、各光切断線について、閾値以上の輝度を有する画素の画素数、当該画素の輝度の総和及び光切断線の変位量を算出する（ステップＳ２０９）。これら算出結果が、光切断線特徴量として利用される。算出された光切断線特徴量は、深さ画像算出部２６３及び輝度画像算出部２６５にそれぞれ出力される。
【０２３５】
また、光切断線処理部２６１は、上記光切断線特徴量の算出とあわせて、送入時の縞画像フレームについて、遮蔽領域の位置（すなわち、遮蔽領域の開始位置及び終了位置）を特定する（ステップＳ２１１）。その後、光切断線処理部２６１は、特定した遮蔽領域の位置に関する情報を、深さ画像補完部２６７及び輝度画像補完部２６９に出力する。
【０２３６】
深さ画像算出部２６３は、算出された光切断線特徴量（特に、光切断線の変位量に関する特徴量）を利用して、送入時深さ画像及び送出時深さ画像を算出する（ステップＳ２１３）。また、輝度画像算出部２６５は、算出された光切断線特徴量（特に、閾値以上の輝度を有する画素の画素数に関する特徴量、及び、輝度の総和に関する特徴量）を利用して、送入時輝度画像及び送出時輝度画像を算出する（ステップＳ２１３）。深さ画像算出部２６３は、算出した送入時深さ画像及び送出時深さ画像を、深さ画像補完部２６７に出力する。また、輝度画像算出部２６５は、算出した送入時輝度画像及び送出時輝度画像を、輝度画像補完部２６７に出力する。
【０２３７】
次に、深さ画像補完部２６７は、光切断線処理部２６１から通知された遮蔽領域の位置に関する情報と、深さ画像算出部２６３により算出された送出時深さ画像と、を利用し、送入時深さ画像の補完処理を実施する（ステップＳ２１５）。また、輝度画像補完部２６９は、光切断線処理部２６１から通知された遮蔽領域の位置に関する情報と、輝度画像算出部２６５により算出された送出時輝度画像と、を利用し、送入時輝度画像の補完処理を実施する（ステップＳ２１５）。その後、深さ画像補完部２６７は、補完後の深さ画像を欠陥検出部２７１に出力するとともに、輝度画像補完部２６９は、補完後の輝度画像を、欠陥検出部２７１に出力する。
【０２３８】
欠陥検出部２７１は、補完後の深さ画像及び輝度画像を利用して、管状体の内表面に存在する欠陥部位を検出し、検出した欠陥部位の欠陥の種別及び有害度を特定する（ステップＳ２１７）。以上のような流れにより、管状体の内表面に存在する欠陥が検出されることとなる。
【０２３９】
以上、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検出装置及び欠陥検出方法について、詳細に説明した。
【０２４０】
（ハードウェア構成について）
次に、図２６を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図２６は、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０２４１】
演算処理装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０２４２】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０２４３】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０２４４】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。演算処理装置２００のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０２４５】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０２４６】
ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０２４７】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０２４８】
接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０２４９】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０２５０】
以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０２５１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２５２】
１０ 欠陥検出装置
１００ 管状体撮像装置
１１０ レーザ光照射装置
１１１ レーザ光源
１１３ 円錐状の光学素子
１２０ カメラ
１３１ 保持基板
１３３ 連結部材
１５０ 駆動制御装置
２００ 演算処理装置
２０１ 撮像制御部
２０３ 画像処理部
２０５ 表示制御部
２０７ 記憶部
２１１，２５１ Ａ／Ｄ変換部
２１３，２５３ 環状ビームセンター算出部
２１５，２５５ 座標変換部
２１７，２５７ 縞画像フレーム生成部
２１９，２５９ 画像算出部
２２１，２６１ 光切断線処理部
２２３，２６３ 深さ画像算出部
２２５，２６５ 輝度画像算出部
２２７，２７１ 欠陥検出部
２６７ 深さ画像補完部
２６９ 輝度画像補完部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状体の軸方向に沿って移動しながら、当該管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射し、当該環状のレーザ光が照射された前記内表面を撮像することで前記内表面における前記環状のレーザ光の撮像画像である環状ビーム画像を、管状体の軸方向に沿って複数生成する管状体撮像装置と、
