(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検紡績コップ巻管を光で照射する段階と、前記紡績コップ巻管によって反射された光を検出する段階と、検出された反射光に基づいて前記紡績コップ巻管の画像信号を発生させる段階と、前記紡績コップ巻管における残糸の有無を判定するために発生画像信号を評価する段階とを有する、紡績コップ巻管における残糸を検知する方法において、紡績コップ巻管（６）からの反射光に基づいて、前記紡績コップ巻管の被照射部分の面撮像を発生させ、こうして得た画像信号からデジタル画像データ（９０）を発生させ、かつ該デジタル画像データ（９０）に相当する画像マトリックス内で輝度移行点によって形成されたエッジを際立たせるために、前記デジタル画像データ（９０）にエッジフィルタ処理を施し、該エッジフィルタ処理に基づいて、前記紡績コップ巻管（６）における残糸の有無を判定し、空の紡績コップ巻管であるのか、再使用可能な残糸を有する紡績コップ巻管であるのか、それとも再使用不能の残糸を有する紡績コップ巻管であるのかを、一義的に表出することを特徴とする、紡績コップ巻管における残糸を検知する方法。
【請求項２】
紡績コップ巻管（６）の、少なくとも糸残分に関して検査しようとする部分を、定置の光源によって照射する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
紡績コップ巻管（６）を拡散光で照射する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
紡績コップ巻管（６）によって反射された光を、前記紡績コップ巻管（６）の搬送運動中に検知する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
画像データの評価を、コンピュータの支援を受けて行ない、しかもデジタル画像データ（９０）を評価用コンピュータ（１０）内に画素毎に蓄積する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
エッジフィルタ処理（２０１）を実施する前に、デジタル画像データ（９０）に相当する画像マトリックス（１６）を画素毎に平方配列し、かつ平方配列された画像マトリックスに元の画像マトリックスを加算することによって、前記デジタル画像データ（９０）にコントラスト強調処理（１００）を施す、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ソーベル式フィルタアルゴリズムとそれに続く２値化処理（２０２）とを用いてエッジフィルタ処理（２０１）を、デジタル画像データ（９０）内に含まれたエッジを際立たせるために行なう、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
エッジフィルタ処理（２０１）と２値化処理（２０２）の後に、デジタル画像データ（９０）に相当する２値化された画像マトリックス（１６）に浸食処理を施し、かつ前記浸食処理によって得られた画像マトリックスと、エッジフィルタ処理の施された２値化された画像マトリックスとの間の差値を形成することによって、エッジフィルタ処理によって得られたエッジにシンニング処理（２０３）を施す、請求項６記載の方法。
【請求項９】
エッジフィルタ処理後、画像マトリックス内で連繋した対象輪郭を求めるために、フィルタ処理の施された画像マトリックス（１６）にエッジ追跡処理（３００）を施す、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
エッジ追跡処理（３００）をフリーマン式連鎖コードの使用によって行なう、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
紡績コップ巻管（６）の巻成ワインディング表面における不均一性を確認するために、被検紡績コップ巻管（６）の輪郭性状に就いても一義的に表出する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
被検紡績コップ巻管を光で照射するための少なくとも１つの光源と、前記紡績コップ巻管によって反射された光を検知するための撮像装置と、前記紡績コップ巻管における残糸の有無を判定するために前記撮像装置によって発生された画像信号を評価する評価手段とを備えた形式の、紡績コップ巻管における残糸を検知する装置において、撮像装置（８，９）が、紡績コップ巻管（６）から反射された光に基づいて前記紡績コップの照射部分の面撮像を発生させ、かつ得られた画像信号からデジタル画像データ（９０）を作成するように構成されており、前記デジタル画像データ（９０）に相当する画像マトリックス内で輝度移行点によって形成されたエッジを際立たせるために前記デジタル画像データ（９０）にエッジフィルタ処理を施して、該エッジに基づいて紡績コップ巻管における残糸の有無を判定する画像評価装置（１０）が設けられており、エッジフィルタ処理によって際立たされたエッジに基づいて、被検紡績コップ巻管（６）が残糸を有していない巻管であるのか、再使用可能な残糸を有する巻管なのか、それとも再使用不能の残糸を有する巻管なのかに関する情報を発生させるように、評価手段（１０）が構成されていることを特徴とする、紡績コップ巻管における残糸を検知する装置。
【請求項１３】
光源（７）が定置に装着されており、かつ、残糸に関して検査しようとする紡績コップ巻管（６）の部分を少なくとも照射するように構成されている、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの光源（７）が、被検紡績コップ巻管（６）を拡散光で照射する、請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの光源（７）が複数の超輝度発光ダイオード（１３〜１５）から成り、該超輝度発光ダイオードが、種々異なった色彩の光を放射しかつマトリックス状に混在配置されている、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの光源（７）が白色発光ダイオードを有している、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも１つの光源（７）と、被検紡績コップ巻管（６）との間に、前記光源（７）から出射される光を制御するためのデフューザ（１８′）が配置されている、請求項１２から１６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
