結束された鋼材束中の鋼材本数の計数方法及び計数装置
【課題】鋼材束中の鋼材本数をその断面の画像解析により計数する方法であって、断面画像に影の部分や輝度のバラツキがあっても、鋼材本数を誤差無く計数できる手段を提供する。
【解決手段】画像解析による計数と目視計数とを組合わせた計数方法。すなわち、画像解析で正常な鋼材断面像と確実に判断された部分のみを計数するとともにその部分の画像を消去し、未消去部分に残存する鋼材数を目視で計数する。９５％以上の鋼材は画像解析で計数されるので、目視観測者の労力は著しく軽減され、かつ画像解析により計数ミスが生じることもない。
【解決手段】画像解析による計数と目視計数とを組合わせた計数方法。すなわち、画像解析で正常な鋼材断面像と確実に判断された部分のみを計数するとともにその部分の画像を消去し、未消去部分に残存する鋼材数を目視で計数する。９５％以上の鋼材は画像解析で計数されるので、目視観測者の労力は著しく軽減され、かつ画像解析により計数ミスが生じることもない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒鋼、線材等の鋼材を多数束ねて結束した鋼材束中に含まれる鋼材の本数を、画像解析により計数する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
棒鋼は運搬や貯蔵に際して、同一サイズのものを多数束ね、ベルトや針金で結束してハンドリングされることが多い。同様に線材も、太めのものは所定の長さに切断し、棒状に引き延ばして、棒鋼と同様に鋼材束としてハンドリングされる。 かかる棒鋼・線材の鋼材束は、１束中の鋼材本数が予め定められ、この予定本数（以下、「員数」という）に合致するように鋼材束が作られることが多い。しかし、１束中の鋼材本数が多いため、正確に員数どおりにすることは容易でなく、多少の増減がある場合が少くない。また、員数を定めず、鋼材数が予定より少ないことが分かっていながら鋼材束を作った場合には、１束中の鋼材本数は不明である。
そのため、生産や出荷の工程管理という観点から、鋼材束中の鋼材本数を正確に計数することが必要になっている。
【０００３】
鋼材束中の鋼材本数の計数方法は、目視により計数する方法（目視法）と鋼材束断面画像の画像解析による方法（画像解析法）が一般的である。しかし、目視法は、計数者の労力が過大であるにも拘らず、正確な計数が難しいという問題がある。すなわち、鋼材束１束中鋼材本数は、数十本〜数百本と非常に多いため、計数途中でカウント済のものと未カウントのものとの判別が難しくなり、カウント洩れやダブルカウントが発生しやすい。したがって、多本数の束を正確に計数することは至難の業と言える。
【０００４】
一方、画像解析法には、以下の問題がある。通常鋼材束の断面は、個々の鋼材の端部位置が不揃いで出っ張りや引っ込みが生じることが避けられない。そのため奥の方に引っ込んでいる鋼材は暗い陰になり、画像解析時に鋼材の存在の有無の判断が難しくなる。また、各鋼材の端部断面が傾斜していたり、左右又は上下で傾斜が異なっていたりした場合に、断面画像の輝度にバラツキを生じ、正常な鋼材断面でないと判断されてカウント洩れになるケ−スが出てくることが多い。
【０００５】
かかる画像解析の問題点を解決するには、鋼材束断面への照明や断面映像の撮影方法を改善するというアプローチと、画像解析の方法自体を改善するというアプローチが考えられる。
前者の照明や撮影方法の改善に関しては、すでにいくつかの提案がなされている。例えば下記特許文献１には、「鋼材束の軸方向と一致しない方向から散乱光を照射する棒鋼計数装置」が、特許文献２には、「鋼材束の軸方向と平行な光で照明する棒鋼計数装置」が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、本発明者の知見によれば、かかる照明や撮影方法の改善のみで、鋼材束の断面画像における各鋼材の輝度のバラツキを完全に無くすることは困難で、画像解析において、鋼材本数の計数値に誤差が生じることが避けられないことが知られた。
そこで本発明は、鋼材束断面の照明法や撮像方法を改善して輝度のバラツキをを軽減する手段を提供するとともに、画像解析の方法自体を改良して、断面像の輝度に多少のバラツキはあっても、鋼材本数を誤差無く計数できる画像解析の手段を提供することを課題としている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４０４３１号公報
【特許文献２】特開平１０−１４０４３２号公報
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数方法の第一は、
断面が同一形状の棒鋼又は線材を多数束ねて結束した鋼材束中の鋼材単体の本数を、その断面画像の画像解析により計数する方法であって、
前記鋼材束断面の正面中央付近の所定位置に設置された二次元撮像手段により、照明された該断面全体の画像を撮影して、この画像を第一のメモリーに記録する撮像ステップと、
この画像を所定の輝度レベルを初期閾値として２値化処理し、得られた２値化画像を第二のメモリーに記録する２値化処理ステップと、
前記２値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域（以下を「ランド」という）の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析ステップと、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定する正常ランド判定ステップと、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベル又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去し、正常ランドを消去した後の消去画像を第三のメモリーに記録する正常ランド消去処理ステップと、
消去された正常ランドの数を鋼材本数カウンターに計上する計数ステップと、
次いで、前記第三メモリーの消去画像その他必要な画像をディスプレイ上に表示して、未消去領域に存在する鋼材本数を目視観測により判定し、該鋼材本数を前記カウンターに追加計上する目視計数ステップとを有することを特徴とするものである。
【０００９】
上記の方法によれば、まず画像処理により、明瞭に鋼材断面の映像であると判定される部分を原画像から消去し、残存部分のみを目視判定で計数するため、観測者の労力が著しく軽減される。また、画像処理で鋼材断面の映像であるか否か判定の難しい部分は目視判定で計数するため、計数の精度が飛躍的に向上するという利点が得られる。
【００１０】
上記の第一発明の計数方法においては、前記撮像ステップにおいて、光源ボックスの内壁面での反射により生じた拡散反射光をその開口部から照射する拡散反射光照射手段により、前記鋼材断面の照明を行うことが好ましい。
これにより、鋼材断面に影が生じるのを防止し、各鋼材の輝度のバラツキを軽減して、画像処理により好適な断面画像を得ることができる。
【００１１】
また、上記の第一発明の計数方法においては、前記目視計数ステップの操作に先立って、前記第三メモリーの正常ランド消去後の画像に対して、前記２値化処理ステップにおける閾値の輝度レベルを、前記初期閾値から所定幅で段階的に下げて、前記の２値化処理ステップ、ランド特性解析ステップ、正常ランド判定ステッップ、正常ランド消去処理ステップ、計数ステップまでの一連の操作を、前記閾値が所定の下限閾値に達するまで繰り返し行った後、前記目視計数ステップの操作を行うことが好ましい。
２値化処理画像は閾値の輝度レベルによって微妙に変化するため、この閾値の選択によって、正常ランドと判定される鋼材数が大幅に左右される。適正な閾値の選択は、予測が難しいので、高めの輝度レベルから、閾値を段階的に下げて、
正常ランドの消去処理を繰り返すことにより、試行的に適正レベルにすることができ、消去される正常ランド数を最大にすることができる。
【００１２】
また、上記の第一発明の計数方法においては、前記第一メモリーの原画像において、各鋼材断面の画像に該当する部分及び鋼材間の隙間に該当する部分を特定し、これら両部分の所定範囲に含まれる画素の輝度の平均値を求め、これにより得られた鋼材断面部分の平均輝度を前記初期閾値とするとともに、前記隙間部分の平均輝度を前記下限閾値として、上記の繰り返し操作を行ってもよい。
【００１３】
また、上記の第一発明の計数方法は、前記ランド特性解析ステップにおいて、前記ランドの面積に加えて、各ランドの重心座標、重心−外周間の最大距離（以下、最大半径という）及び外周長からなるランド特性値の群より選ばれた１種又は２種以上をランド特性値として求め、前記正常ランド判定ステップにおいて、各ランドの面積に加えて、前記の選ばれた特性値の全てについて、これらの特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定するものであってもよい。
【００１４】
また、上記の第一発明の計数方法においては、前記目視計数ステップに先立って、前記第三メモリーの消去画像について、未消去領域に残存する各ランド（以下、残存ランドという）の面積が前記基準値に所定の係数をかけた補正基準値の整数倍（１倍を含む）に、所定の誤差範囲内で合致するか否かを判定し、かつ該残存ランドの重心位置と、該重心位置に最も近接する隣接ランドの重心位置とを特定して、両重心位置間距離を算定し、
その面積が前記補正基準値の整数Ｎ倍に合致し、かつ前記重心位置間距離が所定の範囲内である場合に、該残存ランド画像を消去して、消去後の画像を前記第三メモリーに上書きするとともに、前記カウンターに前記整数Ｎの値を加え、その後前記目視計数ステップの操作を行ってもよい。
【００１５】
また、上記の第一発明の計数方法においては、未消去の残存ランドの全てについて、個別に所定倍率の拡大画像を作成して、これらの拡大画像を第四のメモリーに記録して、該拡大画像を順次ディスプレイに表示し得るように構成されていることが好ましい。
これにより、目視計数ステップでのより正確な計数が可能になる。
【００１６】
また、上記の第一発明の計数方法においては、前記目視計数ステップにおいて、前記第一メモリーの原画像及び前記第三メモリーの消去画像をディスプレイに表示するとともに、これと並列に前記第四メモリーの拡大画像を順次ディスプレイに表示して、表示された拡大画像中に鋼材断面と判定される映像があるかないかを観測員が判定し、鋼材断面と判定される映像がある場合に、該当する鋼材本数を前記観測員がキーボードから前記カウンターに追加計上し得るように構成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数方法の第二は、
前記計数ステップまでの操作を実施した後、前記カウンターの計数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発し、該警報が発せられた場合にのみ、観測員が前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とするものである。
これにより、画像解析による計数値が所定の員数値と一致しない場合にのみ、観測員は目視計数を行えばよく、観測員の労力を顕著に軽減することができる。
【００１８】
本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数装置の第一は、
上記のいずれかの計数方法を実施するための装置であって
鋼材束断面の全面を照明する照明手段と、
前記鋼材束の正面中央付近の所定位置に設置された二次元モノクロ画像の撮像手段と、
前記モノクロ画像を記録する第一のメモリーと、
この画像を所定の明度レベルを閾値として２値化処理して２値化画像を得る２値化処理手段と、
該２値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域（以下、「ランド」という）の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析手段と、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定するする正常ランド認定手段と、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベルに又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去する正常ランド消去処理手段と、
