(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロートバス内を流れるガラスリボンのエッジを検出する方法において、
ガラスリボンのエッジを監視カメラで撮像するステップと、
監視カメラからのビデオ信号を濃淡画像にデジタル化するステップと、
前記濃淡画像内に前記エッジを含む矩形領域のテンプレート枠を設定し、前記テンプレート枠の基準座標と、前記テンプレート枠内のガラスリボンエッジ形状である基準画像パターンとを記憶するステップと、
前記濃淡画像内に探索領域を設定し、この探索領域内の画像に対し前記テンプレート枠を当てはめ、前記基準画像パターンによりテンプレートマッチングを行うステップと、
前記テンプレートマッチングでしきい値を越えるマッチング度合が最大のテンプレート枠の位置と前記基準座標とからエッジ位置を検出するステップとを含み、
前記探索領域に対するテンプレートマッチングで、前記しきい値を越えるマッチング度合が得られない場合には、探索領域を拡大し、拡大された探索領域に対しテンプレートマッチングを行うことを繰り返し、探索領域が最大になっても依然として前記しきい値を越えるマッチング度合が得られない場合には、前記しきい値を更新することを特徴とするガラスリボンエッジ検出方法。
【請求項２】
エッジ位置が検出されると、このときのマッチング度合を元に新たにしきい値を算出し、この新たなしきい値を次回のテンプレートマッチングのしきい値として用いることを特徴とする請求項１記載のガラスリボンエッジ検出方法。
【請求項３】
フロートバス内を流れるガラスリボンのエッジを検出する装置において、
ガラスリボンのエッジを撮像する監視カメラ手段と、
前記監視カメラ手段からのビデオ信号を濃淡画像にデジタル化する手段と、
前記濃淡画像内に前記エッジを含む矩形領域のテンプレート枠を設定し、前記テンプレート枠の基準座標と、前記テンプレート枠内のガラスリボンエッジ形状である基準画像パターンとを記憶する手段と、
前記濃淡画像内に探索領域を設定し、この探索領域内の画像に対し前記テンプレート枠を当てはめ、前記基準画像パターンによりテンプレートマッチングを行う手段と、
前記テンプレートマッチングでしきい値を越えるマッチング度合が最大のテンプレート枠の位置と前記基準座標とからエッジ位置を検出する手段とを備え、
前記テンプレートマッチングを行う手段は、前記探索領域に対するテンプレートマッチングで、前記しきい値を越えるマッチング度合が得られない場合には、探索領域を拡大し、拡大された探索領域に対しテンプレートマッチングを行うことを繰り返し、探索領域が最大になっても依然として前記しきい値を越えるマッチング度合が得られない場合には、前記しきい値を更新することを特徴とするガラスリボンエッジ検出装置。
【請求項４】
前記テンプレートマッチングを行う手段は、エッジ位置が検出されると、このときのマッチング度合を元に新たにしきい値を算出し、この新たなしきい値を次回のテンプレートマッチングのしきい値として用いることを特徴とする請求項３記載のガラスリボンエッジ位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガラスリボンエッジ検出方法および装置、特に、フロートバス内のガラスリボンのエッジを検出する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築窓ガラスあるいは自動車窓ガラスなどの板ガラスは、現在殆どフロート製法により生産されている。フロートガラス製造工程は、図１に示すように、溶解窯１で原料を溶解し均一なガラス素地にし、ガラス素地をフロートバス２の溶解錫３上に流し込んで板状のガラスリボン４に成形するとともに、ガラスリボン４の厚み，幅を決定し、成形されたガラスリボンを徐冷窯（図示せず）で徐冷し、切断することにより行われている。
【０００３】