夫々多数のマトリックス状に配置された発光ダイオード（１３〜１５）を有する複数の光源（７）が、該光源から出射された光の、撮像装置（８，９）に対する全反射を回避するように、被検紡績コップ巻管（６）の側方に配置されている、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
撮像装置（８，９）が、画像変換器（９）を後置したＣＣＤビデオカメラ（８）から成り、前記画像変換器（９）が、ＣＣＤビデオカメラ（８）から供給される画像信号をデジタル画像データ（９０）に変換する、請求項１２から１８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
ＣＣＤビデオカメラ（８）がカラーカメラであり、後置の画像変換器（９）が、カラーカメラから供給される画像信号を、種々のグレー階調に相当するデジタル画像データ（９０）に変換する、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
ＣＣＤビデオカメラが、種々のグレー階調に相当する右信号を供給する黒白カメラである、請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
ＣＣＤビデオカメラ（８）が、その光軸を中心として９０゜回動して配置されており、かつ紡績コップ巻管（６）から反射された光を検知する、請求項１８から２１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２３】
撮像装置（８）が、紡績コップ巻管（６）から反射された光を捕捉するためのデジタル式フォト装置から成り、該デジタル式フォト装置が、デジタル画像データ（９０）を発生させて評価手段（１０）に供給する、請求項１２から１８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２４】
撮像装置（８，９）が、被検紡績コップ巻管（６）の縦横比を前記撮像装置（８，９）の撮影窓に適合させる光学的歪み手段を有している、請求項１２から２３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２５】
光学的歪み手段が、凹面鏡及び／又は円筒光学系から成っている、請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
評価手段（１０）が、撮像装置（８，９）のデジタル画像データ（９０）を、デジタル画像処理のためにベクターとして蓄積したコンピュータから成っている、請求項１２から２５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２７】
撮像装置（８，９）のデジタル画像データ（９０）に相当する画像マトリックスを画素毎に平方配列し、かつ平方配列された画像マトリックスに元の画像マトリックスを加算して、相当画像のコントラストを強調するように、評価手段（１０）が構成されている、請求項１２から２６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２８】
デジタル画像データ（９０）に相当する画像マトリックス（１６）のエッジフィルタ処理を、前記画像マトリックス（１６）に対するソーベル式フィルタアルゴリズムの適用によって行なうように、評価手段（１０）が構成されている、請求項１２から２７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２９】
エッジフィルタ処理の結果得られた画像マトリックス（１６）を２値化し、かつ２値化された画像マトリックスに浸食処理を施し、次いで該浸食処理によって得られた画像マトリックスと前記２値化された画像マトリックスとの差を形成して、前記画像マトリックス（１６）内に含まれたエッジにシンニング処理を施すように評価手段（１０）が構成されている、請求項１２から２８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項３０】
フリーマン式連鎖コードの適用によるエッジ追跡法を用いて、フィルタ処理された画像マトリックス内に含まれた輪郭エッジを求めるように評価手段（１０）が構成されている、請求項１２から２９までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動紡績機械で使用するために使用される紡績コップ巻管における糸残分もしくは残糸を検知するための方法並びに相当装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の紡績機械は、紡績コップの高い生産能力を有しており、従って紡績機械に後置された巻返し機械の処理能力に対して課される要求も当然高くなる。更に、繰り出し済みの巻管を紡績機械に充分量再供給することが必要である。それ故に高い自動化度を確保するために、巻返し機の領域において閉じた搬送循環路を形成すること並びに、場合によっては該搬送循環路を紡績機械と直結することが一般に汎用されている。
【０００３】
従って最近の自動化された繊維生産工場では、紡績コップ巻管は１つの循環プロセスに組入れられて処理される。例えば欧州特許第０４０２７３１号明細書に基づいて公知になっているような従来技術に基づく、このような形式の閉じられた紡績コップ・巻管システムにおける物流プロセスは図６に概略的に図示されている。リング精紡機で精紡した後に、こうして生じた紡績コップは、自動的に巻返し機械へ到達し、其処でコップビームに挿し嵌められる。搬送ベルトを介して前記紡績コップは挿し嵌めステーションからコップ準備ステーション４へ搬送され、其処で糸端部を剥離し、かつ後に該糸端部を確実に捕捉できるように準備される。次いで該紡績コップは、巻返しプロセスの行なわれる巻返し部１へ移動する。