前記２値化画像、前記正常ランド消去後の原画像及び未消去の前記残存ランドの拡大画像を記録する第二、第三及び第四のメモリーと、
消去された前記正常ランドの数及び目視計数された鋼材本数を計数するカウンターと、
目視計数された鋼材本数を前記カウンターに入力する入力手段と、
前記第一〜第四メモリーいずれかの１以上の画像を表示するディスプレイと、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
上記第一発明の装置において、前記照明手段は、光源ボックスの内壁面で生じた拡散反射光をその開口部から照射する拡散反射光照射手段であることが好ましい。
【００２０】
本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数装置の第二は、
上記第一発明の装置の構成に加えて、前記カウンターの係数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発する警報手段を備えたことを特徴とするものでである。
【００２１】
上記第一発明又は第二発明の装置において、
前記拡散反射光照射手段は、一端に所定大きさの開口部を有し、この開口部以外の全内壁面が拡散反射材料で被覆された箱状のランプハウスと、該ランプハウスの軸心周辺を除いた任意の位置に配列され、広角度に照明光を放射する複数のユニット光源とからなり、
かつ前記撮像手段が、前記開口部の中央を通過する前記ランプボックスの軸心上の前記対向壁面付近、又は該軸心上の前記対向壁面に設けられた第二の開口部の背後に近接して配置されていることが好ましい。
【００２２】
上記第一発明又は第二発明の装置において、
前記撮像手段は、そのレンズ面と前記鋼材束の断面との距離Ｌが下式の関係を満たすように設置されていることが好ましい。
Ｌ＞３ｄｌ×Ｗ／２Ｄ
ここで、Ｌ：撮像手段のレンズ面と鋼材束断面との距離
ｄｌ：隣接する鋼材間の断面段差の最大値
Ｗ：鋼材束の直径又は最大径
Ｄ：鋼材単体の直径又は最大径
【００２３】
また、前記ランプボックスの開口部の前に、その全面を遮光しかつ電気信号で開閉するシャッターが設けられていることが好ましい。
【００２４】
さらに、前記シャッター前方において、計数対象である鋼材束の位置を検出するセンサーを設置し、該位置センサーの情報により、前記鋼材束が所定の位置にあると判断された場合にのみ、前記シャッターが開状態になるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の計数方法及び計数装置は、画像解析と目視計測を組み合わせて、鋼材束中の鋼材本数を簡便かつ正確に計数することを可能にしたものである。本発明の方法によれば、目視計測者の労力を著しく軽減し、かつ従来の画像解析では不可避とも言える計数ミスを完全に無くすることができる。
また、本発明に内蔵される照明方法及び撮像方法を用いれば、鋼材束断面映像に視野欠け部分、影になった暗部や断面の明るさのバラツキが生じるのを防ぐことができ、これにより画像解析の精度を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
まず、本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数装置について説明する。図１は、本発明の第一実施例である計数装置の構成を示す概要図である。この例では、計数装置はコンベア１に載置された鋼材束２の断面を照明する照明装置３、２次元撮像装置４、演算装置５、ディスプレイ７及び入力装置８等からなっている。照明装置３については後述する。本実施例においては、２次元撮像装置４にはＣＣＤカメラが用いられ、鋼材束断面のモノクロ画像又はカラー画像を撮影する。演算装置５には、通常はパソコンが用いられる。演算装置５には、画像処理手段、画像等を記録するメモリー、鋼材本数を計数するカウンター等が内蔵されている。
【００２７】
照明装置３には、光源ボックスの内壁面で生じた拡散反射光をその開口部から照射する手段（本発明においては「拡散反射光照射装置」という）を用いることが好ましい。拡散反射は乱反射と同義で、入射光が特定の方向に反射されるのでは無く、反射光が広い角度範囲に分布する反射態様である。反射光は光源ボックス内で複数回拡散反射を繰り返した後、開口部から出射される。したがって、拡散反射光照射装置から照射される照明光は、光束の方向が殆どあらゆる方位に分布した光が重ね合わされたものと解することができる。
【００２８】
かかる拡散反射光照明の効果を簡単に説明すると以下の如くなる。鋼材束断面において、一部の鋼材が他の鋼材に対して引っ込んだ位置にある場合、鋼材の軸に対して傾斜した１方向のみから照明すれば、凹部の内側及び底部に影が生じる。しかし、この照明灯と反対側に傾斜した光源から同時に照明すれば、上述の影は消えることになる。したがって、照射方向の互いに異なる多数の光束が重ね合わされた拡散反射光を被照射面に照射すれば、どのような凹所にも影が生じることが無い。
【００２９】
また、影を生じさせないという目的のみであれば、鋼材の軸に平行な光（以下、平行光という）で照明することも考えられる。しかし、平行光による照明では、鋼材断面の反射による明るさが一様になりにくいという問題がある。すなわち、各鋼材の断面が軸方向に対して直角な場合は、反射光は軸方向に出射しカメラに入射する。これに対し、断面が直角でなく斜めに傾いている場合には、反射光は斜めに出射しカメラに入射しない。そのため、平行光による照明では、各鋼材断面の傾斜により明暗が生じ、これが画像解析の精度を下げる原因となることが多い。
【００３０】
これに対して前述した拡散反射光照明によれば、鋼材断面の傾斜角にバラツキがあっても、鋼材断面の反射が一様になり易い。すなわち、拡散反射光の場合は多数の方向からの照明光が重畳して入射するため、どの方向へも反射することになり、鋼材断面の傾斜角が異なっていても、カメラに入射する反射光の明るさはほぼ一様になる。このように、鋼材断面の傾斜にバラツキがあっても、その明るさが一様になることは、画像解析の精度を高める上で、きわめて重要な要因である。
【００３１】
図２は、上記の実施例における照明装置の詳細を示す断面図である。この照明装置は、その内部に複数のユニット光源９を有する箱状のランプボックス１０からなっている。ランプボックス１０の前面（鋼材束側）に第一の開口部６と、背面（鋼材束と反対側）に第二の開口部１２が設けられている以外は、密封状態になっている。第一の開口部６は鋼材束２の直径と同程度かこれよりやや大きい必要があり、第二の開口部１２は撮像装置４の受光面よりやや大きい程度であれば良い。
ランプボックス１０の全内壁面には拡散反射層１１が形成されている。拡散反射層１１は、一般にはつや消し塗料を塗布することによって形成することができる。
【００３２】
ランプボックス１０の内部には多数のユニット光源９が配置されている。ユニット光源は、ランプボックス１０の軸心周囲（例えば図２の破線内側の円筒状の部分）を除外して、任意の位置に配列すればよい。軸心周囲を外すのは鋼材断面の映像撮影の邪魔にならないようにするためである。また、ユニット光源からの出射光の方向はとくに限定する必要は無く、ランプボックス１０の内壁面又は前方開口部の任意の方向に出射するものでよい。光源の種類もとくに限定する必要はないが、ある程度広角に出射するものが好ましい。ユニット光源９からの照射光の大部分は、側壁面１３等で多数回拡散反射を繰り返したのち開口部６から放射され、拡散反射光となって鋼材束２の断面を照明する。
【００３３】
本発明において撮像装置４は、開口部６の中央を通過するランプボックス１０の軸心上付近に設置される。撮像装置４の位置は第二の開口部１２の前方（ランプボックス１０の内部）であっても、後方であっても良い。
ただし、撮像装置４は、その受光面（レンズ面）と鋼材束２の断面との距離Ｌが下式の関係を満たすように設置されていることが好ましい。
Ｌ＞３ｄｌ×Ｗ／２Ｄ ……………(１)
ここで、Ｌ：撮像手段の受光面と鋼材束断面との距離
ｄｌ：隣接する鋼材間の断面段差の最大値
Ｗ：鋼材束の直径又は最大径
Ｄ：鋼材単体の直径又は最大径
【００３４】
以下、撮像装置の適正な位置として(１)式の関係が好ましい理由を図３を用いて説明する。
鋼材束中の鋼材は、出っ張っているものと引っ込んでいるもので段差がある。図３にみるように鋼材２ａと鋼材２ｂの段差（最大値）をｄｌとする。鋼材束の周縁付近にこのような段差があると、鋼材２ｂの断面の一部の幅δの部分は、鋼材２ａに遮られて画像が得られないことになる。このような画像の欠損は、画像解析による計数の精度を損なうおそれがある。本発明者の知見によれば、上記のδが鋼材単体の直径Ｄの１／３以下であば、とくに支障が無いことが知れている。
幾何学的な関係から、撮像手段の受光面と鋼材束断面との距離をＬ、鋼材束の直径をＷとすると、下記の関係が成り立つ。
Ｌ／（Ｗ／２）＝ ｄｌ／δ ………(１)
これよりδ＜Ｄ／３にするには、(１)式の関係が必要なことが知れる。
【００３５】
鋼材本数の計数は、演算装置５の画像処理手段とディスプレイに表示された画像を観測員が目視観察する目視計数の組み合わせによって行われる。図４は、本発明の一実施例における計数手段の構成を示すブロック図である。この例では、画像処理手段は２値化処理手段（Ｍ−２）、ランド特性解析手段（Ｍ−３）、正常ランド判定手段（Ｍ−４）及び正常ランド消去手段（Ｍ−５）から構成されている。各手段の操作の内容は、計数方法の説明において後述する。
【００３６】
一方、目視計数は、画像処理の一連のステップを終えた後に、正常ランドを消去した第三メモリーの画像及びその他の必要な画像をディスプレイ７に表示し、観測員が未消去の残存領域に含まれる鋼材本数を目視で計数することによって行う。
その他の必要な画像としては、第一メモリーの原画像及び未消去ランドの拡大画像があげられる。この拡大画像は、未消去ランドそれぞれに対して、同一倍率（例えば２〜１０倍）の拡大画像を作成し、個々の画像に順番を付して第四メモリーに記録する。目視計数ステップにおいて、この順番にしたがって拡大画像が順次表示されるように構成されている。このような拡大画像を用いることにより、残存領域中の鋼材本数をより正確に目視計数することが可能になるので、この鋼材本数を入力装置８によってカウンターに追加計数する。入力装置８にはパソコンのキーボードやマウスを利用することができる。
【００３７】
図５は、本発明の他の実施例における計数手段の構成を示すブロック図である。この例では、画像処理手段は図４の構成（図中第１ステップと表示）に加えて、第２ステップの画像処理として、残存ランド特性解析手段（Ｍ−６）、残存ランド合否判定手段（Ｍ−７）及び残存ランド消去手段（Ｍ−８）を有している。各手段の操作の内容は、上記と同様に後述する。これら第１ステップ及び第２ステップの画像処理を終えた後、上記と同様に目視計数を行う。すなわち第三メモリーには、正常ランド及び残存ランドのうち合格と判定されたランドを消去した画像が記録されている。この消去画像と第一メモリーの原画像及び未消去ランドの拡大画像をディスプレイ７に表示し、観測員がこの拡大画像の残存領域に含まれる鋼材本数を目視で計数し、この領域中に存在する鋼材本数を入力装置８によってカウンターに追加計数する。
【００３８】
図６は、本発明の第二実施例である計数装置の構成を示す概要図である。この例では、計数装置は図１の構成に加えて、警報装置１４を備えている。警報装置１４は、目視計数前のカウンターの計数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発するよう構成されている。その際ディスプレイ７には、第一メモリーの原画像、第三メモリーの消去画像（正常ランド及び残存ランドを消去したもの）及び未消去領域の拡大画像が表示される。観測員は警報が発せられた場合のみ、ディスプレイ７を観察し、拡大画像の残存領域に存在する鋼材本数を目視計数して、入力装置８によりカウンターに追加計数する。