フロートバス２内では溶解窯からフロートバスへのガラス素地の流量を調節するツィールの上下駆動を制御するために、ガラスリボンのエッジ検出を行っている。エッジ検出は、リボンエッジを監視カメラ９，１０で撮影しその出力信号を画像処理装置５，６にて解析し実際のリボンエッジ位置を求めている。
【０００４】
この画像処理におけるアルゴリズムの一例によれば、監視カメラからの出力信号を微分処理・スライス処理し、その結果をコンピュータにて解析しリボンエッジ位置を求めている（特開昭５３−１２９１９号公報参照）。
【０００５】
また画像処理における他のアルゴリズムによれば、監視カメラからの出力信号をブラウン管に表示させ、ガラスリボンとそれ以外のものとの輝度の差を検出することで、リボンエッジ位置を求めている（特開平２−２４８３３６号公報参照）。
【０００６】
また画像処理におけるさらに他のアルゴリズムによれば、監視カメラからの出力信号とビデオアナライザにて影像の変化を検出しリボンエッジの位置を求めている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のいずれのエッジ検出方法も、輝度の変化によりエッジ位置を検出しようとするものであるが、フロートバス内のガラスリボンは非常に温度が高いため、監視カメラの出力信号にノイズが発生し、この従来方法では誤検出が多いという問題がある。
【０００８】
また、微分処理を行う方法では、１走査線の画像をしきい値にて白か黒かの２値化処理を行うため誤検出が多いという問題がある。
【０００９】
また、従来のエッジ検出方法では、ガラスリボンの流れに対して直交する方向におけるエッジ位置を検出するのみで、ガラスリボンの流れ方向におけるエッジ位置の検出を行っていない。したがって、次のような問題がある。ガラスリボンは、フロートバス内に設けられたトップロール１１により引っ張られているが、ガラスリボンが変動しトップロールからはずれると、ガラス板製造に重大な支障をきたす。しかし、ガラスリボンの流れ方向におけるエッジ位置の検出を行わなければ、このような支障を未然に防止することができない。
【００１０】
本発明の目的は、フロートガラスリボンのエッジ位置の情報を安定かつ正確に提供でき、かつ、ガラスリボンの流れ方向に直角な方向のエッジ位置のみならず、ガラスリボンの流れ方向のエッジ位置をも検出できるガラスリボンエッジ検出方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、上記のガラスリボンエッジ検出方法を実施する装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フロートバス内を流れるガラスリボンのエッジを検出する方法において、
ガラスリボンのエッジを監視カメラで撮像するステップと、
監視カメラからのビデオ信号を濃淡画像にデジタル化するステップと、
前記濃淡画像内に前記エッジを含む矩形領域のテンプレート枠を設定し、前記テンプレート枠の基準座標と、前記テンプレート枠内のガラスリボンエッジ形状である基準画像パターンとを記憶するステップと、
前記濃淡画像内に探索領域を設定し、この探索領域内の画像に対し前記テンプレート枠を当てはめ、前記基準画像パターンによりテンプレートマッチングを行うステップと、
前記テンプレートマッチングでしきい値を越えるマッチング度合が最大のテンプレート枠の位置と前記基準座標とからエッジ位置を検出するステップとを含み、
前記探索領域に対するテンプレートマッチングで、前記しきい値を越えるマッチング度合が得られない場合には、探索領域を拡大し、拡大された探索領域に対しテンプレートマッチングを行うことを繰り返し、探索領域が最大になっても依然として前記しきい値を越えるマッチング度合が得られない場合には、前記しきい値を更新することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、フロートバス内を流れるガラスリボンのエッジを検出する装置において、
ガラスリボンのエッジを撮像する監視カメラ手段と、