【０００４】
しかしながら特に糸切れ時に、巻返し機械が、装入された紡績コップの糸始端部を見失う事態が生じることがある。スプライシングを数回試みた後に、空管と憶測されて当該紡績コップ巻管は究極的に巻返し部１から放出される。従って、放出される紡績コップ巻管が実際に常に空管であるとは保証されていない。むしろ放出された個々の紡績コップ巻管は、残存する残糸供給量に関して、かつ該残糸供給量から生じる更なる巻返し量に関して相違している。それ故に巻返しプロセスを自動化するためには、巻返し部１から排出された紡績コップの状態を決定し、ひいては紡績コップ巻管の個々の残糸又は場合によって存在する残糸供給量を確実に検出できるようにすることが必要である。この目的のために、図６に示した搬送システムでは、紡績コップ巻管に残留する残糸量を検出する電気・機械式の巻管監視器２が設けられている。該巻管監視器２は、電気・機械式センサとして構成することもでき（例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４１１０６２６号明細書参照）、その場合金属コームが側面から紡績コップ巻管の周面を擦過する。前記金属コームが巻管を擦過できる程度に応じて、紡績コップ巻管の残糸量が推論される。完全に繰り出された紡績コップ、つまり空管は、改めて充填するために自動的に紡績機械に送り戻される。これに対して、紡績コップ巻管に残存する残糸が巻管監視器２によって検知されると、例えば分岐器によって、相応の紡績コップ巻管の搬送方向が分岐されて、当該紡績コップ巻管は、支線搬送路を介して巻管クリーニングステーション３へ供給される。この巻管クリーニングステーション３の役目は、紡績コップ巻管から残糸を除去することである。このために巻き糸体は、場合によっては切開され、次いで紡績コップから剥ぎ取られる。しかしながら、巻管に残留する残糸がまだ再使用可能であり、従って巻き返し部１に改めて供給できるという事態が発生することもあり得るので、巻管監視器２は、紡績コップ巻管で検出された残糸量が再使用可能であるか否かを明示する。再使用可能である場合、紡績コップ巻管は巻管クリーニングステーション３には供給されず、コップ準備ステーション４へ供給され、該コップ準備ステーション自体は、紡績コップの糸始端部を検索し、かつ該糸始端部を紡績コップの特定部位にセットした後に再び巻返し部１に供給する。
【０００５】
巻管監視器２が、空管と、僅かな残糸量しか有しない巻管と、なお処理可能な残糸量を有する巻管とを識別できるマルチ機能センサとして役立つような、図６に示した実施形態の代わりに、紡績コップ巻管上に残糸が存在しているか否かだけを検知する第１のセンサを巻管監視器２の位置に設け、しかもこの場合、巻管クリーニングステーション３への分岐点の手前に第２のセンサを設けることも可能であり、該第２センサは究極的に残糸に関して、残留する残糸が再使用のために充分であるか否かを識別し、かつこの識別に関連して搬送路を相応に制御することによって、紡績コップ巻管をコップ準備ステーション４にか又は巻管クリーニングステーション３に供給するようになっている。
【０００６】
すでに前述したように、図６に示した巻返し機械では巻管監視器２として、金属コームの形の電気・機械式の紡績コップトレーサが使用されるが、しかしながら該紡績コップトレーサは、若干の欠点を伴っている。この構成の場合、巻管監視器２は、紡績コップ巻管の種類及びサイズが相違すると、手で改めて調節されねばならない。更に金属コームは、時間の経過に伴って摩耗し、かつ個々の残糸は紡績コップから除去されず、金属コームによって単にずり下げられるにすぎないので、この残糸は、次の紡績プロセス時に、新糸と絡まり合い、従ってリング精紡スピンドルの停止の因となることがある。またセンサの機械的なトレース素子が特に微細な糸に損傷を与える点も同じく欠点である。
【０００７】
紡績コップ巻管における残糸を検知するための類似の機械的なセンサが特公昭６３−１０７３７０号公報に基づいて公知である。当該特許公報によれば、回動可能に支承された機械的なアームが、紡績コップ巻管に沿って上から下へ向かって移動し、その際回動可能に支承されたアームは、紡績コップ巻管の充填度に応じて多かれ少なかれ変位される。該アームの変位は、相応のセンサによって検知され、従って紡績コップ巻管の、場合によって存在するワインディング残分が逆推論される。
【０００８】
機械的なセンサ又はトレーサによる紡績コップ巻管における残糸の前記検出以外に、紡績コップ巻管における残糸又は糸残分を無接触式に検知する装置も公知である。
【０００９】
ドイツ連邦共和国特許出願公告第１２７８３０８号明細書に記載の発明は、この目的のために、光源を用いて紡績コップ巻管を照射することを提案しており、この場合、紡績コップ巻管から反射された光がフォトセルによって検知される。紡績コップ巻管によって反射された光ビームは、紡績コップ巻管にワインディング残分が存在しているか否かに関連して、多かれ少なかれフォトセルに影響を及ぼす。紡績コップ巻管と、センサとして役立つフォトセルとの間では、検出動作中に絶えず相対運動が行なわれ、つまり紡績コップ巻管は、フォトセルに沿って水平方向に搬送される。
【００１０】
更に、本発明の上位概念を形成しているドイツ連邦共和国特許第４００８７９５号明細書に基づいて、紡績コップ巻管における残糸を検出するために、該紡績コップ巻管を直立させた状態で搬送し、かつ紡績コップ巻管とセンサとの間の相対運動によって該紡績コップ巻管を検出することが公知であり、その場合、センサは定置のストローク装置に装着されており、該ストローク装置によってセンサは、紡績コップ巻管に沿って、巻管表面に対してほぼ均等な間隔をとって動かされる。センサは特に光センサであるのが有利であり、該光センサは、鉛直線に対して特定の角度をとって紡績コップ巻管の表面に向かって照射されて紡績コップ巻管から反射された光を評価し、ひいては該紡績コップ巻管の残糸を検知するようになっている。
【００１１】