このように構成することにより、観測員は員数が不一致の場合（通常は１００〜１０００回に１回位）のみ、目視計数を行えばよく、その労力を大幅に軽減することができる。
【００３９】
図７は、本発明の第三実施例である計数装置の構成を示す概要図で、図７(ａ)はシャッターが閉状態の場合を示し、図７(ｂ)はシャッターが開状態の場合を示す。この装置は、第一実施例（図１）の構成に加えて、シャッター１５及びセンサ１６を備えていることが特徴である。シャッター１５は照明装置３の開口部６をカバーして、外部に照明光が漏洩しないようにするもので、電気信号で開閉するものを用いる。センサ１６は計数対象である鋼材束２の位置を検出するものである。
【００４０】
この例では、シャッター１５はセンサ１６の信号により開閉するように構成されている。すなわち図７(ａ)に示すように、コンベア１に載置された鋼材束２が所定の測定位置（開口部６の前方）に未だ到達していない時には、センサ１６は鋼材束２が無いことを表す信号をシャッター１５に送っており、この状態ではシャッター１５は閉状態で、開口部６は完全にカバーされ、照明光は外部に漏れない。次いで図７(ｂ)に示すように、鋼材束２が所定の測定位置に到達すると、センサ１６の信号により、シャッター１５は開状態になり、照明された鋼材束２の断面画像を、２次元撮像装置４で撮影することが可能になる。
このように構成することにより、照明装置に光が外部に漏れて、他の作業を妨害するという弊害を最小限にとどめることができる。
【００４１】
次ぎに、本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数方法について説明する。図８は、本発明の計数方法を説明するためのフロー図である。まず、原画像撮影ステップ（撮像ステップ；Ｓ−１）では２次元撮像装置例えばＣＣＤカメラにより、照明された鋼材断面画像を撮影して、これを第一メモリーに記録する。原画像は、モノクロ画像でもカラー画像でも良い。
次いで、画像処理の演算に必要な基準値を入力する（Ｓ−２）。この基準値には、正常ランドの面積（計数される鋼材単体の断面積）、外周長、隣接するランドの中心点（重心）間距離等があげられる。これらの数値の入力は、入力装置８（例えばキーボードや工場のＤＳＣ（プロコン）からの伝送信号）を用いて行うことができる。
【００４２】
次いで、２値化処理の閾値に関するデータを入力する（Ｓ−３）。初期閾値Ｋ0、下限閾値ＫL、閾値の変化幅ΔＫなどである。Ｋ0、ＫLは経験的に適正と思われる数値を用いても良い。しかし、適正値を予想することは必ずしも容易でないので、予め画像処理により算定することが好ましい。算定方法の一例として、第一メモリーの原画像において、各鋼材断面の画像に該当する部分及び鋼材間の隙間に該当する部分を特定し、これら両部分の所定範囲に含まれる画素の輝度の平均値を求め、この平均輝度を閾値として用いる方法があげられる。すなわち、鋼材断面部分（輝度が高い）の平均輝度を初期閾値Ｋ0とし、隙間部分（輝度が低い）平均輝度を下限閾値ＫLとし、閾値の変化幅ΔＫを両者の差の１／３〜１／１０程度とすればよい。
【００４３】
以上で画像処理の準備が終了する。次いで、まず処理対象の画像を取り込む（Ｓ−４）。最初は第一メモリーの原画像が処理対象であるが、繰り返し処理の２回目以降は、第三メモリーの消去画像を取り込んで処理を行う。
次いで閾値を決定する。最初は初期閾値Ｋ0を閾値とするが、２回目以降は閾値変更ステップ（Ｓ−５）の操作を行う。すなわち、Ｋi+1＝Ｋi−ΔＫとして算定し、これを閾値として２値化処理を行う。
２値化処理（Ｓ−６）ステップにおいて、原画像がモノクロ画像の場合は、各画素の輝度をそのまま用いて２値化処理を行えばよい。しかし、カラー画像の場合は、ＲＧＢ３色の輝度の平均値を用いる必要がある。本発明者の知見では、かかる平均輝度として、ＲＧＢ３色の輝度に鋼材の切断面が示す色調から求める重みを付けて平均した加重平均値を用いることが好ましい。
【００４４】
次いで、上記で得られた２値化画像において、鋼材単体の断面形状に相当する島状領域（ランド）の外縁を画定する。このランドのそれぞれについて、その特性値を解析する（ランド特性解析ステップ;Ｓ−７）。ランドの特性値としては少なくともその面積を含むことを要する。ランド面積が、ランドが鋼材断面を正常に示しているか否かを判断する指標として最も直接的なものであるからである。また、他のランド特性値として、各ランドの重心座標、隣接ランドの重心間距離、重心−外周間の最大距離（以下、最大半径という）及び外周長等があげられる。ランドの面積に加えて、これら特性値群の内の１種又は２種以上を選択して、正常ランドの認定に用いることができる。
【００４５】
次いで、この各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定する（正常ランド判定ステップＳ−８）。
これらランド特性解析ステップと正常ランド判定ステップの方法には、次ぎの２ケ−スが考えられる。
ケ−スＡ：ランド面積（及び上記の選択された特性値）が、鋼材本数１本での基 準値に所定誤差範囲内で合致するもののみを、正常ランドとして処理する。ケ−スＢ：ランド面積が鋼材本数１本の基準値に所定誤差範囲内で合致する場合 にこれを１個のランドとしてカウントし、かつ鋼材本数Ｎ本の面積の補正 された基準値（複数連結した場合の隙間部分の面積を補正したもの）に所 定誤差範囲内で合致する場合ににこれをＮ個のランドとしてカウントする。
【００４６】
ケ−スＡでは、ランドの像が連結している場合は正常ランドと認識されない。しかし、ケ−スＢではランドの像が連結している場合も、画像処理で計数されるため、後の目視計数の労力がより軽減されるという利点がある。しかし、この方法では、鋼材断面でない異物の映像、例えばコンベヤ部品の映像を鋼材断面と見做して誤計測する危険性がある。そのため、ケ−スＢの方法ではランドの特性値として、ランド面積に加えて、ランドの中心点（重心）と、このランドに最も近接するランドの重心とを求め、両重心間の距離が所定の範囲内にある場合のみ正常ランドと判定する手段をとることが望ましい。
【００４７】
次いで、上記のようにして正常ランドと判定されたランドを消去する（Ｓ−９）。正常ランドの消去は、このランドに含まれる全画素の輝度を明レベル（例えば輝度１）から暗レベル（（例えば輝度０）に変換してもよい。或いは、ランドの内部を明レベルにし、外縁を暗レベルにしてもよい。後者の場合は、正常ランドの丸抜き処理と見ることができる。正常ランドを消去した後の画像（消去画像）を第三メモリーに記録するとともに、消去したランドの数をカウンターに計上する。
【００４８】
下限閾値ＫLより小さいか否かを判定する。Ｋi＞ＫLのときは、(Ｓ−４)に戻り第三メモリーの消去画像を取り込むとともに、閾値の変更（Ｓ−５）を行い、その後、(Ｓ−６)から(Ｓ−６)の一連の操作を行って消去される正常ランドを追加し、消去後の画像を第三メモリーに上書きるとともに、消去した正常ランド数をカウンターに追加する。
【００４９】
このようにして、閾値を段階的に下げて正常ランドの消去を繰り返し、Ｋi≦ＫLになった時点で、画像処理を終了する。その後、第三メモリーの画像には、未消去領域（正常ランドとして消去されなかった部分）が点在するので、この未消去領域のそれぞれに拡大画像（例えば倍率２〜１０倍）を作成し、この拡大画像に順番を付して第四メモリーに記録する(Ｓ−１０)。
【００５０】
ここまでの画像処理を終えた後、目視計数ステップ(Ｓ−１１)に移行する。目視計数ステップでは、第一メモリーの原画像及び第三メモリーの消去画像をディスプレイに表示するとともに、これと並列に第四メモリーの拡大画像を順次ディスプレイに表示する。表示された拡大画像中に鋼材断面と判定される映像があるかないかを観測員が判定し、鋼材断面と判定される映像がある場合に、該当する鋼材本数を前記観測員がキーボードからカウンターに追加計上する。
これにより、本発明の計数方法の一連の手順が完了する。
【００５１】
本発明の第二実施例である計数装置（図６）を用いた場合には、計数装置は警報装置１４を備えており、目視計数ステップ前のカウンターの計数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合にのみ警報を発するよう構成されている。観測員は警報が発せられた場合のみ、目視計数ステップの操作を行えばよい。すなわち、拡大画像の残存領域に存在する鋼材本数を目視計数して、入力装置８によりカウンターに追加計数する。
【００５２】
通常１束中の鋼材の９５％程度以上は、画像処理により、消去されているので、未消去領域に存在する鋼材本数は数本〜十数本程度なため、観測者の労力も軽微であり、かつ計数ミスするおそれも全くない。
したがって、このような画像処理と目視計数を組み合わせた計数方法によれば、目視計測者の労力を著しく軽減し、かつ従来の画像解析では不可避とも言える計数ミスを完全に無くすることができる。
【００５３】
これまで説明したように、本発明は棒鋼又は線材を対象とするものであるが、本発明のコンセプトは、断面が異形の型鋼、例えば山形鋼、溝形鋼、Ｈ形鋼等の鋼材本数の計数に容易に適用し得るものである。
【実施例】
【００５４】
下記の２種の鋼材束に、本発明の方法を適用して鋼材本数の計数を行った。
鋼材束１：直径４０ｍｍφ丸棒鋼、１束中の鋼材本数８０本（符号Ｒ４０）
鋼材束２：直径１０ｍｍφ異形棒鋼、１束中の鋼材本数６００本（符号Ｄ１０）
鋼材束断面の画像撮影に用いた照明装置の形状・寸法を図９に示す。ランプボックスは、略正方形の箱状部１０ａと角錐台状の傾斜部１０ｂとからなり、前方中央に第１の開口部６と後方中央に第２の開口部１２が設けられている。ランプボックスの後方壁面近くに、ユニット光源９が８個配列されている。
【００５５】
本実施例では、ユニット光源９に各１５０Ｗの反射板付メタルハライドランプ（高色温度型、拡散型ワイド配光式）を用いた。ユニット光源の照射方向は略第１の開口部の方向とした。また、ランプボックスで拡散反射させるため、ランプボックスの内壁面全体を、耐熱黒色塗料（(株)カンペパピオ製テルモスプレー６００）で塗装した。
二次元撮像装置に用いたＣＣＤカメラは日立国際電気製で、モノクロ画像には型式ＫＰ−ＦＰ２００ＣＬ、カラー画像にはＫＰ−ＦＤ２０２ＧＶｌを用いた。画素数は、モノクロ、カラーともに１６８８（Ｗ）×１２４８（Ｖ）である。カメラ受光面から鋼材断面までの距離は２５０ｍｍとした。
【００５６】
(１)鋼材束１（Ｒ４０）の場合：
モノクロの原画像の例を図１０に示す。鋼材断面の部分は照明光を反射して白色になり、隙間部分は黒色になっている。まず、２値化処理の閾値は、原画像における各鋼材断面部分と鋼材間の隙間部分の平均輝度を求め、鋼材断面部分の平均輝度を初期閾値Ｋ0＝２００（相対値）、隙間部分の平均輝度を下限閾値ＫL＝５０とし、閾値の変化幅ΔＫ＝５０（相対値）として、図８のフロー図に示す操作を繰り返した。正常ランドか否かの判定は、ランド面積及び重心−外周間の最大距離（以下、最大半径という）が基準値の範囲に入るか否かで判定し、鋼材が１本の単離ランドと鋼材が２本の連結ランドについて、同時に正常ランド判定を行った。
【００５７】
図１１は本実施例における中間段階での処理画像の例を示す図で、図１１(ａ)は２値化図、図１１(ｂ)は１回消去処理後の図、図１１(ｃ)は４回消去処理後の図である。図１１(ａ)の２値化図は、輝度が閾値より高い部分を黒色に、閾値より低い部分を白色にした図になっている。図１１(ｂ)の１回処理図において、中央に黒丸が付されたランドが正常ランドと認定されたものを示す。
【００５８】
同様に、図１１(ｃ)の４回処理図において、外周が黒縁で内部が白抜きされたもの（消去処理）は第１〜３回の処理で正常ランドと認定されらたランド（消去ランド）を示し、中央に黒丸が付されたランド（この例では３個）は第４回の処理で正常ランドと認定され、追加計数されたランドを示している。
このようにして、正常ランドを計数した結果を表１に示す。消去鋼材数が計算回数の増加に伴って増加し、第４回の計算で実際の員数８０本が正しく計数されたことが知れる。
【００５９】
【表１】
【００６０】
(２)鋼材束２（Ｄ１０）の場合：