前記管状体撮像装置により生成された前記環状ビーム画像に対して画像処理を行い、前記管状体の内表面に欠陥が存在するかを判断する演算処理装置と、
を備え、
前記演算処理装置は、
それぞれの前記環状ビーム画像における前記環状のレーザ光の照射部分の重心位置を算出する環状ビームセンター算出部と、
算出された前記重心位置、及び、当該重心位置と前記環状のレーザ光の照射部分との離隔量に基づいて前記環状ビーム画像の座標系を変換し、それぞれの前記環状のレーザ光の照射部分を前記管状体の周方向に展開した線分である光切断線を含む帯状の領域である光切断画像を複数生成する座標変換部と、
前記光切断画像それぞれを前記軸方向に沿って順に配列させた縞画像フレームに基づいて、前記管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、前記管状体の内表面における前記環状のレーザ光の輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する画像算出部と、
算出された前記深さ画像及び前記輝度画像に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出部と、
を有することを特徴とする、欠陥検出装置。
【請求項２】
前記画像算出部は、前記周方向に沿った前記光切断線の線幅方向の重心位置を算出し、前記光切断画像に対して予め指定した軸方向の位置である基準位置と前記重心位置との変位量に基づいて前記深さ画像を算出することを特徴とする、請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項３】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して歪み補正処理を実施することを特徴とする、請求項２に記載の欠陥検出装置。
【請求項４】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、光切断線に対応する画素を特定するための第１の閾値以上の輝度値を有する画素を線幅方向に加算した個数と、当該第１の閾値以上の輝度値を有する画素の総和輝度とを算出し、前記総和輝度の前記線幅方向の平均値に基づいて前記輝度画像を算出することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
【請求項５】
前記座標変換部は、前記座標系の変換に際して、前記光切断画像の各画素の輝度値を、対応する前記環状ビーム画像の各位置における近傍画素の輝度値から、画像補間処理により算出することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
【請求項６】
前記欠陥検出部は、
前記深さ画像及び前記輝度画像の画素値が、欠陥部位特定のための第２の閾値以上であるか否かに基づいて欠陥部位を特定し、
特定した前記欠陥部位について、当該欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量情報を抽出し、
抽出した特徴量情報に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を判別することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
【請求項７】
前記管状体撮像装置は、
前記環状のレーザ光を前記管状体の内表面に対して照射するレーザ光照射装置と、
前記レーザ光照射装置の光軸方向前方に設けられ、前記環状のレーザ光が照射された内表面を撮像する撮像装置と、
前記レーザ光照射装置及び前記撮像装置を連結して固定する１又は複数の連結部材と、
を有し、
当該管状体撮像装置が前記管状体の内部に送入される際、及び、当該管状体撮像装置が前記管状体の内部から送出される際のそれぞれで、前記連結部材により前記環状のレーザ光が遮蔽されることで生じた遮蔽領域を含む前記環状ビーム画像を生成するとともに、当該管状体撮像装置の送入と送出との間に、送入時の前記管状ビーム画像の遮蔽領域と送出時の前記環状ビーム画像の遮蔽領域とが重ならないように当該管状体撮像装置を回転し、
前記座標変換部は、前記管状体の内表面の所定の位置を基準点として送入時及び送出時の前記環状ビーム画像の座標系をそれぞれ変換し、送入時における複数の前記光切断画像及び送出時における複数の前記光切断画像を生成し、
前記画像算出部は、
送入時の前記光切断画像又は送出時の前記光切断画像を利用して、当該光切断画像における前記遮蔽領域の位置を特定し、
送入時又は送出時の前記環状ビーム画像に基づいて算出された前記深さ画像及び前記輝度画像において、前記遮蔽領域を、送出時又は送入時の前記環状ビーム画像に基づいて算出された前記深さ画像及び前記輝度画像を利用して補完することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
【請求項８】
前記画像算出部は、
前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、前記第１の閾値以上の輝度値を有する画素を線幅方向に加算した個数である輝線画素数を特定しており、
前記輝線画素数によって、前記遮蔽領域の周方向位置を特定する
ことを特徴とする、請求項７に記載の欠陥検出装置。
【請求項９】
前記画像算出部は、