最後に特公昭５４−３０９４３号公報に基づいて、ボビンを無接触式に検出することが公知であり、その場合、当該特許公報に開示された粗紡糸ボビンを検査する装置は、粗紡糸ボビンの外観を、表面エラー等に関して検査するために使用される。当該特許公報によって提案された検出装置は光源を有し、該光源の光は、粗紡糸ボビンのコーミングラインに相応して構成・配置されたスリットを通して粗紡糸ボビンに対して出射され、その際にテレビカメラが該粗紡糸ボビンを走査する。特に該テレビカメラは粗紡糸ボビンを行毎に走査し、かつ粗紡糸ボビンの凸部やワインディング凹部などを確認するために、基準値との比較に基づいて粗紡糸ボビンの品質を検索する。しかしながら前記の装置は、紡績コップ巻管における糸残分又は残糸を検知するためには役立たない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで本発明の課題は、紡績コップ巻管における残糸を検知するための方法並びに相当装置を改良して、残糸のより確実にして信頼性のある検知を可能にし、しかも本発明によって残糸の検出を可能にするのみならず、紡績コップの充填度に関する確実な表出も可能にし、相応の紡績コップの残糸が再使用可能であれば、場合によっては、糸始端部を把捉するために紡績コップ準備装置を通走させた後に、改めて１つの巻返し部へ該紡績コップを供給できるようにすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の方法上の構成手段は、請求項１の特徴部に記載した通り、紡績コップ巻管からの反射光に基づいて、前記紡績コップ巻管の被照射部分の面撮像を発生させ、こうして得た画像信号からデジタル画像データを発生させ、かつ該デジタル画像データに相当する画像マトリックス内で輝度移行点によって形成されたエッジを際立たせるために、前記デジタル画像データにエッジフィルタ処理を施し、該エッジフィルタ処理に基づいて、前記紡績コップ巻管における残糸の有無を判定する点にあり、また同一の課題を解決するための本発明の装置上の構成手段は、請求項１３の特徴部に記載した通り、撮像装置が、紡績コップ巻管から反射された光に基づいて前記紡績コップの照射部分の面撮像を発生させ、かつ得られた画像信号からデジタル画像データを作成するように構成されており、前記デジタル画像データに相当する画像マトリックス内で輝度移行点によって形成されたエッジを際立たせるために前記デジタル画像データにエッジフィルタ処理を施して、該エッジに基づいて紡績コップ巻管における残糸の有無を判定する画像評価装置が設けられている点にある。
【００１４】
【発明の効果】
なお請求項２〜１２は本発明の方法に係わる殊に有利な実施形態であり、また請求項１４〜３２は本発明の装置に係わる殊に有利な実施形態であり、しかもこれらの方法上並びに装置上の各実施形態自体は、紡績コップ巻管を可能な限り最善に検出するために寄与すると共に、その検出時に得られる情報を、可能な限り単純に、それにも拘わらず確実に評価するために寄与する。
【００１５】
また本発明によれば残糸は無接触式に検知されるが、その場合デジタル画像信号が発生され、該デジタル画像信号には、デジタル画像処理が施される。デジタル画像データから、被検紡績コップ巻管の対象輪郭を得るために、これに対してエッジ・フィルタアルゴリズムが適用され、これによってエッジ、つまり輝度移行点又はグロー値移行点をデジタル画像マトリックス内で際立たせ（セグメンテイション化）することが可能である。こうして得られた対象輪郭に基づいて、各紡績コップ巻管の状態を確実に判定することが可能になり、ひいては紡績コップ巻管における特に僅少な残糸を検知すること、並びに、ワインディング残分が比較的多量の場合には、これによって検知されたワインディング残分を再使用可能であるか否かを判定することが可能である。
【００１６】
被検域は原則として、満管コップにおいてワインディングを支持する領域である。しかし又、最大の確率で残糸を発見できる、巻管の下部１／３を検査するだけでも充分である。
【００１７】
紡績コップ巻管の走査は本発明によれば、特に紡績コップ巻管の搬送中に全体像カメラによる瞬間撮影の形で行なうことができる。該カメラは特にＣＣＤ（電荷結合素子）ビデオカメラであり、その場合は黒白撮影で充分である。画像活用を改善するため、つまり、より高い解像度を得るためには、円筒光学系又は凹面鏡を介しての光学的歪み手段を設けることも可能である。同じく又、カメラをその光軸を中心として９０゜回動することによって、より高い解像度を得ることも可能である。ビデオカメラから供給された画像信号は、画像変換器によってデジタル化され、かつ例えば普通のパソコンの形で後置された評価用コンピュータに供給される。其処で画像は、特別に開発された評価アルゴリズムによって分析され、それによって評価手段は、被検体つまり被検紡績コップ巻管の状態に関する確実な表出を提供する。
【００１８】
ＣＣＤカメラに代えて、デジタル式フォト装置を、紡績コップ巻管の走査のために使用することも可能であり、しかもこのようなデジタル式フォト装置の場合には、撮像のデジタル化がカメラ内部で行なわれるので、後続の、画像変換器によるデジタル化は必要でなくなる。
【００１９】
被検体の照明は、出射する光源の拡散光で行なわれるのが有利である。このような光源は例えば、超輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）の複数のフィールドから成ることができ、その場合これらの発光フィールドは、紡績コップのエッジ及び輪郭を強調しかつ妨害反射を発生させないように配置されている。発光ダイオードを使用するのが有利なのは、発光ダイオードの耐用寿命が長く、堅牢であり、電力吸収が僅かという点が挙げられる。発光ダイオードの色混合（赤色、緑色及び黄色）によって、カラースペクトルの拡張が得られる。例えば磨り板ガラス又は拡散板ガラスの形のデフューザの使用によって、発光ダイオードの出射特性が本来点状であるにも拘わらず、各被検体の均質な照明を得ることが可能である。発光ダイオードは、該発光ダイオードの光が各撮像装置へ向かって全反射することのないように配置されているのが有利である。異色の発光ダイオードを使用する代わりに、最近益々多くなっている市販の白色発光ダイオードを使用することも可能である。
【００２０】