鋼材束１の場合と同様に閾値を変えて繰返し消去（白抜き）処理を行った。ただし、この場合は、初期閾値Ｋ0＝１２０（相対値）、下限閾値ＫL＝１５とし、ΔＫ＝３０（相対値）として、図８のフロー図に示す操作を繰り返した。鋼材束１の場合と同様に正常ランドか否かの判定は、ランド面積及び重心−外周間の最大距離（以下、最大半径という）が基準値の範囲に入るか否かで判定し、鋼材が１本の単離ランドと鋼材が２本の連結ランドについて、同時に正常ランド判定を行った。
【００６１】
このようにして、正常ランドを計数した結果を表２に示す。消去鋼材数が計算回数の増加に伴って増加し、第４回の計算で実際の員数６００本に対し、計数値が５９９本と１本少ない。この少ない部分は未消去領域の拡大図を観察することにより、目視計数で１本追加することができた。すなわち、小径・多本数の鋼材束でも、画像処理と目視計数を組み合わせることによって、正確に鋼材本数を計数しうることが明らかになった。
【００６２】
【表２】
【００６３】
次ぎに各種の鋼材束を多数回（生産束数７２〜２４５３）計数するに当たって、従来の自動計数法と本方式で計数した結果での、誤検出束数を評価した結果の例を表３に示す。表中鋼材種類の英文字Ｒは丸棒鋼、Ｄは異形棒鋼を表し、数字は鋼材１本の直径を表す。上から４段目の「自動計数誤検出束数」は、従来の自動計数法で全ての生産束数を計数したときの誤計数が生じた頻度を表す。
上から５段目の「自動認識率」は、本方式の画像処理段階での計数本数／結束本数×１００の比率を表し、７段目の「本方式での認識率」は（正しく計数された束数）／（生産束数）×１００の比率を表す。表３に見られるように、本発明の計数法により、以下なる鋼材種類においても、全く誤計数を生じることなく計数可能なことが確かめられた。
【００６４】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第一実施例である計数装置の構成を示す概要図である。
【図２】第一実施例における照明装置の詳細を示す断面図である。
【図３】撮像装置の適正な位置を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施例における計数手段の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の他の実施例における計数手段の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第二実施例である計数装置の構成を示す概要図である。
【図７】本発明の第三実施例である計数装置の構成を示す概要図である。
【図８】本発明の計数方法を説明するためのフロー図である。
【図９】本発明の実施例で用いた照明装置の形状・寸法を示す図である。
【図１０】本実施例における鋼材束１の断面画像の例を示す写真である。
【図１１】本実施例における中間段階での処理画像の例を示す写真である。
【符号の説明】
【００６６】
１；コンベア、２；鋼材束又は鋼材、３；照明装置、４；二次元撮像装置、５；演算装置、６；第１の開口部、７；ディスプレイ、８；入力装置、９；ユニット光源、１０；ランプボックス、１１；拡散反射層、１２；第２の開口部、１３；
ランプボックスの側壁面、１４；警報装置、１５；シャッター、１６；センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒鋼、線材等の鋼材を多数束ねて結束した鋼材束中に含まれる鋼材の本数を、画像解析により計数する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
棒鋼は運搬や貯蔵に際して、同一サイズのものを多数束ね、ベルトや針金で結束してハンドリングされることが多い。同様に線材も、太めのものは所定の長さに切断し、棒状に引き延ばして、棒鋼と同様に鋼材束としてハンドリングされる。 かかる棒鋼・線材の鋼材束は、１束中の鋼材本数が予め定められ、この予定本数（以下、「員数」という）に合致するように鋼材束が作られることが多い。しかし、１束中の鋼材本数が多いため、正確に員数どおりにすることは容易でなく、多少の増減がある場合が少くない。また、員数を定めず、鋼材数が予定より少ないことが分かっていながら鋼材束を作った場合には、１束中の鋼材本数は不明である。
そのため、生産や出荷の工程管理という観点から、鋼材束中の鋼材本数を正確に計数することが必要になっている。
【０００３】
鋼材束中の鋼材本数の計数方法は、目視により計数する方法（目視法）と鋼材束断面画像の画像解析による方法（画像解析法）が一般的である。しかし、目視法は、計数者の労力が過大であるにも拘らず、正確な計数が難しいという問題がある。すなわち、鋼材束１束中鋼材本数は、数十本〜数百本と非常に多いため、計数途中でカウント済のものと未カウントのものとの判別が難しくなり、カウント洩れやダブルカウントが発生しやすい。したがって、多本数の束を正確に計数することは至難の業と言える。
【０００４】
一方、画像解析法には、以下の問題がある。通常鋼材束の断面は、個々の鋼材の端部位置が不揃いで出っ張りや引っ込みが生じることが避けられない。そのため奥の方に引っ込んでいる鋼材は暗い陰になり、画像解析時に鋼材の存在の有無の判断が難しくなる。また、各鋼材の端部断面が傾斜していたり、左右又は上下で傾斜が異なっていたりした場合に、断面画像の輝度にバラツキを生じ、正常な鋼材断面でないと判断されてカウント洩れになるケ−スが出てくることが多い。
【０００５】
かかる画像解析の問題点を解決するには、鋼材束断面への照明や断面映像の撮影方法を改善するというアプローチと、画像解析の方法自体を改善するというアプローチが考えられる。
前者の照明や撮影方法の改善に関しては、すでにいくつかの提案がなされている。例えば下記特許文献１には、「鋼材束の軸方向と一致しない方向から散乱光を照射する棒鋼計数装置」が、特許文献２には、「鋼材束の軸方向と平行な光で照明する棒鋼計数装置」が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、本発明者の知見によれば、かかる照明や撮影方法の改善のみで、鋼材束の断面画像における各鋼材の輝度のバラツキを完全に無くすることは困難で、画像解析において、鋼材本数の計数値に誤差が生じることが避けられないことが知られた。
そこで本発明は、鋼材束断面の照明法や撮像方法を改善して輝度のバラツキをを軽減する手段を提供するとともに、画像解析の方法自体を改良して、断面像の輝度に多少のバラツキはあっても、鋼材本数を誤差無く計数できる画像解析の手段を提供することを課題としている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４０４３１号公報
【特許文献２】特開平１０−１４０４３２号公報
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数方法の第一は、
断面が同一形状の棒鋼又は線材を多数束ねて結束した鋼材束中の鋼材単体の本数を、その断面画像の画像解析により計数する方法であって、
前記鋼材束断面の正面中央付近の所定位置に設置された二次元撮像手段により、照明された該断面全体の画像を撮影して、この画像を第一のメモリーに記録する撮像ステップと、
この画像を所定の輝度レベルを初期閾値として２値化処理し、得られた２値化画像を第二のメモリーに記録する２値化処理ステップと、
前記２値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域（以下を「ランド」という）の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析ステップと、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定する正常ランド判定ステップと、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベル又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去し、正常ランドを消去した後の消去画像を第三のメモリーに記録する正常ランド消去処理ステップと、
消去された正常ランドの数を鋼材本数カウンターに計上する計数ステップと、
次いで、前記第三メモリーの消去画像その他必要な画像をディスプレイ上に表示して、未消去領域に存在する鋼材本数を目視観測により判定し、該鋼材本数を前記カウンターに追加計上する目視計数ステップとを有することを特徴とするものである。
【０００９】
上記の方法によれば、まず画像処理により、明瞭に鋼材断面の映像であると判定される部分を原画像から消去し、残存部分のみを目視判定で計数するため、観測者の労力が著しく軽減される。また、画像処理で鋼材断面の映像であるか否か判定の難しい部分は目視判定で計数するため、計数の精度が飛躍的に向上するという利点が得られる。
【００１０】
上記の第一発明の計数方法においては、前記撮像ステップにおいて、光源ボックスの内壁面での反射により生じた拡散反射光をその開口部から照射する拡散反射光照射手段により、前記鋼材断面の照明を行うことが好ましい。
これにより、鋼材断面に影が生じるのを防止し、各鋼材の輝度のバラツキを軽減して、画像処理により好適な断面画像を得ることができる。
【００１１】
また、上記の第一発明の計数方法においては、前記目視計数ステップの操作に先立って、前記第三メモリーの正常ランド消去後の画像に対して、前記２値化処理ステップにおける閾値の輝度レベルを、前記初期閾値から所定幅で段階的に下げて、前記の２値化処理ステップ、ランド特性解析ステップ、正常ランド判定ステッップ、正常ランド消去処理ステップ、計数ステップまでの一連の操作を、前記閾値が所定の下限閾値に達するまで繰り返し行った後、前記目視計数ステップの操作を行うことが好ましい。
２値化処理画像は閾値の輝度レベルによって微妙に変化するため、この閾値の選択によって、正常ランドと判定される鋼材数が大幅に左右される。適正な閾値の選択は、予測が難しいので、高めの輝度レベルから、閾値を段階的に下げて、
正常ランドの消去処理を繰り返すことにより、試行的に適正レベルにすることができ、消去される正常ランド数を最大にすることができる。
【００１２】
また、上記の第一発明の計数方法においては、前記第一メモリーの原画像において、各鋼材断面の画像に該当する部分及び鋼材間の隙間に該当する部分を特定し、これら両部分の所定範囲に含まれる画素の輝度の平均値を求め、これにより得られた鋼材断面部分の平均輝度を前記初期閾値とするとともに、前記隙間部分の平均輝度を前記下限閾値として、上記の繰り返し操作を行ってもよい。
【００１３】
また、上記の第一発明の計数方法は、前記ランド特性解析ステップにおいて、前記ランドの面積に加えて、各ランドの重心座標、重心−外周間の最大距離（以下、最大半径という）及び外周長からなるランド特性値の群より選ばれた１種又は２種以上をランド特性値として求め、前記正常ランド判定ステップにおいて、各ランドの面積に加えて、前記の選ばれた特性値の全てについて、これらの特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定するものであってもよい。
【００１４】
また、上記の第一発明の計数方法においては、前記目視計数ステップに先立って、前記第三メモリーの消去画像について、未消去領域に残存する各ランド（以下、残存ランドという）の面積が前記基準値に所定の係数をかけた補正基準値の整数倍（１倍を含む）に、所定の誤差範囲内で合致するか否かを判定し、かつ該残存ランドの重心位置と、該重心位置に最も近接する隣接ランドの重心位置とを特定して、両重心位置間距離を算定し、
その面積が前記補正基準値の整数Ｎ倍に合致し、かつ前記重心位置間距離が所定の範囲内である場合に、該残存ランド画像を消去して、消去後の画像を前記第三メモリーに上書きするとともに、前記カウンターに前記整数Ｎの値を加え、その後前記目視計数ステップの操作を行ってもよい。
【００１５】
また、上記の第一発明の計数方法においては、未消去の残存ランドの全てについて、個別に所定倍率の拡大画像を作成して、これらの拡大画像を第四のメモリーに記録して、該拡大画像を順次ディスプレイに表示し得るように構成されていることが好ましい。
これにより、目視計数ステップでのより正確な計数が可能になる。
【００１６】