前記監視カメラ手段からのビデオ信号を濃淡画像にデジタル化する手段と、
前記濃淡画像内に前記エッジを含む矩形領域のテンプレート枠を設定し、前記テンプレート枠の基準座標と、前記テンプレート枠内のガラスリボンエッジ形状である基準画像パターンとを記憶する手段と、
前記濃淡画像内に探索領域を設定し、この探索領域内の画像に対し前記テンプレート枠を当てはめ、前記基準画像パターンによりテンプレートマッチングを行う手段と、
前記テンプレートマッチングでしきい値を越えるマッチング度合が最大のテンプレート枠の位置と前記基準座標とからエッジ位置を検出する手段とを備え、
前記テンプレートマッチングを行う手段は、前記探索領域に対するテンプレートマッチングで、前記しきい値を越えるマッチング度合が得られない場合には、探索領域を拡大し、拡大された探索領域に対しテンプレートマッチングを行うことを繰り返し、探索領域が最大になっても依然として前記しきい値を越えるマッチング度合が得られない場合には、前記しきい値を更新することを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明では、ガラスリボンのエッジ位置をテンプレートマッチングという方法で検出する。テンプレートマッチングは、検出する対象の濃淡画像（矩形）を、あらかじめテンプレート（基準となる画像パターン）として、メモリに登録しておき、テンプレートを探索領域の画像上の各位置に当てはめて、パターンのマッチングの度合（相関値）を調べることで、エッジ位置を検出する画像処理である。テンプレートマッチングは、濃淡画像を対象としているため、強力な検出能力を持っている。
【００１５】
テンプレートマッチング実行時には、入力濃淡画像上での探索領域内の各画素位置にテンプレートを当てはめ、テンプレートと入力画像との間で画像パターンのマッチングを調べる。マッチング度合がしきい値を越える場合には、一致候補であるとして、一致候補の中で最大のマッチング度合を示す移動後のテンプレートの位置から偏差を求め、この偏差が規定値を越えた場合には、偏差は異常であり、エッジではないとする。偏差が規定値内にあれば、エッジが見つかったとして移動したテンプレートの位置からエッジ位置を算出する。算出されたエッジ位置は、ツィール制御装置に送られる。
【００１６】
探索領域内でエッジが見つからない場合には、探索領域を順次拡大していき、所定の大きさの探索領域になっても、依然としてエッジが見つからない場合には、テンプレートマッチングにおけるしきい値を更新して、同じ処理を繰り返す。以上のステップを数回繰り返し、依然としてエッジが見つからなければエッジ検出はエラーであるとして、エラー表示を行う。
【００１７】
また、エッジが見つかると、このときのマッチング度合を元に新たにしきい値を算出し、この新たなしきい値を次回のテンプレートマッチングのしきい値として用いる。
【００１８】
【実施例】
図２は、本発明のガラスリボンエッジ検出装置の一実施例を示す機能ブロック図である。図２に示す装置は、ガラスリボンの片側サイドのエッジを検出するものであり、他方のサイドの装置と構造的には全く同一である。したがって、片側サイドのエッジ検出装置についてのみ説明する。
【００１９】
なお、以下の説明において、フロートバス内をガラスリボンが流れる方向と直交する方向をＸ方向、ガラスリボンが流れる方向をＹ方向とする。
【００２０】
このガラスリボンエッジ検出装置は、溶解窯から流れ出た直後のガラス素地がＸ方向にふくらむ部分を撮影する監視カメラ２１を備えている。カメラ２１からのビデオ信号は、画像処理部２２へ送られる。
【００２１】
画像処理部２２は、ビデオ信号を濃淡画像にデジタル化する画像入力部２３と、濃淡画像を記憶する画像メモリ２４と、テンプレートマッチングを行う比較部２５と、テンプレート枠内のガラスリボンエッジ形状を記憶するテンプレートメモリ２６とを有している。
【００２２】