本発明によって実施されるデジタル画像処理は、実質的に各被検体の対象構造、特に巻管エッジ、糸層及び特別の巻管特徴の抽出及び分析に基づいている。背景と紡績コップ巻管と糸との間のコントラストを改善するために、デジタル画像マトリックスを相互に正方配列しかつ逆スケール化し、最後に元の画像マトリックスに再び加算することが可能である。エッジフィルタ処理のためには特にソーベル式フィルタアルゴリズムを使用することができ、こうして処理された画像データは次いで、動的な閾値を介して２値化される。この手続によって得られた対象輪郭は、画像マトリックスの出来るだけ正確なセグメンテイションのために、次いで差形成を伴う浸食処理法によってシンニング化され、しかも最終的には被検紡績コップ巻管の輪郭エッジの抽出が、特別のエッジ追跡法によって、例えばフリーマンによる連鎖コードの適用によって行なわれる。このようにして抽出された対象輪郭の解釈は次いで、該対象輪郭の幾何学的形状の評価によって、或いは選択的に比較紡績コップ巻管の基準像との比較によって行なわれる。
【００２１】
本発明による撮像時には、各被検体を撮像装置の前で停止させる必要はない。すなわち残糸の検出は、各紡績コップ巻管に沿って走行中に有利に行なわれる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に図面に基づいて本発明の有利な実施例を詳説する。
【００２３】
図１に示した装置は、紡績コップ巻管６における残糸を検知するために、該紡績コップ巻管６を拡散光で照射する少なくとも１つの光源７を有している。撮像装置として、カメラ８、特にＣＣＤ（電荷結合素子）ビデオカメラが使用され、該カメラは、拡散光で照射された紡績コップ巻管６を走査し、かつ相応のビデオ信号又は映像信号を形成し、該ビデオ信号は、後置の例えばフレーム・グラッバー式の画像変換器９によってデジタル画像データ９０に変換され、該デジタル画像データはコンピュータ１０に供給される。コンピュータ１０は前記デジタル画像データ９０にデジタル画像処理を施し、従って各紡績コップ巻管６の巻管ステータス（状態）もしくは充填度に関する情報を得るためにデジタル画像データ９０を評価する。コンピュータ１０のモニタ１１には、各紡績コップ巻管６に相当する画像が表示される。コンピュータ１０が紡績コップ巻管のステータス又は充填度を検索した後に、例えば図６に示した自動巻返し機械の搬送システムの搬送ベルト制御装置が、紡績コップ巻管６の認識された充填度に関連して搬送系路を相応に調整するために作動制御される。すなわち、再使用可能な残糸を備えた紡績コップ巻管６は、図６に示したコップ準備ステーション４に供給されるのに対して、再使用不能な残糸を有する紡績コップ巻管６は巻管クリーニングステーション３に供給される。空管として認識された紡績コップ巻管６は、コップ準備ステーション４にも巻管クリーニングステーション３にも供給されず紡績機械へ直接搬送される。
【００２４】
図１に示した装置では、紡績コップ巻管６をできるだけ均等に照明するように、特に複数の光源７が、検査すべき紡績コップ巻管６の側方に配置されている。各光源７は、追って詳説するように、単数又は複数のフォトダイオード・アレイとして構成することができる。このようなフォトダイオードの焦点出射もしくは指向出射された光を制御するため、ひいては紡績コップ巻管６の均等な照明を可能にするために、この場合フォトダイオードには、例えば磨り板ガラス又は拡散板ガラスの形のデフューザ１８′が前置される。
【００２５】
図１に示した装置を巻返し機械に組込むためには、全ての障害となる外的影響は最小限にされねばならない。この外的影響には、種々の光状態、機械の可能振動、或いは生産工場内部に飛翔するダスト・繊維（フライ）が属している。紡績コップ巻管６は支持体に載って搬送され、かつカメラ８の進入・進出口を有するケーシング内部の規定位置に沿って案内される。このケーシングのライニングによって内部の光状態は外部の光状態から遮断され、かつカメラレンズの汚染を低下することが可能である。撮像環境内部のダストフライを阻止するために、前濾過された空気を、比較的口径の大きな開口を通して連続的にケーシング内へ搬入するファンを使用することが可能である。こうしてケーシング内部には過圧が発生するので、これによってダスト粒子はケーシングから吹き払われる。カメラは、機械振動に起因した不鮮明化（影像のボケ化）を避けるために殊に振動減衰式に装着される。
【００２６】
例えば誘導式のアプローチスイッチを用いて、紡績コップ巻管６が撮像位置に到達したことを確認することが可能である。このようなアプローチスイッチが、これに沿って走行する紡績コップ巻管６によってレリーズされると、これはカメラ８に伝達されるので、カメラ８による撮像が行なわれる。紡績コップ巻管６は即座に撮像環境から搬送ベルトの次の分岐点へ搬送される。撮像時点から次の分岐点への到達時点に至るまでの時間は、撮像によって得られた情報を、その都度使用されるコンピュータ１０によって濾過かつ分析するのに充分であるので、紡績コップ巻管は次の分岐点において、画像評価結果に関連して排出され、図６に示したコップ準備ステーション４を経て改めて１つの巻返し部１に供給されるか、或いは巻管クリーニングステーション３へ搬送される。各搬送ベルトの分岐点には、この目的のために、電磁式調整装置の形の分岐器を設けることが可能であり、該電磁式調整装置は、コンピュータ１０によって供給されるところの、各被検体つまり紡績コップ巻管６の充填度に関する情報に関連して、相応に作動制御される。撮像が紡績コップ巻管６の擦過走行中に行なわれるので、紡績コップ巻管の搬送中に巻返し機械の停止時間は生じない。従って巻返し機械は最適に活用され、かつ処理量が高められる。
【００２７】
本発明により提案されるデジタル式画像処理装置の使用によって、紡績コップ巻管における残糸の従来慣用の検知方式に起因した、明細書冒頭で述べた問題点は除かれ、しかも比較的外観することのできる構造と低廉な手段とによって、各被検体つまり各紡績コップ巻管６の充填度に関する確実な表出が得られる。
【００２８】
次に図１に示した光源７について詳説する。
【００２９】