また、上記の第一発明の計数方法においては、前記目視計数ステップにおいて、前記第一メモリーの原画像及び前記第三メモリーの消去画像をディスプレイに表示するとともに、これと並列に前記第四メモリーの拡大画像を順次ディスプレイに表示して、表示された拡大画像中に鋼材断面と判定される映像があるかないかを観測員が判定し、鋼材断面と判定される映像がある場合に、該当する鋼材本数を前記観測員がキーボードから前記カウンターに追加計上し得るように構成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数方法の第二は、
前記計数ステップまでの操作を実施した後、前記カウンターの計数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発し、該警報が発せられた場合にのみ、観測員が前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とするものである。
これにより、画像解析による計数値が所定の員数値と一致しない場合にのみ、観測員は目視計数を行えばよく、観測員の労力を顕著に軽減することができる。
【００１８】
本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数装置の第一は、
上記のいずれかの計数方法を実施するための装置であって
鋼材束断面の全面を照明する照明手段と、
前記鋼材束の正面中央付近の所定位置に設置された二次元モノクロ画像の撮像手段と、
前記モノクロ画像を記録する第一のメモリーと、
この画像を所定の明度レベルを閾値として２値化処理して２値化画像を得る２値化処理手段と、
該２値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域（以下、「ランド」という）の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析手段と、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定するする正常ランド認定手段と、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベルに又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去する正常ランド消去処理手段と、
前記２値化画像、前記正常ランド消去後の原画像及び未消去の前記残存ランドの拡大画像を記録する第二、第三及び第四のメモリーと、
消去された前記正常ランドの数及び目視計数された鋼材本数を計数するカウンターと、
目視計数された鋼材本数を前記カウンターに入力する入力手段と、
前記第一〜第四メモリーいずれかの１以上の画像を表示するディスプレイと、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
上記第一発明の装置において、前記照明手段は、光源ボックスの内壁面で生じた拡散反射光をその開口部から照射する拡散反射光照射手段であることが好ましい。
【００２０】
本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数装置の第二は、
上記第一発明の装置の構成に加えて、前記カウンターの係数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発する警報手段を備えたことを特徴とするものでである。
【００２１】
上記第一発明又は第二発明の装置において、
前記拡散反射光照射手段は、一端に所定大きさの開口部を有し、この開口部以外の全内壁面が拡散反射材料で被覆された箱状のランプハウスと、該ランプハウスの軸心周辺を除いた任意の位置に配列され、広角度に照明光を放射する複数のユニット光源とからなり、
かつ前記撮像手段が、前記開口部の中央を通過する前記ランプボックスの軸心上の前記対向壁面付近、又は該軸心上の前記対向壁面に設けられた第二の開口部の背後に近接して配置されていることが好ましい。
【００２２】
上記第一発明又は第二発明の装置において、
前記撮像手段は、そのレンズ面と前記鋼材束の断面との距離Ｌが下式の関係を満たすように設置されていることが好ましい。
Ｌ＞３ｄｌ×Ｗ／２Ｄ
ここで、Ｌ：撮像手段のレンズ面と鋼材束断面との距離
ｄｌ：隣接する鋼材間の断面段差の最大値
Ｗ：鋼材束の直径又は最大径
Ｄ：鋼材単体の直径又は最大径
【００２３】
また、前記ランプボックスの開口部の前に、その全面を遮光しかつ電気信号で開閉するシャッターが設けられていることが好ましい。
【００２４】
さらに、前記シャッター前方において、計数対象である鋼材束の位置を検出するセンサーを設置し、該位置センサーの情報により、前記鋼材束が所定の位置にあると判断された場合にのみ、前記シャッターが開状態になるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の計数方法及び計数装置は、画像解析と目視計測を組み合わせて、鋼材束中の鋼材本数を簡便かつ正確に計数することを可能にしたものである。本発明の方法によれば、目視計測者の労力を著しく軽減し、かつ従来の画像解析では不可避とも言える計数ミスを完全に無くすることができる。
また、本発明に内蔵される照明方法及び撮像方法を用いれば、鋼材束断面映像に視野欠け部分、影になった暗部や断面の明るさのバラツキが生じるのを防ぐことができ、これにより画像解析の精度を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
まず、本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数装置について説明する。図１は、本発明の第一実施例である計数装置の構成を示す概要図である。この例では、計数装置はコンベア１に載置された鋼材束２の断面を照明する照明装置３、２次元撮像装置４、演算装置５、ディスプレイ７及び入力装置８等からなっている。照明装置３については後述する。本実施例においては、２次元撮像装置４にはＣＣＤカメラが用いられ、鋼材束断面のモノクロ画像又はカラー画像を撮影する。演算装置５には、通常はパソコンが用いられる。演算装置５には、画像処理手段、画像等を記録するメモリー、鋼材本数を計数するカウンター等が内蔵されている。
【００２７】
照明装置３には、光源ボックスの内壁面で生じた拡散反射光をその開口部から照射する手段（本発明においては「拡散反射光照射装置」という）を用いることが好ましい。拡散反射は乱反射と同義で、入射光が特定の方向に反射されるのでは無く、反射光が広い角度範囲に分布する反射態様である。反射光は光源ボックス内で複数回拡散反射を繰り返した後、開口部から出射される。したがって、拡散反射光照射装置から照射される照明光は、光束の方向が殆どあらゆる方位に分布した光が重ね合わされたものと解することができる。
【００２８】
かかる拡散反射光照明の効果を簡単に説明すると以下の如くなる。鋼材束断面において、一部の鋼材が他の鋼材に対して引っ込んだ位置にある場合、鋼材の軸に対して傾斜した１方向のみから照明すれば、凹部の内側及び底部に影が生じる。しかし、この照明灯と反対側に傾斜した光源から同時に照明すれば、上述の影は消えることになる。したがって、照射方向の互いに異なる多数の光束が重ね合わされた拡散反射光を被照射面に照射すれば、どのような凹所にも影が生じることが無い。
【００２９】
また、影を生じさせないという目的のみであれば、鋼材の軸に平行な光（以下、平行光という）で照明することも考えられる。しかし、平行光による照明では、鋼材断面の反射による明るさが一様になりにくいという問題がある。すなわち、各鋼材の断面が軸方向に対して直角な場合は、反射光は軸方向に出射しカメラに入射する。これに対し、断面が直角でなく斜めに傾いている場合には、反射光は斜めに出射しカメラに入射しない。そのため、平行光による照明では、各鋼材断面の傾斜により明暗が生じ、これが画像解析の精度を下げる原因となることが多い。
【００３０】
これに対して前述した拡散反射光照明によれば、鋼材断面の傾斜角にバラツキがあっても、鋼材断面の反射が一様になり易い。すなわち、拡散反射光の場合は多数の方向からの照明光が重畳して入射するため、どの方向へも反射することになり、鋼材断面の傾斜角が異なっていても、カメラに入射する反射光の明るさはほぼ一様になる。このように、鋼材断面の傾斜にバラツキがあっても、その明るさが一様になることは、画像解析の精度を高める上で、きわめて重要な要因である。
【００３１】
図２は、上記の実施例における照明装置の詳細を示す断面図である。この照明装置は、その内部に複数のユニット光源９を有する箱状のランプボックス１０からなっている。ランプボックス１０の前面（鋼材束側）に第一の開口部６と、背面（鋼材束と反対側）に第二の開口部１２が設けられている以外は、密封状態になっている。第一の開口部６は鋼材束２の直径と同程度かこれよりやや大きい必要があり、第二の開口部１２は撮像装置４の受光面よりやや大きい程度であれば良い。
ランプボックス１０の全内壁面には拡散反射層１１が形成されている。拡散反射層１１は、一般にはつや消し塗料を塗布することによって形成することができる。
【００３２】
ランプボックス１０の内部には多数のユニット光源９が配置されている。ユニット光源は、ランプボックス１０の軸心周囲（例えば図２の破線内側の円筒状の部分）を除外して、任意の位置に配列すればよい。軸心周囲を外すのは鋼材断面の映像撮影の邪魔にならないようにするためである。また、ユニット光源からの出射光の方向はとくに限定する必要は無く、ランプボックス１０の内壁面又は前方開口部の任意の方向に出射するものでよい。光源の種類もとくに限定する必要はないが、ある程度広角に出射するものが好ましい。ユニット光源９からの照射光の大部分は、側壁面１３等で多数回拡散反射を繰り返したのち開口部６から放射され、拡散反射光となって鋼材束２の断面を照明する。
【００３３】
本発明において撮像装置４は、開口部６の中央を通過するランプボックス１０の軸心上付近に設置される。撮像装置４の位置は第二の開口部１２の前方（ランプボックス１０の内部）であっても、後方であっても良い。
ただし、撮像装置４は、その受光面（レンズ面）と鋼材束２の断面との距離Ｌが下式の関係を満たすように設置されていることが好ましい。
Ｌ＞３ｄｌ×Ｗ／２Ｄ ……………(１)
ここで、Ｌ：撮像手段の受光面と鋼材束断面との距離
ｄｌ：隣接する鋼材間の断面段差の最大値
Ｗ：鋼材束の直径又は最大径
Ｄ：鋼材単体の直径又は最大径
【００３４】
以下、撮像装置の適正な位置として(１)式の関係が好ましい理由を図３を用いて説明する。
鋼材束中の鋼材は、出っ張っているものと引っ込んでいるもので段差がある。図３にみるように鋼材２ａと鋼材２ｂの段差（最大値）をｄｌとする。鋼材束の周縁付近にこのような段差があると、鋼材２ｂの断面の一部の幅δの部分は、鋼材２ａに遮られて画像が得られないことになる。このような画像の欠損は、画像解析による計数の精度を損なうおそれがある。本発明者の知見によれば、上記のδが鋼材単体の直径Ｄの１／３以下であば、とくに支障が無いことが知れている。
幾何学的な関係から、撮像手段の受光面と鋼材束断面との距離をＬ、鋼材束の直径をＷとすると、下記の関係が成り立つ。
Ｌ／（Ｗ／２）＝ ｄｌ／δ ………(１)
これよりδ＜Ｄ／３にするには、(１)式の関係が必要なことが知れる。
【００３５】
鋼材本数の計数は、演算装置５の画像処理手段とディスプレイに表示された画像を観測員が目視観察する目視計数の組み合わせによって行われる。図４は、本発明の一実施例における計数手段の構成を示すブロック図である。この例では、画像処理手段は２値化処理手段（Ｍ−２）、ランド特性解析手段（Ｍ−３）、正常ランド判定手段（Ｍ−４）及び正常ランド消去手段（Ｍ−５）から構成されている。各手段の操作の内容は、計数方法の説明において後述する。
【００３６】
一方、目視計数は、画像処理の一連のステップを終えた後に、正常ランドを消去した第三メモリーの画像及びその他の必要な画像をディスプレイ７に表示し、観測員が未消去の残存領域に含まれる鋼材本数を目視で計数することによって行う。