前記輝線画素数がゼロとなった前記周方向の位置を記憶するとともに、以降の周方向の位置について前記輝線画素数がゼロとなる状態の連続数をカウントし、当該輝線画素数がゼロとなる状態の連続数が連続数判定用の第３の閾値以上となった場合に、記憶した前記周方向の位置を前記遮蔽領域の開始位置とし、
前記遮蔽領域の開始位置が特定されており、かつ、着目した前記周方向の位置における前記輝線画素数がゼロではなかった場合において、以降の周方向の位置について前記輝線画素数がゼロではなくなった前記周方向の位置を記憶するとともに、前記輝線画素数がゼロではない状態の連続数をカウントし、前記輝線画素数がゼロではない状態の連続数が連続数判定用の第４の閾値以上となった場合に、記憶した前記周方向の位置を、前記遮蔽領域が終了して新たに非遮蔽領域が開始した位置とすることを特徴とする、請求項８に記載の欠陥検出装置。
【請求項１０】
前記画像算出部は、
前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、前記輝線画素数の移動平均を算出し、
前記移動平均が、移動平均判定用の第５の閾値未満となる前記周方向の位置を、前記遮蔽領域の開始位置とし、
前記遮蔽領域の開始位置が特定されており、かつ、前記移動平均が前記第５の閾値以上となる前記周方向の位置を、前記遮蔽領域の終了位置とすることを特徴とする、請求項８に記載の欠陥検出装置。
【請求項１１】
管状体の軸方向に沿って移動しながら、当該管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射し、当該環状のレーザ光が照射された前記内表面を撮像することで前記内表面における前記環状のレーザ光の撮像画像である環状ビーム画像を、管状体の軸方向に沿って複数生成するステップと、
それぞれの前記環状ビーム画像における前記環状のレーザ光の照射部分の重心位置を算出するステップと、
算出された前記重心位置、及び、当該重心位置と前記環状のレーザ光の照射部分との離隔量に基づいて前記環状ビーム画像の座標系を変換し、それぞれの前記環状のレーザ光の照射部分を前記管状体の周方向に展開した線分である光切断線を含む帯状の領域である光切断画像を複数生成するステップと、
前記光切断画像それぞれを前記軸方向に沿って順に配列させた縞画像フレームに基づいて、前記管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、前記管状体の内表面における前記環状のレーザ光の輝度の分布を表す輝度画像と、を算出するステップと、
算出された前記深さ画像及び前記輝度画像に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を検出するステップと、
を含むことを特徴とする、欠陥検出方法。
【請求項１】
管状体の軸方向に沿って移動しながら、当該管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射し、当該環状のレーザ光が照射された前記内表面を撮像することで前記内表面における前記環状のレーザ光の撮像画像である環状ビーム画像を、管状体の軸方向に沿って複数生成する管状体撮像装置と、
前記管状体撮像装置により生成された前記環状ビーム画像に対して画像処理を行い、前記管状体の内表面に欠陥が存在するかを判断する演算処理装置と、
を備え、
前記演算処理装置は、
それぞれの前記環状ビーム画像における前記環状のレーザ光の照射部分の重心位置を算出する環状ビームセンター算出部と、
算出された前記重心位置、及び、当該重心位置と前記環状のレーザ光の照射部分との離隔量に基づいて前記環状ビーム画像の座標系を変換し、それぞれの前記環状のレーザ光の照射部分を前記管状体の周方向に展開した線分である光切断線を含む帯状の領域である光切断画像を複数生成する座標変換部と、
前記光切断画像それぞれを前記軸方向に沿って順に配列させた縞画像フレームに基づいて、前記管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、前記管状体の内表面における前記環状のレーザ光の輝度の分布を表す輝度画像と、を算出する画像算出部と、
算出された前記深さ画像及び前記輝度画像に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出部と、
を有することを特徴とする、欠陥検出装置。
【請求項２】
前記画像算出部は、前記周方向に沿った前記光切断線の線幅方向の重心位置を算出し、前記光切断画像に対して予め指定した軸方向の位置である基準位置と前記重心位置との変位量に基づいて前記深さ画像を算出することを特徴とする、請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項３】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して歪み補正処理を実施することを特徴とする、請求項２に記載の欠陥検出装置。
【請求項４】
前記画像算出部は、前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、光切断線に対応する画素を特定するための第１の閾値以上の輝度値を有する画素を線幅方向に加算した個数と、当該第１の閾値以上の輝度値を有する画素の総和輝度とを算出し、前記総和輝度の前記線幅方向の平均値に基づいて前記輝度画像を算出することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
【請求項５】
前記座標変換部は、前記座標系の変換に際して、前記光切断画像の各画素の輝度値を、対応する前記環状ビーム画像の各位置における近傍画素の輝度値から、画像補間処理により算出することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