図１において使用される照明装置の役割は、撮像すべき紡績コップ巻管６の顕著な情報を際立たせ、かつ重要でない情報を抑圧することである。光源７として特に発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用される。それというのは該発光ダイオードは、極めてエネルギを節減し、耐用寿命が極めて長くかつコストの極めて低廉な照明素子だからである。照明装置のカラースペクトルを高めるために、殊に赤色の発光ダイオードアレイと黄色の発光ダイオードアレイと緑色の発光ダイオードアレイが混在配置される。これによって照明装置は全体として、紡績コップ巻管６のカラー吸収特性並びに、場合によって存在する残糸のカラー吸収特性に対する感度が僅かになる。
【００３０】
図２では、図１に示した光源７の構造が例示されている。図２によれば光源７は、例えば夫々パンチパターンカードによつて形成された複数の照明ユニット１２を有することができ、前記パンチパターンカード上に、異色の発光ダイオードが、図２に示したようにマトリックス状に鑞接されている。緑色、黄色及び赤色の発光ダイオード１３，１４，１５を相互にずらして配置したことによって、紡績コップの照明を、白色光のスペクトルに近づけることが可能である。異色の発光ダイオード１３〜１５を使用する代わりに、最近市場で入手可能な白色発光ダイオードを使用することも可能である。図１に示したカメラ８へ向かっての反射を避けるために、光源７の光線がカメラの対物レンズに直接入射したり直接反射して入射しないように個々の光源７を、被検体である各紡績コップ巻管６の側方に配置するのが有利である。
【００３１】
すでに述べたように撮像装置として、特にＣＣＤ（電荷結合素子）カメラが使用される。このようなＣＣＤカメラは、光線感応面を介して光学的な画像情報を、光線感応面におけるフォト効果の活用によって電気的な情報に変換するＣＣＤ画像センサを使用する。このようなＣＣＤ画像センサは行状もしくはマトリックス状に面内に配置されており、その場合、光の入射によって１つのＣＣＤセンサ内に発生した電荷は、照明段階中に発生した全ての電荷が読出しレジスタへ転送され、其処から画像蓄積部へ転送されるまで、隣接したセンサ素子内へ転送される。
【００３２】
このようにしてＣＣＤカメラ８は、同期パルスを有するアナログビデオ信号又はアナログ画像信号を供給し、該アナログ画像信号は、後続のデジタル画像処理のためにデジタル化されねばならない。このデジタル化は、すでに図１に示した（例えば、評価用のコンピュータ１０内に設置されたフレーム・グラッバー式カードによって形成される）画像変換器９によって行なわれる。該画像変換器は、ＣＣＤカメラ８から供給された画像信号をデジタル化するので、撮像された画像は、コンピュータ１０のモニタ１１に、リアルタイムビデオ画像として表示することができる。
【００３３】
殊にＣＣＤカメラ８は、モアレ効果の発生を回避するために所謂インターレース（飛越し）・モードで運転され、つまりカメラ８は順次相前後して２つの半画像を発生し、その場合、第１の半画像は、偶数行ナンバーの行から成り、かつ第２の半画像は、奇数行ナンバーの行から成っている。ＣＣＤカメラ８としては、黒／白−面カメラを使用するのが有利であり、該黒／白−面カメラは、これによって撮像された画像をグレー階調の形で表示する。このような黒／白−面カメラは、コストが比較的僅かで済み、確実性及び信頼性が高い点で優れている。更にデジタル式フォト装置を使用することも可能である。それというのは被検体としての紡績コップ巻管６の立像しか撮像する必要がないからである。この場合は、デジタル式フォト装置がすでにデジタル画像データを供給するので、後置の画像変換器９を省くことが可能である。
【００３４】
撮像時に、紡績コップ巻管の側面関係から特別の問題が生じる。１本の平均的な紡績コップ巻管の高さと幅の比は約１：８であるのに対して、市販のＣＣＤ−面カメラは、ヨーロッパのテレビ規格に依存した側面比４：３を踏襲している。この欠損を少なくとも部分的に補償するためには、ＣＣＤ−面カメラを、その光軸に沿って９０゜回動するのが有利である。更に、凹面鏡もしくは円筒光学系を付加的に使用することによって、観察すべき紡績コップ巻管の長さと幅の比を、ＣＣＤ−カメラ８の撮像窓の面積をより良く活用できるように、光学像に関して適合させたり、或いは歪曲させることも可能である。
【００３５】
画像変換器９は、該画像変換器に供給される画像情報を、グレー階調マトリックス及び特定のグラフィックスケールに直接変換するように構成することができる。こうして発生したデジタル画像データ９０は次いで、後続の画像処理のためにコンピュータ１０に供給され、その場合該画像データは、次いで作業メモリを介してアクセスするために特にコンピュータ１０の固体板に中間蓄積される。デジタル画像データのグラフィックスケールとして、特にラスタースケールが使用される。ベクターグラフィックの場合、画像はベクターの形でメモリ内に蓄積されて該ベクターから算出される。全ての幾何学的物体は単純な基本画素から構成され、該基本画素自体は単純な数学的補助手段によって算出される。
【００３６】
その都度検査される被検体つまり紡績コップ巻管６における残糸を検知するためにコンピュータ１０によって実施されるデジタル画像処理を、次に図３〜図５に基づいて説明する。その場合図３では、コンピュータ１０におけるデジタル画像処理の一般的なプロセスが表されている。
【００３７】
デジタル画像データ９０を得た後に先ず、紡績コップ巻管と残糸との間のグレー値移行点を高めるために、コントラスト強調処理１００が行なわれる。従ってこのコントラスト強調は、それに続くエッジフィルタを一層効果的にするために明域を暗域から一層強く際立たせるためである。その場合コントラストを改善するために、画像マトリックスにおいて発生する最小グレー値が先ず、画像マトリックスの各グレー値から減算され、かつ、より明るい画素（ピクセル）をより暗い画素から一層明確に際立たせるために、前記減算結果に基づいて画素毎に正方配列が行なわれる。次いで結果が可能な値範囲に嵌入又は適応、すなわち戻しスケール化される。明るい糸は、紡績コップ巻管に対比して一層明瞭に際立つが、巻管のエッジは背景に対して不明瞭にぼける。この欠点を補正するために、正方配列された画像マトリックスにオリジナル画像、つまり元の画像マトリックスが加算される。
【００３８】