その他の必要な画像としては、第一メモリーの原画像及び未消去ランドの拡大画像があげられる。この拡大画像は、未消去ランドそれぞれに対して、同一倍率（例えば２〜１０倍）の拡大画像を作成し、個々の画像に順番を付して第四メモリーに記録する。目視計数ステップにおいて、この順番にしたがって拡大画像が順次表示されるように構成されている。このような拡大画像を用いることにより、残存領域中の鋼材本数をより正確に目視計数することが可能になるので、この鋼材本数を入力装置８によってカウンターに追加計数する。入力装置８にはパソコンのキーボードやマウスを利用することができる。
【００３７】
図５は、本発明の他の実施例における計数手段の構成を示すブロック図である。この例では、画像処理手段は図４の構成（図中第１ステップと表示）に加えて、第２ステップの画像処理として、残存ランド特性解析手段（Ｍ−６）、残存ランド合否判定手段（Ｍ−７）及び残存ランド消去手段（Ｍ−８）を有している。各手段の操作の内容は、上記と同様に後述する。これら第１ステップ及び第２ステップの画像処理を終えた後、上記と同様に目視計数を行う。すなわち第三メモリーには、正常ランド及び残存ランドのうち合格と判定されたランドを消去した画像が記録されている。この消去画像と第一メモリーの原画像及び未消去ランドの拡大画像をディスプレイ７に表示し、観測員がこの拡大画像の残存領域に含まれる鋼材本数を目視で計数し、この領域中に存在する鋼材本数を入力装置８によってカウンターに追加計数する。
【００３８】
図６は、本発明の第二実施例である計数装置の構成を示す概要図である。この例では、計数装置は図１の構成に加えて、警報装置１４を備えている。警報装置１４は、目視計数前のカウンターの計数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発するよう構成されている。その際ディスプレイ７には、第一メモリーの原画像、第三メモリーの消去画像（正常ランド及び残存ランドを消去したもの）及び未消去領域の拡大画像が表示される。観測員は警報が発せられた場合のみ、ディスプレイ７を観察し、拡大画像の残存領域に存在する鋼材本数を目視計数して、入力装置８によりカウンターに追加計数する。
このように構成することにより、観測員は員数が不一致の場合（通常は１００〜１０００回に１回位）のみ、目視計数を行えばよく、その労力を大幅に軽減することができる。
【００３９】
図７は、本発明の第三実施例である計数装置の構成を示す概要図で、図７(ａ)はシャッターが閉状態の場合を示し、図７(ｂ)はシャッターが開状態の場合を示す。この装置は、第一実施例（図１）の構成に加えて、シャッター１５及びセンサ１６を備えていることが特徴である。シャッター１５は照明装置３の開口部６をカバーして、外部に照明光が漏洩しないようにするもので、電気信号で開閉するものを用いる。センサ１６は計数対象である鋼材束２の位置を検出するものである。
【００４０】
この例では、シャッター１５はセンサ１６の信号により開閉するように構成されている。すなわち図７(ａ)に示すように、コンベア１に載置された鋼材束２が所定の測定位置（開口部６の前方）に未だ到達していない時には、センサ１６は鋼材束２が無いことを表す信号をシャッター１５に送っており、この状態ではシャッター１５は閉状態で、開口部６は完全にカバーされ、照明光は外部に漏れない。次いで図７(ｂ)に示すように、鋼材束２が所定の測定位置に到達すると、センサ１６の信号により、シャッター１５は開状態になり、照明された鋼材束２の断面画像を、２次元撮像装置４で撮影することが可能になる。
このように構成することにより、照明装置に光が外部に漏れて、他の作業を妨害するという弊害を最小限にとどめることができる。
【００４１】
次ぎに、本発明の鋼材束中の鋼材本数の計数方法について説明する。図８は、本発明の計数方法を説明するためのフロー図である。まず、原画像撮影ステップ（撮像ステップ；Ｓ−１）では２次元撮像装置例えばＣＣＤカメラにより、照明された鋼材断面画像を撮影して、これを第一メモリーに記録する。原画像は、モノクロ画像でもカラー画像でも良い。
次いで、画像処理の演算に必要な基準値を入力する（Ｓ−２）。この基準値には、正常ランドの面積（計数される鋼材単体の断面積）、外周長、隣接するランドの中心点（重心）間距離等があげられる。これらの数値の入力は、入力装置８（例えばキーボードや工場のＤＳＣ（プロコン）からの伝送信号）を用いて行うことができる。
【００４２】
次いで、２値化処理の閾値に関するデータを入力する（Ｓ−３）。初期閾値Ｋ0、下限閾値ＫL、閾値の変化幅ΔＫなどである。Ｋ0、ＫLは経験的に適正と思われる数値を用いても良い。しかし、適正値を予想することは必ずしも容易でないので、予め画像処理により算定することが好ましい。算定方法の一例として、第一メモリーの原画像において、各鋼材断面の画像に該当する部分及び鋼材間の隙間に該当する部分を特定し、これら両部分の所定範囲に含まれる画素の輝度の平均値を求め、この平均輝度を閾値として用いる方法があげられる。すなわち、鋼材断面部分（輝度が高い）の平均輝度を初期閾値Ｋ0とし、隙間部分（輝度が低い）平均輝度を下限閾値ＫLとし、閾値の変化幅ΔＫを両者の差の１／３〜１／１０程度とすればよい。
【００４３】
以上で画像処理の準備が終了する。次いで、まず処理対象の画像を取り込む（Ｓ−４）。最初は第一メモリーの原画像が処理対象であるが、繰り返し処理の２回目以降は、第三メモリーの消去画像を取り込んで処理を行う。
次いで閾値を決定する。最初は初期閾値Ｋ0を閾値とするが、２回目以降は閾値変更ステップ（Ｓ−５）の操作を行う。すなわち、Ｋi+1＝Ｋi−ΔＫとして算定し、これを閾値として２値化処理を行う。
２値化処理（Ｓ−６）ステップにおいて、原画像がモノクロ画像の場合は、各画素の輝度をそのまま用いて２値化処理を行えばよい。しかし、カラー画像の場合は、ＲＧＢ３色の輝度の平均値を用いる必要がある。本発明者の知見では、かかる平均輝度として、ＲＧＢ３色の輝度に鋼材の切断面が示す色調から求める重みを付けて平均した加重平均値を用いることが好ましい。
【００４４】
次いで、上記で得られた２値化画像において、鋼材単体の断面形状に相当する島状領域（ランド）の外縁を画定する。このランドのそれぞれについて、その特性値を解析する（ランド特性解析ステップ;Ｓ−７）。ランドの特性値としては少なくともその面積を含むことを要する。ランド面積が、ランドが鋼材断面を正常に示しているか否かを判断する指標として最も直接的なものであるからである。また、他のランド特性値として、各ランドの重心座標、隣接ランドの重心間距離、重心−外周間の最大距離（以下、最大半径という）及び外周長等があげられる。ランドの面積に加えて、これら特性値群の内の１種又は２種以上を選択して、正常ランドの認定に用いることができる。
【００４５】
次いで、この各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定する（正常ランド判定ステップＳ−８）。
これらランド特性解析ステップと正常ランド判定ステップの方法には、次ぎの２ケ−スが考えられる。
ケ−スＡ：ランド面積（及び上記の選択された特性値）が、鋼材本数１本での基 準値に所定誤差範囲内で合致するもののみを、正常ランドとして処理する。ケ−スＢ：ランド面積が鋼材本数１本の基準値に所定誤差範囲内で合致する場合 にこれを１個のランドとしてカウントし、かつ鋼材本数Ｎ本の面積の補正 された基準値（複数連結した場合の隙間部分の面積を補正したもの）に所 定誤差範囲内で合致する場合ににこれをＮ個のランドとしてカウントする。
【００４６】
ケ−スＡでは、ランドの像が連結している場合は正常ランドと認識されない。しかし、ケ−スＢではランドの像が連結している場合も、画像処理で計数されるため、後の目視計数の労力がより軽減されるという利点がある。しかし、この方法では、鋼材断面でない異物の映像、例えばコンベヤ部品の映像を鋼材断面と見做して誤計測する危険性がある。そのため、ケ−スＢの方法ではランドの特性値として、ランド面積に加えて、ランドの中心点（重心）と、このランドに最も近接するランドの重心とを求め、両重心間の距離が所定の範囲内にある場合のみ正常ランドと判定する手段をとることが望ましい。
【００４７】
次いで、上記のようにして正常ランドと判定されたランドを消去する（Ｓ−９）。正常ランドの消去は、このランドに含まれる全画素の輝度を明レベル（例えば輝度１）から暗レベル（（例えば輝度０）に変換してもよい。或いは、ランドの内部を明レベルにし、外縁を暗レベルにしてもよい。後者の場合は、正常ランドの丸抜き処理と見ることができる。正常ランドを消去した後の画像（消去画像）を第三メモリーに記録するとともに、消去したランドの数をカウンターに計上する。
【００４８】
下限閾値ＫLより小さいか否かを判定する。Ｋi＞ＫLのときは、(Ｓ−４)に戻り第三メモリーの消去画像を取り込むとともに、閾値の変更（Ｓ−５）を行い、その後、(Ｓ−６)から(Ｓ−６)の一連の操作を行って消去される正常ランドを追加し、消去後の画像を第三メモリーに上書きるとともに、消去した正常ランド数をカウンターに追加する。
【００４９】
このようにして、閾値を段階的に下げて正常ランドの消去を繰り返し、Ｋi≦ＫLになった時点で、画像処理を終了する。その後、第三メモリーの画像には、未消去領域（正常ランドとして消去されなかった部分）が点在するので、この未消去領域のそれぞれに拡大画像（例えば倍率２〜１０倍）を作成し、この拡大画像に順番を付して第四メモリーに記録する(Ｓ−１０)。
【００５０】
ここまでの画像処理を終えた後、目視計数ステップ(Ｓ−１１)に移行する。目視計数ステップでは、第一メモリーの原画像及び第三メモリーの消去画像をディスプレイに表示するとともに、これと並列に第四メモリーの拡大画像を順次ディスプレイに表示する。表示された拡大画像中に鋼材断面と判定される映像があるかないかを観測員が判定し、鋼材断面と判定される映像がある場合に、該当する鋼材本数を前記観測員がキーボードからカウンターに追加計上する。
これにより、本発明の計数方法の一連の手順が完了する。
【００５１】
本発明の第二実施例である計数装置（図６）を用いた場合には、計数装置は警報装置１４を備えており、目視計数ステップ前のカウンターの計数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合にのみ警報を発するよう構成されている。観測員は警報が発せられた場合のみ、目視計数ステップの操作を行えばよい。すなわち、拡大画像の残存領域に存在する鋼材本数を目視計数して、入力装置８によりカウンターに追加計数する。
【００５２】
通常１束中の鋼材の９５％程度以上は、画像処理により、消去されているので、未消去領域に存在する鋼材本数は数本〜十数本程度なため、観測者の労力も軽微であり、かつ計数ミスするおそれも全くない。
したがって、このような画像処理と目視計数を組み合わせた計数方法によれば、目視計測者の労力を著しく軽減し、かつ従来の画像解析では不可避とも言える計数ミスを完全に無くすることができる。
【００５３】
これまで説明したように、本発明は棒鋼又は線材を対象とするものであるが、本発明のコンセプトは、断面が異形の型鋼、例えば山形鋼、溝形鋼、Ｈ形鋼等の鋼材本数の計数に容易に適用し得るものである。
【実施例】
【００５４】
下記の２種の鋼材束に、本発明の方法を適用して鋼材本数の計数を行った。
鋼材束１：直径４０ｍｍφ丸棒鋼、１束中の鋼材本数８０本（符号Ｒ４０）
鋼材束２：直径１０ｍｍφ異形棒鋼、１束中の鋼材本数６００本（符号Ｄ１０）
鋼材束断面の画像撮影に用いた照明装置の形状・寸法を図９に示す。ランプボックスは、略正方形の箱状部１０ａと角錐台状の傾斜部１０ｂとからなり、前方中央に第１の開口部６と後方中央に第２の開口部１２が設けられている。ランプボックスの後方壁面近くに、ユニット光源９が８個配列されている。
【００５５】
本実施例では、ユニット光源９に各１５０Ｗの反射板付メタルハライドランプ（高色温度型、拡散型ワイド配光式）を用いた。ユニット光源の照射方向は略第１の開口部の方向とした。また、ランプボックスで拡散反射させるため、ランプボックスの内壁面全体を、耐熱黒色塗料（(株)カンペパピオ製テルモスプレー６００）で塗装した。
二次元撮像装置に用いたＣＣＤカメラは日立国際電気製で、モノクロ画像には型式ＫＰ−ＦＰ２００ＣＬ、カラー画像にはＫＰ−ＦＤ２０２ＧＶｌを用いた。画素数は、モノクロ、カラーともに１６８８（Ｗ）×１２４８（Ｖ）である。カメラ受光面から鋼材断面までの距離は２５０ｍｍとした。