ガラスリボンエッジ検出装置は、さらに、テンプレートおよび推奨しきい値を作成するテンプレート作成部２７と、比較部２５でのテンプレートマッチングに際しての探索領域を設定し、比較部２５からマッチング度合が出力されると探索領域内の移動したテンプレートの位置から求めた偏差をチェックして、エッジ検出を行うエッジ検出部２８と、最大のマッチング度合を示すテンプレートの位置からエッジ位置を算出するエッジ位置算出部２９と、テンプレートマッチングでのしきい値を更新するためにしきい値を算出するしきい値算出部３０とを備えている。
【００２３】
次に、本実施例の動作を詳細に説明する。
【００２４】
監視カメラ２１で撮影されたフロートバス上のガラスリボンのビデオ信号は、画像処理部２２の画像入力部２３へ送られる。画像入力部２３では、１走査線のビデオ信号の表示期間を５１２分割し、それぞれを８ビットでＡ／Ｄ変換する。このようにして得られるディジタル画像は、横方向５１２分割，縦方向４８１分割された升目で構成される。一つの升目は画素を構成する。画素は０〜２５５までの明度のレベルをとり、０レベルは最も暗く、２５５レベルが最も明るいことを表している。このような濃淡画像は、画像メモリ２４に記憶される。
【００２５】
テンプレート作成部２７は、オペレータの操作により、監視モニタ上でテンプレートと呼ぶ枠をガラスリボンと溶融錫との境界（エッジ）にセットする。図３に、テンプレートの作成の状態を示す。３２は、監視カメラ２１による監視モニタであり、３３はガラスリボンであり、３４はテンプレートである。一般に、テンプレート３４は、ガラスリボンエッジ３５の変動の大きな部分に設定される。テンプレート３４の形状は矩形であり、フロートバス上での実際の対応サイズは、例えば４ｃｍ×３ｃｍである。
【００２６】
テンプレート３４が設定されると、テンプレートの基準座標、本実施例では中心座標（Ｘ0 ，Ｙ0 ）３６と、この中心座標３６を通るＸ軸方向の基準ライン３７およびＹ軸方向の基準ライン３８とが定まる。テンプレート３４の中心座標および基準ラインは、メモリ３１に記憶され、テンプレート３４内のガラスリボンエッジ形状はテンプレートメモリ２６に記憶される。この記憶されたテンプレート枠内のガラスリボンエッジ形状は、テンプレートマッチングの際の基準画像パターンを構成する。テンプレート作成部２７では、テンプレートマッチングでの推奨しきい値を決定する。
【００２７】
テンプレートマッチング，エッジ検出およびエッジ位置算出の処理を、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２８】
処理がスタートすると、比較部２５は画像メモリ２４から図３に示したテンプレート枠３４内の画像を読み込み（ステップＳ１）、これを最初の探索領域とし、テンプレートメモリ２６に記憶されている基準画像パターンと探索領域範囲内にてテンプレートマッチングを行い、マッチング度合を求める（ステップＳ２）。マッチング度合は、入力画像と基準画像パターンがどれくらい似ているかの度合であり、０．００００〜１．００００の値を示し１．００００に近づく程両者は似ているということを表している。求められたマッチング度合は、しきい値と比較される。最初のしきい値（初期値）は、テンプレート作成部２７で決定された推奨しきい値を元に算出される。マッチング度合がしきい値より大きければ、そのマッチング度合をエッジ検出部２８へ送る。
【００２９】
エッジ検出部２８では、比較部２５から、しきい値を越えるマッチング度合いが送られてくると、ガラスリボンエッジは移動していない（ステップＳ３）として、エッジ検出処理を終了し、このエッジ位置が検出されたときにおけるマッチング度合を元に新たにしきい値を算出し（ステップＳ９）、この値にてしきい値を更新させる（ステップＳ１０）。ただし、この場合、ステップＳ８のエッジ位置の算出は行わない。ステップＳ９でのしきい値の算出については後に詳しく説明する。
【００３０】