次いで、こうして得られた重畳処理された画像マトリックスからセグメンテイション処理、つまり各目的物を際立たせる処理が行なわれる。セグメンテイション処理２００は実質的に３種の処理段階から成っている。先ずエッジフィルタによって画像マトリックスにおけるグレー値移行点が取出される（セグメンテイション処理段階２０１）。次いで、こうして得られた画像が２値化される（セグメンテイション処理段階２０２）。最終的に、エッジが太くならないようにするために、輪郭のシンニング化（ｔｈｉｎｎｉｎｇ）が行なわれる（セグメンテイション処理段階２０３）。
【００３９】
画像マトリックスから目的物にセグメンテイション処理を施す最も単純な方式はエッジの識別化であり、これによって背景と本来の目的物との間のグレー値移行点を際立たせる処理が行なわれる。その場合、実際に処理すべき画素を中心として対称的にフィルタコアを設け、かつ行毎に左から右へ向かって画像マトリックス全体にわたってシフトすることによって、画像マトリックス全体がフィルタ処理される。明確にするために図４には、多数の画素又はピクセルＰi を有する画像マトリックス１６が例示されている。図４では、特定の所謂ローカル演算子に対応するフィルタ演算ウィンド１７はハッチングを施して図示されており、該フィルタ演算ウィンドは、実際に処理すべきピクセルＰ０の上に置かれており、次いで画像マトリックス１６全体にわたってシフトされる。このようなローカル演算子の適用によって、１つのピクセルの直接的な画素近傍を表出することが可能であり、すなわち図４に示した事例では、このようなローカル演算子、特にエッジ演算子の適用によって、ピクセルＰ０に対応したグロー値階調と隣接したピクセルＰ１〜Ｐ８に対応したグロー値階調もしくは輝度階調に関する表出が得られる。
【００４０】
多数の適用における優れた成績と、枠内に保持された走行時間挙動とに基づいて最も使用されるエッジフィルタ演算子は所謂ソーベル（Ｓｏｂｅｌ）演算子であり、該ソーベル演算子の適用によって、隣接画素に対する個々の画素のグロー値階調の勾配値（偏差値）に関する表出が得られる。エッジフィルタ処理によって算出された偏差値は、コンピュータ１０内に記憶され、その場合前記偏差値は、特に初めのデジタル画像データ９０とは隔離して別個に中間蓄積される。最適の走行時間挙動を得るために、画像マトリックスの１つの処理すべき画素の隣接画素をポインタでアドレスするのが好ましい。ソーベル式フィルタアルゴリズムによる偏差値の算出は３つの段階で行なわれる。処理すべき１画素に隣接配置された画素の値が先ずソーベル式フィルタコアの係数で、水平及び鉛直の検索方向に乗算される。次いで夫々水平検索方向の和及び鉛直検索方向の和が加算され、かつ前記の段階で算出された２つの和の値が最終的に加算される。
【００４１】
すでに説明した通り、こうしてエッジにフィルタ処理の施された勾配像が次の処理のために２値化される（図３のセグメンテイション処理段階２０２参照）。フィルタ処理された画像マトリックスの各点はこの目的のために、閾値と比較される。偏差値が該閾値を上回る場合には、該偏差値は情報を含んでいるのに対して、偏差値が前記閾値を下回る場合には、該偏差値は情報を含んでいない。従って、設定された画素又は設定されない画素を有する１つの２値化された出力画像が得られる。基礎となる閾値は、個々の勾配の偏差値範囲に基づいて、つまり最大勾配と最小勾配との間の距離に関連して確定される。静的な閾値を使用する場合、閾値を過度に高く選ぶと情報が失われ、閾値を過度に低く選ぶと画像が流れるという問題が生じることがある。更にまたコントラストの少ない画像領域では輪郭は、コントラストの顕著な画像域よりも不良と見做される。それ故に、個々の画素のために勾配像に基づいて個々に算出される動的な閾値を使用するのが有利である。動的閾値を算出するためには、１つの処理すべきピクセルに隣接した複数のピクセルの平均値が求められ、かつ勾配値域の１／４が加算される。この値の半分が究極的に動的閾値を生ぜしめる。例えば１つの領域の平均値が、照明不足の故に減少すると、それに相応して閾値も低下するので、常に良好な成績を得ることが可能である。
【００４２】
セグメンテイション処理段階２０２（図３）において実施された２値化の結果、データ減少化が得られる。それというのは（例えばピクセル当り８ビットを有する）元のグレー階調像とは異なって、各画素は、２値化の後には（黒色又は白色に相当する）１ビットを蓄積されればよいからである。
【００４３】
前記のソーベル式フィルタアルゴリズムの結果、これに基づいて引出されたエッジが著しく太く表示されることになる。それ故に図３に示した輪郭シンニング化の処理段階２０３によって、前記エッジはシンニング化されねばならない。これは例えば所謂「浸食」処理によって行なわれる。この浸食処理は、勾配演算によって得られた太く表示されたエッジを隣接ピクセル及び背景ピクセルとの比較によりシンニング化することによって、エッジフィルタ処理により際立たされた対象物又は構造を収縮させることになる。この目的のために、実際に処理すべき対象ピクセルの値は例えば隣接ピクセルの値と比較される。１つの隣接ピクセルの値が対象ピクセルの値よりも小さい場合には、（２値画像を基礎とする限り）隣接ピクセルは背景ピクセルにすぎない。それ故にこの対象物を収縮させるために、対象ピクセルの値は背景値にされる。浸食処理の積極的な目的は、場合によって１つの２値画像内に含まれたノイズ成分を抑圧するためでもある。
【００４４】
しかしながら浸食処理によって実施された輪郭域のシンニング化は、不充分に検出されたエッジを押し潰し、従って輪郭に裂け目を発生させるという問題を惹起する。この問題は、浸食処理によって生じる画像と、エッジをフィルタ処理した２値画像との差形成を付加的に行なうことによって解決することができ、こうして何れにしても完全にシンニング化された輪郭領域が得られる。
【００４５】