【請求項６】
前記欠陥検出部は、
前記深さ画像及び前記輝度画像の画素値が、欠陥部位特定のための第２の閾値以上であるか否かに基づいて欠陥部位を特定し、
特定した前記欠陥部位について、当該欠陥部位の形態及び画素値に関する特徴量情報を抽出し、
抽出した特徴量情報に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を判別することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
【請求項７】
前記管状体撮像装置は、
前記環状のレーザ光を前記管状体の内表面に対して照射するレーザ光照射装置と、
前記レーザ光照射装置の光軸方向前方に設けられ、前記環状のレーザ光が照射された内表面を撮像する撮像装置と、
前記レーザ光照射装置及び前記撮像装置を連結して固定する１又は複数の連結部材と、
を有し、
当該管状体撮像装置が前記管状体の内部に送入される際、及び、当該管状体撮像装置が前記管状体の内部から送出される際のそれぞれで、前記連結部材により前記環状のレーザ光が遮蔽されることで生じた遮蔽領域を含む前記環状ビーム画像を生成するとともに、当該管状体撮像装置の送入と送出との間に、送入時の前記管状ビーム画像の遮蔽領域と送出時の前記環状ビーム画像の遮蔽領域とが重ならないように当該管状体撮像装置を回転し、
前記座標変換部は、前記管状体の内表面の所定の位置を基準点として送入時及び送出時の前記環状ビーム画像の座標系をそれぞれ変換し、送入時における複数の前記光切断画像及び送出時における複数の前記光切断画像を生成し、
前記画像算出部は、
送入時の前記光切断画像又は送出時の前記光切断画像を利用して、当該光切断画像における前記遮蔽領域の位置を特定し、
送入時又は送出時の前記環状ビーム画像に基づいて算出された前記深さ画像及び前記輝度画像において、前記遮蔽領域を、送出時又は送入時の前記環状ビーム画像に基づいて算出された前記深さ画像及び前記輝度画像を利用して補完することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
【請求項８】
前記画像算出部は、
前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、前記第１の閾値以上の輝度値を有する画素を線幅方向に加算した個数である輝線画素数を特定しており、
前記輝線画素数によって、前記遮蔽領域の周方向位置を特定する
ことを特徴とする、請求項７に記載の欠陥検出装置。
【請求項９】
前記画像算出部は、
前記輝線画素数がゼロとなった前記周方向の位置を記憶するとともに、以降の周方向の位置について前記輝線画素数がゼロとなる状態の連続数をカウントし、当該輝線画素数がゼロとなる状態の連続数が連続数判定用の第３の閾値以上となった場合に、記憶した前記周方向の位置を前記遮蔽領域の開始位置とし、
前記遮蔽領域の開始位置が特定されており、かつ、着目した前記周方向の位置における前記輝線画素数がゼロではなかった場合において、以降の周方向の位置について前記輝線画素数がゼロではなくなった前記周方向の位置を記憶するとともに、前記輝線画素数がゼロではない状態の連続数をカウントし、前記輝線画素数がゼロではない状態の連続数が連続数判定用の第４の閾値以上となった場合に、記憶した前記周方向の位置を、前記遮蔽領域が終了して新たに非遮蔽領域が開始した位置とすることを特徴とする、請求項８に記載の欠陥検出装置。
【請求項１０】
前記画像算出部は、
前記光切断線のそれぞれに対して、前記周方向の位置毎に、前記輝線画素数の移動平均を算出し、
前記移動平均が、移動平均判定用の第５の閾値未満となる前記周方向の位置を、前記遮蔽領域の開始位置とし、
前記遮蔽領域の開始位置が特定されており、かつ、前記移動平均が前記第５の閾値以上となる前記周方向の位置を、前記遮蔽領域の終了位置とすることを特徴とする、請求項８に記載の欠陥検出装置。
【請求項１１】
管状体の軸方向に沿って移動しながら、当該管状体の内表面に対して環状のレーザ光を照射し、当該環状のレーザ光が照射された前記内表面を撮像することで前記内表面における前記環状のレーザ光の撮像画像である環状ビーム画像を、管状体の軸方向に沿って複数生成するステップと、
それぞれの前記環状ビーム画像における前記環状のレーザ光の照射部分の重心位置を算出するステップと、
算出された前記重心位置、及び、当該重心位置と前記環状のレーザ光の照射部分との離隔量に基づいて前記環状ビーム画像の座標系を変換し、それぞれの前記環状のレーザ光の照射部分を前記管状体の周方向に展開した線分である光切断線を含む帯状の領域である光切断画像を複数生成するステップと、
前記光切断画像それぞれを前記軸方向に沿って順に配列させた縞画像フレームに基づいて、前記管状体の内表面の凹凸状態を表す深さ画像と、前記管状体の内表面における前記環状のレーザ光の輝度の分布を表す輝度画像と、を算出するステップと、
算出された前記深さ画像及び前記輝度画像に基づいて、前記管状体の内表面に存在する欠陥を検出するステップと、
を含むことを特徴とする、欠陥検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１５９４９１（Ｐ２０１２−１５９４９１Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９０４４（Ｐ２０１１−２２９０４４）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]