【００５６】
(１)鋼材束１（Ｒ４０）の場合：
モノクロの原画像の例を図１０に示す。鋼材断面の部分は照明光を反射して白色になり、隙間部分は黒色になっている。まず、２値化処理の閾値は、原画像における各鋼材断面部分と鋼材間の隙間部分の平均輝度を求め、鋼材断面部分の平均輝度を初期閾値Ｋ0＝２００（相対値）、隙間部分の平均輝度を下限閾値ＫL＝５０とし、閾値の変化幅ΔＫ＝５０（相対値）として、図８のフロー図に示す操作を繰り返した。正常ランドか否かの判定は、ランド面積及び重心−外周間の最大距離（以下、最大半径という）が基準値の範囲に入るか否かで判定し、鋼材が１本の単離ランドと鋼材が２本の連結ランドについて、同時に正常ランド判定を行った。
【００５７】
図１１は本実施例における中間段階での処理画像の例を示す図で、図１１(ａ)は２値化図、図１１(ｂ)は１回消去処理後の図、図１１(ｃ)は４回消去処理後の図である。図１１(ａ)の２値化図は、輝度が閾値より高い部分を黒色に、閾値より低い部分を白色にした図になっている。図１１(ｂ)の１回処理図において、中央に黒丸が付されたランドが正常ランドと認定されたものを示す。
【００５８】
同様に、図１１(ｃ)の４回処理図において、外周が黒縁で内部が白抜きされたもの（消去処理）は第１〜３回の処理で正常ランドと認定されらたランド（消去ランド）を示し、中央に黒丸が付されたランド（この例では３個）は第４回の処理で正常ランドと認定され、追加計数されたランドを示している。
このようにして、正常ランドを計数した結果を表１に示す。消去鋼材数が計算回数の増加に伴って増加し、第４回の計算で実際の員数８０本が正しく計数されたことが知れる。
【００５９】
【表１】
【００６０】
(２)鋼材束２（Ｄ１０）の場合：
鋼材束１の場合と同様に閾値を変えて繰返し消去（白抜き）処理を行った。ただし、この場合は、初期閾値Ｋ0＝１２０（相対値）、下限閾値ＫL＝１５とし、ΔＫ＝３０（相対値）として、図８のフロー図に示す操作を繰り返した。鋼材束１の場合と同様に正常ランドか否かの判定は、ランド面積及び重心−外周間の最大距離（以下、最大半径という）が基準値の範囲に入るか否かで判定し、鋼材が１本の単離ランドと鋼材が２本の連結ランドについて、同時に正常ランド判定を行った。
【００６１】
このようにして、正常ランドを計数した結果を表２に示す。消去鋼材数が計算回数の増加に伴って増加し、第４回の計算で実際の員数６００本に対し、計数値が５９９本と１本少ない。この少ない部分は未消去領域の拡大図を観察することにより、目視計数で１本追加することができた。すなわち、小径・多本数の鋼材束でも、画像処理と目視計数を組み合わせることによって、正確に鋼材本数を計数しうることが明らかになった。
【００６２】
【表２】
【００６３】
次ぎに各種の鋼材束を多数回（生産束数７２〜２４５３）計数するに当たって、従来の自動計数法と本方式で計数した結果での、誤検出束数を評価した結果の例を表３に示す。表中鋼材種類の英文字Ｒは丸棒鋼、Ｄは異形棒鋼を表し、数字は鋼材１本の直径を表す。上から４段目の「自動計数誤検出束数」は、従来の自動計数法で全ての生産束数を計数したときの誤計数が生じた頻度を表す。
上から５段目の「自動認識率」は、本方式の画像処理段階での計数本数／結束本数×１００の比率を表し、７段目の「本方式での認識率」は（正しく計数された束数）／（生産束数）×１００の比率を表す。表３に見られるように、本発明の計数法により、以下なる鋼材種類においても、全く誤計数を生じることなく計数可能なことが確かめられた。
【００６４】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第一実施例である計数装置の構成を示す概要図である。
【図２】第一実施例における照明装置の詳細を示す断面図である。
【図３】撮像装置の適正な位置を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施例における計数手段の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の他の実施例における計数手段の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第二実施例である計数装置の構成を示す概要図である。
【図７】本発明の第三実施例である計数装置の構成を示す概要図である。
【図８】本発明の計数方法を説明するためのフロー図である。
【図９】本発明の実施例で用いた照明装置の形状・寸法を示す図である。
【図１０】本実施例における鋼材束１の断面画像の例を示す写真である。
【図１１】本実施例における中間段階での処理画像の例を示す写真である。
【符号の説明】
【００６６】
１；コンベア、２；鋼材束又は鋼材、３；照明装置、４；二次元撮像装置、５；演算装置、６；第１の開口部、７；ディスプレイ、８；入力装置、９；ユニット光源、１０；ランプボックス、１１；拡散反射層、１２；第２の開口部、１３；
ランプボックスの側壁面、１４；警報装置、１５；シャッター、１６；センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が同一形状の棒鋼又は線材を多数束ねて結束した鋼材束中の鋼材単体の本数を、その断面画像の画像解析により計数する方法であって、
前記鋼材束断面の正面中央付近の所定位置に設置された二次元撮像手段により、照明された該断面全体の画像を撮影して、この画像を第一のメモリーに記録する撮像ステップと、
この画像を所定の輝度レベルを初期閾値として２値化処理し、得られた２値化画像を第二のメモリーに記録する２値化処理ステップと、
前記２値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域（以下「ランド」という）の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析ステップと、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定する正常ランド判定ステップと、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベル又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去し、正常ランドを消去した後の消去画像を第三のメモリーに記録する正常ランド消去処理ステップと、
消去された正常ランドの数を鋼材本数カウンターに計上する計数ステップと、
次いで、前記第三メモリーの消去画像その他必要な画像をディスプレイ上に表示して、未消去領域に存在する鋼材本数を目視観測により判定し、該鋼材本数を前記カウンターに追加計上する目視計数ステップと
を有することを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項２】
前記撮像ステップにおいて、光源ボックスの内壁面での反射により生じた拡散反射光をその開口部から照射する拡散反射光照射手段により、前記鋼材断面の照明を行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項３】
前記第三メモリー記録された正常ランド消去後の画像について、前記２値化処理ステップにおける閾値の輝度レベルを、前記初期閾値から所定幅で段階的に下げて前記の２値化処理ステップ、ランド特性解析ステップ、正常ランド判定ステッップ、正常ランド消去処理ステップ、計数ステップまで一連の操作を、前記閾値が所定の下限閾値に達するまで繰り返し行った後、前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項４】
前記第一メモリーの原画像において、各鋼材断面の画像に該当する部分及び鋼材間の隙間に該当する部分を特定し、これら両部分の所定範囲に含まれる画素の輝度の平均値を求め、これにより得られた鋼材断面部分の平均輝度を前記初期閾値とするとともに、前記隙間部分の平均輝度を前記下限閾値として、請求項３記載の操作を行うことを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項５】
前記ランド特性解析ステップにおいて、前記ランドの面積に加えて、各ランドの重心座標、隣接するランド重心間距離、重心−外周間の最大距離（以下、最大半径という）及び外周長からなるランド特性値の群より選ばれた１種又は２種以上をランド特性値として求め、前記正常ランド判定ステップにおいて、各ランドの面積に加えて、前記の選ばれた特性値の全てについて、これらの特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項６】
前記目視計数ステップに先立って、前記第三メモリーの消去画像について、未消去領域に残存する各ランド（以下、残存ランドという）の面積が前記基準値に所定の係数をかけた補正基準値の整数倍（１倍を含む）に、所定の誤差範囲内で合致するか否かを判定し、かつ該残存ランドの重心位置と、該重心位置に最も近接する隣接ランドの重心位置とを特定して、両重心位置間距離を算定し、
その面積が前記補正基準値の整数Ｎ倍に合致し、かつ前記重心位置間距離が所定の範囲内である場合に、該残存ランド画像を消去して、消去後の画像を前記第三メモリーに上書きするとともに、前記カウンターに前記整数Ｎの値を加え、その後前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項７】
未消去の残存ランドの全てについて、個別に所定倍率の拡大画像を作成して、これらの拡大画像を第四のメモリーに記録して、該拡大画像を順次ディスプレイに表示し得るように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項８】
前記目視計数ステップにおいて、前記第一メモリーの原画像及び前記第三メモリーの消去画像をディスプレイに表示するとともに、これと並列に前記第四メモリーの拡大画像を順次ディスプレイに表示して、表示された拡大画像中に鋼材断面と判定される映像があるかないかを観測員が判定し、鋼材断面と判定される映像がある場合に、該当する鋼材本数を前記観測員がキーボードから前記カウンターに追加計上し得るように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項９】
前記計数ステップまでの操作を実施した後、前記カウンターの計数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発し、該警報が発せられた場合にのみ、観測員が前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の計数方法を実施するための装置であって
鋼材束断面の全面を照明する照明手段と、
前記鋼材束の正面中央付近の所定位置に設置された二次元画像の撮像手段と、
前記画像を記録する第一のメモリーと、
この画像を所定の輝度レベルを閾値として２値化処理して２値化画像を得る２値化処理手段と、
該２値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域（以下、「ランド」という）の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析手段と、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定するする正常ランド認定手段と、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベルに又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去する正常ランド消去処理手段と、
前記２値化画像、前記正常ランド消去後の原画像及び未消去の前記残存ランドの拡大画像を記録する第二、第三及び第四のメモリーと、
消去された前記正常ランドの数及び目視計数された鋼材本数を計数するカウンターと、
目視計数された鋼材本数を前記カウンターに入力する入力手段と、
前記第一〜第四メモリーいずれかの１以上の画像を表示するディスプレイと、
を備えたことを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１１】