セグメンテイション処理２００の終了後、つまり画像カメラ８によって撮像された、被検体としての各紡績コップ巻管６の画像エッジもしくは画像輪郭を際立たせた後に、こうして得られた輪郭の幾何学的形状に基づいて本来の画像内容が逆推定されねばならない。すなわち、デジタル画像処理によって得られた画像マトリックスに基づいて重要な諸情報が特徴として纏められる。これは前記特徴から画像内容を逆推定できるようにするためである（特徴抽出）。特徴抽出処理３００は基本的には２つの処理段階で経過することができる。先ず、１つのスタートピクセルを起点として、連繋した隣接ピクセルを求めるためにエッジ追跡が実施される。こうして求められた輪郭断片から次いで、明らかに互いに所属し合う輪郭断片が組合わされる。
【００４６】
エッジ追跡のためには例えば、図５に基づいて以下に説明するフリーマンによる連鎖コードが適している。図５の（ａ）に示したように、その場合画像マトリックス１６の第５縦列、第９行のスタートピクセル１８を起点として、設定隣接ピクセルによる隣接関係が検査される。１つの設定隣接ピクセルが発見されたら、スタートピクセル１８の位置と、発見された設定隣接ピクセルへの方向が蓄積され、次いで、発見されたばかりの隣接ピクセルから更に検索される。図５の（ａ）ではその場合例えば画像マトリックス１６の内部における対象エッジ取りを発見する動作が図示されている。コード化するためのキーとしては、図５の（ｂ）に示した連鎖コード「風向コンパス」が使用され、その場合前記スタートピクセルを起点として各方向に対応して特定値が配設されている。従って例えば１つの設定スタートピクセルを起点として、該スタートピクセルから水平方向で直ぐ右手に設定された隣接ピクセルが発見されると、値「０」が蓄積される。これに対してスタートピクセルから鉛直方向で直ぐ上に設定された隣接ピクセルの場合には値「２」が蓄積される。図５の（ｃ）では、図５の（ａ）に示した輪郭もしくは輪郭追跡に相応してストア内容が示されており、その場合個々の蓄積値は夫々、１つのスタートピクセルから１つの設定隣接ピクセルへの、輪郭経過に相当する方向を表している。「スタートピクセル」、「エンドピクセル」及び「隣接ピクセルへの方向」という表示に基づいて、発見されたエッジは何度も再現可能である。
【００４７】
ところで、撮像画像に含まれた輪郭もしくは輪郭断片が、特徴抽出処理３００（図３参照）によって求められた後、明らかに連繋する輪郭断片は接合されねばならない。例えば１つのエッジのスタート値が、別のエッジのエンド値の直ぐ傍に位置している場合は、これらの両エッジが１つの共通のエッジを形成するものとして出発することができる。それ故に１つのエッジの各エンド値は、発見された輪郭断片を互いに接合できるようにするために、それに接続するエッジを検索中の状態とする。更にこの特徴抽出処理３００の段階中に、後続の情報分析時にもはや必要とされないようなエッジを消去することも可能である。この消去対象として例えば、画像マトリックス内で、糸として分類された最終エッジの後方にスタート値を有しているような、対象縁取りとして分類された断片が挙げられる。従って、評価に影響を及ぼすことのあるような巻管における色彩マーキングは除去される。
【００４８】
特徴抽出処理３００に続いて、最終的に巻管状態もしくは被検紡績コップ巻管６の充填度に関して表出５００を得るための分析処理４００が行なわれる。この目的のために、抽出された特徴は、特別に抽象的なモデル表象の予期された特徴と比較される。選択的又は付加的に若干の輪郭を、現存の学習コップ巻管の輪郭と比較することも可能である。その場合、直線として分類された反った円弧は例えば残糸の糸体を表わす。付加的に又、糸として分類された発見された縁取りは、糸体の最終ワインディングを表す。巻管縁取りは、糸体縁取りとは異なって直線でなければならない。付加的に又、糸として分類された縁取りが抽出されなかった場合は空管である。これに対して、糸として分類された相応の縁取りが、直線的な巻管縁取りに加えて存在する場合、これは残糸を有する巻管でなければならない。
【００４９】
従って最終的な分析処理４００は、被検紡績コップ巻管６が事実上空管であるのか、使用不能の残糸を有する巻管であるのか、それとも再使用可能なワインディング残分を有する巻管であるのかに関する一義的な表出を確実に供給するので、すでに前述した通り、こうして得られたコンピュータ１０の情報を、相応の紡績コップ巻管６の搬送方向を制御するために使用することが可能である。
【００５０】
最後に念のために付記しておくが、紡績コップ巻管における残糸を検知するための本発明の方法及び装置は、紡績コップ輪郭を検査し、ひいてはワインディング表面の不均一性を検知するためにも使用できるのは勿論のことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】紡績コップ巻管における残糸を検知するための本発明の装置の構成図である。
【図２】図１において使用される光源の構成の例示図である。
【図３】図１に示した装置による画像のデジタル処理過程を説明するためのプロセス図である。
【図４】本発明によって実施されるビデオマトリックスのエッジフィルタ装置の機能態様を説明するための図である。
【図５】有利な実施例によって使用されるエッジ追跡法を、フリーマンに基づく連鎖コードを使用して説明するための図である。
【図６】自動ワインダーにおける紡績コップ巻管の搬送系路を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１  巻返し部、  ２  巻管監視器、  ３  巻管クリーニングステーション、  ４  コップ準備ステーション、  ６  紡績コップ巻管、  ７  光源、  ８  ＣＣＤビデオカメラとして構成されたカメラ、  ９  画像変換器、  １０  コンピュータ、  １１  モニタ、  １２  照明ユニット、  １３，１４，１５  緑色、黄色及び赤色の発光ダイオード、  １６  画像マトリックス、  １７  フィルタ演算ウィンド、  １８  スタートピクセル、  １８′  デフューザ、  ９０  デジタル画像データ、  １００  コントラスト強調処理、  ２００  セグメンテイション処理、  ２０１，２０２，２０３  セグメンテイション処理段階、  ３００特徴抽出処理、  ４００  分析処理、  ５００  表出
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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