ステップＳ３で、マッチング度合がしきい値より小さければ、エッジ検出部２８にはマッチング度合は送られてこないので、エッジ検出部２８はエッジが移動したと判断して（ステップＳ３）、比較部２５に探索領域の拡大を指示する（ステップＳ４）。比較部２５は、この指示に基づいて探索領域をＸ軸方向およびＹ軸方向に１０画素拡大し、拡大した探索領域の画像を読み込む（ステップＳ５）。
【００３１】
図５に監視モニタ３２上での拡大された探索領域４１を示す。４０は、探索前のテンプレート枠の位置である。探索前のテンプレート枠４０の位置は、図３に示した基準画像パターンを定めるテンプレート枠３４の位置に等しい。その中心座標３６は（Ｘ0 ，Ｙ0 ）である。図５に、中心座標３６を通るＸ軸方向およびＹ軸方向の基準ライン３７，３８を示す。
【００３２】
探索領域４１内の各位置にテンプレート枠を移動して当てはめ、テンプレートマッチングを行い、しきい値を越えるマッチング度合をエッジ検出部２８へ送る。エッジ検出部２８では、しきい値を越えるマッチング度合が送られてくると、一致候補があるとして、送られてきた個々のマッチング度合について、Ｘ軸方向偏差およびＹ軸方向偏差を算出し、偏差のチェックを行う。偏差の算出は、次のようにして行う。
【００３３】
図６は、偏差算出を説明するための図であり、しきい値を越えるマッチング度合を示す探索後のテンプレート枠４２の位置を示す。探索後のテンプレート枠４２の中心座標すなわち測定点４３を通るＸ軸方向に測定ライン４４が、Ｙ軸方向に測定ライン４５が定まる。図５に示したテンプレート枠４０およびＸ軸方向基準ライン３７，Ｙ軸方向基準ライン３８を点線で示す。
【００３４】
探索前のテンプレート枠４０の基準ラインの座標と、探索後のテンプレート４２の測定ラインの座標とから、
Ｘ軸方向偏差ΔＸ＝測定ライン４５のＸ座標−基準ライン３８のＸ座標
Ｙ軸方向偏差ΔＹ＝測定ライン４４のＹ座標−基準ライン３７のＹ座標
を求める。
【００３５】
比較部２５でのテンプレートマッチングにおけるしきい値を０．７００とした場合に、エッジ検出部２８では、マッチング度合を上位から例えば５個選択する。表１に選択されたマッチング度合と、対応する偏差ΔＸ，ΔＹとの一例を示す。
【００３６】
【表１】
0003710148.tif 000002
【００３７】
５個の値のうち最大値および最小値を捨て、中間の３個の値の平均値をとる。
【００３８】
マッチング度合平均値＝（０．７５２＋０．７４２＋０．７３１）／３
ΔＸ平均値＝（５＋５＋４）／３
ΔＹ平均値＝（３＋３＋３）／３
このようにして計算されたマッチング度合平均値を、最大マッチング度合と定義する。また、計算されたΔＸ平均値，ΔＹ平均値が規定値以下ならば、エッジが検出され（ステップＳ７）、エッジ検出処理が終了したとして、エッジ位置算出部２９にエッジ位置算出を指示する（ステップＳ８）。ΔＸ平均値およびΔＹ平均値が規定値以上ならば、ゴミなどを拾っているとみなす。
【００３９】
エッジ検出部２８は、比較部２５からマッチング度合が送られてこず、あるいはマッチング度合が送られてきても、偏差平均値が規定値以上ならば、エッジが検出されなかったとして（ステップＳ７）、ステップＳ４へ戻り、エッジが検出されない限り、拡大された探索領域が所定の最大サイズになるまで（ステップＳ１１）、ステップＳ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７を繰り返す。
【００４０】
探索領域が所定の最大サイズに達しても、エッジが検出されなければ（ステップＳ７，Ｓ１１）、エッジ検出部２８は、しきい値算出部３０にしきい値の更新を指示する。この場合におけるしきい値は、推奨しきい値を元に算出し、比較部２５のテンプレートマッチングで一致候補が出るように、小さくなるように算出される（ステップＳ１２）。このようなしきい値の更新は、画像の質が低下したような場合に、しきい値を画像の質に相対的に追従させることにある。以後、前述したステップＳ１〜Ｓ１２を繰り返す。しきい値が所定の最小しきい値になって、依然としてエッジが検出されなければ、検出エラーとされる。
【００４１】