前記照明手段が、光源ボックスの内壁面で生じた拡散反射光をその開口部から照射する拡散反射光照射手段である請求項１０記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の構成に加えて、前記カウンターの係数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発する警報手段を備えたことを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１３】
前記拡散反射光照射手段が、一端に所定大きさの開口部を有し、この開口部以外の全内壁面が拡散反射材料で被覆された箱状のランプハウスと、該ランプハウスの軸心周辺を除いた任意の位置に配列され、広角度に照明光を放射する複数のユニット光源とからなり、
かつ前記撮像手段が、前記開口部の中央を通過する前記ランプボックスの軸心上の前記対向壁面付近、又は該軸心上の前記対向壁面に設けられた第二の開口部の背後に近接して配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１４】
前記撮像手段が、そのレンズ面と前記鋼材束の断面との距離Ｌが下式の関係を満たすように設置されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
Ｌ＞３ｄｌ×Ｗ／２Ｄ
ここで、Ｌ：撮像手段のレンズ面と鋼材束断面との距離
ｄｌ：隣接する鋼材間の断面段差の最大値
Ｗ：鋼材束の直径又は最大径
Ｄ：鋼材単体の直径又は最大径
【請求項１５】
前記開口部の前に、その全面を遮光しかつ電気信号で開閉するシャッターが設けられていることをする特徴とする請求項１３又は１４に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１６】
前記シャッター前方において、計数対象である鋼材束の位置を検出するセンサーを設置し、該位置センサーの情報により、前記鋼材束が所定の位置にあると判断された場合にのみ、前記シャッターが開状態になるように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１】
断面が同一形状の棒鋼又は線材を多数束ねて結束した鋼材束中の鋼材単体の本数を、その断面画像の画像解析により計数する方法であって、
前記鋼材束断面の正面中央付近の所定位置に設置された二次元撮像手段により、照明された該断面全体の画像を撮影して、この画像を第一のメモリーに記録する撮像ステップと、
この画像を所定の輝度レベルを初期閾値として２値化処理し、得られた２値化画像を第二のメモリーに記録する２値化処理ステップと、
前記２値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域（以下「ランド」という）の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析ステップと、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定する正常ランド判定ステップと、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベル又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去し、正常ランドを消去した後の消去画像を第三のメモリーに記録する正常ランド消去処理ステップと、
消去された正常ランドの数を鋼材本数カウンターに計上する計数ステップと、
次いで、前記第三メモリーの消去画像その他必要な画像をディスプレイ上に表示して、未消去領域に存在する鋼材本数を目視観測により判定し、該鋼材本数を前記カウンターに追加計上する目視計数ステップと
を有することを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項２】
前記撮像ステップにおいて、光源ボックスの内壁面での反射により生じた拡散反射光をその開口部から照射する拡散反射光照射手段により、前記鋼材断面の照明を行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項３】
前記第三メモリー記録された正常ランド消去後の画像について、前記２値化処理ステップにおける閾値の輝度レベルを、前記初期閾値から所定幅で段階的に下げて前記の２値化処理ステップ、ランド特性解析ステップ、正常ランド判定ステッップ、正常ランド消去処理ステップ、計数ステップまで一連の操作を、前記閾値が所定の下限閾値に達するまで繰り返し行った後、前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項４】
前記第一メモリーの原画像において、各鋼材断面の画像に該当する部分及び鋼材間の隙間に該当する部分を特定し、これら両部分の所定範囲に含まれる画素の輝度の平均値を求め、これにより得られた鋼材断面部分の平均輝度を前記初期閾値とするとともに、前記隙間部分の平均輝度を前記下限閾値として、請求項３記載の操作を行うことを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項５】
前記ランド特性解析ステップにおいて、前記ランドの面積に加えて、各ランドの重心座標、隣接するランド重心間距離、重心−外周間の最大距離（以下、最大半径という）及び外周長からなるランド特性値の群より選ばれた１種又は２種以上をランド特性値として求め、前記正常ランド判定ステップにおいて、各ランドの面積に加えて、前記の選ばれた特性値の全てについて、これらの特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項６】
前記目視計数ステップに先立って、前記第三メモリーの消去画像について、未消去領域に残存する各ランド（以下、残存ランドという）の面積が前記基準値に所定の係数をかけた補正基準値の整数倍（１倍を含む）に、所定の誤差範囲内で合致するか否かを判定し、かつ該残存ランドの重心位置と、該重心位置に最も近接する隣接ランドの重心位置とを特定して、両重心位置間距離を算定し、
その面積が前記補正基準値の整数Ｎ倍に合致し、かつ前記重心位置間距離が所定の範囲内である場合に、該残存ランド画像を消去して、消去後の画像を前記第三メモリーに上書きするとともに、前記カウンターに前記整数Ｎの値を加え、その後前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項７】
未消去の残存ランドの全てについて、個別に所定倍率の拡大画像を作成して、これらの拡大画像を第四のメモリーに記録して、該拡大画像を順次ディスプレイに表示し得るように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項８】
前記目視計数ステップにおいて、前記第一メモリーの原画像及び前記第三メモリーの消去画像をディスプレイに表示するとともに、これと並列に前記第四メモリーの拡大画像を順次ディスプレイに表示して、表示された拡大画像中に鋼材断面と判定される映像があるかないかを観測員が判定し、鋼材断面と判定される映像がある場合に、該当する鋼材本数を前記観測員がキーボードから前記カウンターに追加計上し得るように構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項９】
前記計数ステップまでの操作を実施した後、前記カウンターの計数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発し、該警報が発せられた場合にのみ、観測員が前記目視計数ステップの操作を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の計数方法を実施するための装置であって
鋼材束断面の全面を照明する照明手段と、
前記鋼材束の正面中央付近の所定位置に設置された二次元画像の撮像手段と、
前記画像を記録する第一のメモリーと、
この画像を所定の輝度レベルを閾値として２値化処理して２値化画像を得る２値化処理手段と、
該２値化画像において、前記鋼材単体の断面形状に相当する島状領域（以下、「ランド」という）の外縁を画定して、少なくともその面積を含む各ランドの特性値を解析・記録するランド特性解析手段と、
前記の各ランドの諸特性値が予め設定した標準値に所定の誤差範囲内で合致するが否かを判定し、合致したランドを正常ランドと認定するする正常ランド認定手段と、
前記第一メモリーの原画像において、前記正常ランドに含まれる全画素の輝度を暗レベルに又は明レベルに変換して前記正常ランドの画像を前記原画像から消去する正常ランド消去処理手段と、
前記２値化画像、前記正常ランド消去後の原画像及び未消去の前記残存ランドの拡大画像を記録する第二、第三及び第四のメモリーと、
消去された前記正常ランドの数及び目視計数された鋼材本数を計数するカウンターと、
目視計数された鋼材本数を前記カウンターに入力する入力手段と、
前記第一〜第四メモリーいずれかの１以上の画像を表示するディスプレイと、
を備えたことを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１１】
前記照明手段が、光源ボックスの内壁面で生じた拡散反射光をその開口部から照射する拡散反射光照射手段である請求項１０記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の構成に加えて、前記カウンターの係数値が鋼材束の所定の員数値と一致しない場合に警報を発する警報手段を備えたことを特徴とする鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１３】
前記拡散反射光照射手段が、一端に所定大きさの開口部を有し、この開口部以外の全内壁面が拡散反射材料で被覆された箱状のランプハウスと、該ランプハウスの軸心周辺を除いた任意の位置に配列され、広角度に照明光を放射する複数のユニット光源とからなり、
かつ前記撮像手段が、前記開口部の中央を通過する前記ランプボックスの軸心上の前記対向壁面付近、又は該軸心上の前記対向壁面に設けられた第二の開口部の背後に近接して配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１４】
前記撮像手段が、そのレンズ面と前記鋼材束の断面との距離Ｌが下式の関係を満たすように設置されていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
Ｌ＞３ｄｌ×Ｗ／２Ｄ
ここで、Ｌ：撮像手段のレンズ面と鋼材束断面との距離
ｄｌ：隣接する鋼材間の断面段差の最大値
Ｗ：鋼材束の直径又は最大径
Ｄ：鋼材単体の直径又は最大径
【請求項１５】
前記開口部の前に、その全面を遮光しかつ電気信号で開閉するシャッターが設けられていることをする特徴とする請求項１３又は１４に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【請求項１６】
前記シャッター前方において、計数対象である鋼材束の位置を検出するセンサーを設置し、該位置センサーの情報により、前記鋼材束が所定の位置にあると判断された場合にのみ、前記シャッターが開状態になるように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の鋼材束中の鋼材本数の計数装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７３９０１（Ｐ２０１２−１７３９０１Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４０７９（Ｐ２０１１−３４０７９）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（５０６３４３８２９）株式会社みどり精密 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（５０６３４３８２９）株式会社みどり精密 (3)
【Ｆターム（参考）】
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