また、しきい値はエッジが検出された時点で（ステップＳ７）、マッチング度合を元に毎回再計算しかつ更新する（ステップＳ９，Ｓ１０）。これにより、しきい値は画質の変動（上，下）に対して追従でき、エッジ検出を安定させることができる。ステップＳ９におけるしきい値の算出の一例について説明する。
【００４２】
前記で求められた最大マッチング度合Ａでエッジ検出されたとすると、エッジ検出された段階でしきい値を再計算する場合、再計算しきい値ＢをＡとしない。なぜならば、Ｂ＝Ａとしてしきい値を更新すると、次回テンプレートマッチングの結果は全てＡ以上のマッチング度合になってしまい、これを繰り返していけば最終的にはしきい値Ｂは高値になりエッジ検出不能になる（最終的といっても時間的には十数分程度）。これを防止するためにＢ＝Ａ−ｄ（例えばｄ＝０．０００３）としてしきい値Ｂを更新させている。ただしＢは推奨しきい値より小さな値にならないようにしている。これによりしきい値Ｂは上・下の値をとることができ、画像の質の上・下に追従できる。
【００４３】
さて、エッジ位置算出部２９が、エッジ検出部２８からエッジ算出を指示されると、エッジ算出を行う。図６において、探索前のテンプレート枠４０の中心位置の座標はメモリ３１に記憶されている（Ｘ0 ，Ｙ0 ）であり、探索後のテンプレート枠４２の中心座標すなわち測定点の座標を（Ｘi ，Ｙi ）とすると、
Ｘi ＝Ｘ0 ＋ΔＸ
Ｙi ＝Ｙ0 ＋ΔＹ
で表される。これが検出されたエッジの位置である。エッジ算出により、移動後のガラスリボンエッジ位置が求められると、このエッジ位置は、ツィール制御システムに出力される。
【００４４】
以上のエッジ位置検出処理は、所定の周期で繰り返し行われ、変化するガラスリボンエッジ位置、すなわちＸ軸方向およびＹ軸方向のエッジ位置が、定期的にツィール制御システムに送られ、これによりエッジ位置が最適となるようにツィール制御が行われる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、ガラスリボンのエッジ形状を画像パターンとして記憶し、この画像パターンを頼りに実際のエッジ位置を検出するため、高温による画質の低下，画像ノイズや、監視カメラの振動等の影響を受けにくく、安定した正確なガラスリボンのエッジを検出できる。
【００４６】
また、画像パターンと入力画像とのマッチング度合の算出方法は画像の質が落ちた場合、判定基準であるしきい値も相対的に追従させるため、悪条件下でもガラスリボンのエッジ位置を安定して検出することができる。
【００４７】
さらに、本発明によれば、ガラスリボンのエッジ位置を二次元座標（Ｘ軸座標，Ｙ軸座標）で検出できるので、従来方法では検出していなかったガラスリボンの流れ方向のエッジ位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術を説明するための図である。
【図２】本発明のガラスリボンエッジ検出装置の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図３】テンプレートの作成状態を示す図である。
【図４】テンプレートマッチング，エッジ検出およびエッジ位置算出の処理を示すフローチャートである。
【図５】拡大された探索領域を示す図である。
【図６】偏差算出を説明するための図である。
【符号の説明】
２１  カメラ
２２  画像処理部
２３  画像入力部
２４  画像メモリ
２５  比較部
２６  テンプレートメモリ
２７  テンプレート作成部
２８  エッジ検出部
２９  エッジ位置算出部
３０  しきい値算出部
３１  メモリ
【図１】
0003710148.tif 000003
【図２】
0003710148.tif 000004
【図３】
0003710148.tif 000005
【図４】
0003710148.tif 000006
【図５】
0003710148.tif 000007
【図６】
0003710148.tif 000008