(57)【要約】【課題】複数種類の物体が混在して山積みされ、かつ位置によって嵩密度が異なることが予想される場合であっても、精度良く、物体が山積みされた堆積物の質量を推定できる。【解決手段】計測部３０で、堆積物の３次元形状を計測し、形状近似部３２で、計測した３次元形状に基づいて、３次元形状を近似した、高さ方向に延びる柱状部分の集合体を生成し、柱質量算出部３６で、柱状部分毎に、柱状部分の高さに応じて予め定められた嵩密度を用いて、嵩密度と柱状部分の体積との積を、柱状部分の質量として算出し、堆積物質量算出部３８で、柱部分毎の質量の総和を、山積みされた堆積物の質量として算出する。【選択図】図１
2016088694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体が山積みされた堆積物の３次元形状を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された３次元形状に基づいて、前記３次元形状を近似した、高さ方向に延びる柱状部分の集合体を生成する形状近似手段と、
前記柱状部分毎に、前記柱状部分の高さに応じて予め定められた嵩密度を用いて、前記嵩密度と前記柱状部分の体積との積を、前記柱状部分の質量として算出する柱質量算出手段と、
前記柱質量算出手段により算出された前記柱状部分毎の質量の総和を、前記山積みされた堆積物の質量として算出する堆積物質量算出手段と、
を含む質量推定装置。
【請求項２】
前記形状近似手段は、前記３次元形状を近似した、前記物体を構成するものの大きさに応じて予め定められた大きさの底面を有する前記柱状部分の集合体を生成する請求項１に記載の質量推定装置。
【請求項３】
前記柱質量算出手段は、物体の種類毎に、前記柱状部分の高さの各々に対応する嵩密度を格納した嵩密度テーブルを用いて、前記柱状部分毎に、前記物体の原料の種類と前記柱状部分の高さとに対応する前記嵩密度と前記柱状部分の体積との積を、前記柱状部分の質量として算出する請求項１又は請求項２に記載の質量推定装置。
【請求項４】
前記柱状部分を、四角柱部分とした請求項１から請求項３の何れか１項に記載の質量推定装置。
【請求項５】
コンピュータを、
物体が山積みされた堆積物の３次元形状を計測する計測手段、
前記計測手段により計測された３次元形状に基づいて、前記３次元形状を近似した、高さ方向に延びる柱状部分の集合体を生成する形状近似手段、
前記柱状部分毎に、前記柱状部分の高さに応じて予め定められた嵩密度を用いて、前記嵩密度と前記柱状部分の体積との積を、前記柱状部分の質量として算出する柱質量算出手段、及び
前記柱質量算出手段により算出された前記柱部分毎の質量の総和を、前記山積みされた堆積物の質量として算出する堆積物質量算出手段、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量推定装置、及びプログラムに係り、例えば、鋼材原料等の物体が山積みされた堆積物の質量を推定する質量推定装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物体が山積みされた堆積物の質量をカメラ等の撮像装置を用い、画像処理等により推定する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平６−５６７号公報
【特許文献２】特開平３−１２５９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように山ごとに積まれた物体の種類が異なると、物体の種類によっては、山の下部が圧縮されるため堆積物の嵩密度が一様にならない。従来の手法では、物体を積み上げたことによる嵩密度変化には対応していないため、物体の種類によっては堆積物の質量の推定精度が非常に悪くなり、また複数種類の物体が混在して積まれている場合には、さらに推定精度が低下する、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、物体が山積みされた堆積物の質量を精度よく推定できる質量推定装置、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る質量推定装置は、物体が山積みされた堆積物の３次元形状を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された３次元形状に基づいて、前記３次元形状を近似した、高さ方向に延びる柱状部分の集合体を生成する形状近似手段と、前記柱状部分毎に、前記柱状部分の高さに応じて予め定められた嵩密度を用いて、前記嵩密度と前記柱状部分の体積との積を、前記柱状部分の質量として算出する柱質量算出手段と、前記柱質量算出手段により算出された前記柱部分毎の質量の総和を、前記山積みされた堆積物の質量として算出する堆積物質量算出手段と、を含んで構成されている。
【０００７】
また、本発明に係る質量推定装置において、前記形状近似手段は、前記３次元形状を近似した、前記物体を構成するものの大きさに応じて予め定められた大きさの底面を有する前記柱状部分の集合体を生成するようにしてもよい。このように、底面の大きさを、物体を構成するものの大きさや物体の粒度に応じて３次元形状を計測可能な分解能まで小さくすることで、近似精度が向上し、物体の質量推定を、より精度よく行うことができる。これにより、物体を構成するものの大きさや物体の粒度が大きい場合には、その大きさに応じた計測可能な分解能とすることにより、必要以上に計測の分解能を高めることなく、すなわち画素数が少ないカメラにより撮像して、少ない処理量で必要十分な質量推定を行う事が可能となる。
【０００８】
また、本発明に係る質量推定装置において、前記柱質量算出手段は、物体の種類毎に、前記柱状部分の高さの各々に対応する嵩密度を格納した嵩密度テーブルを用いて、前記柱状部分毎に、前記物体の原料の種類と前記柱状部分の高さとに対応する前記嵩密度と前記柱状部分の体積との積を、前記柱状部分の質量として算出するようにしてもよい。このように、予め物体の種類毎に山積みされた高さ部分毎の嵩密度を把握し、データベース化した嵩密度テーブルを用い、柱状部分の高さ毎に適した嵩密度値を用いて質量を算出するようにすることで、複数種類の物体の質量推定を、より精度よく行うことができる。
【０００９】
また、本発明に係る質量推定装置において、前記柱状部分を、四角柱部分としてもよい。このように、３次元形状を近似する際には、柱状部分を四角柱として近似すると、推定算出しやすく、精度のよい算出が可能となる。
【００１０】
本発明に係るプログラムは、コンピュータを、物体が山積みされた堆積物の３次元形状を計測する計測手段、前記計測手段により計測された３次元形状に基づいて、前記３次元形状を近似した、高さ方向に延びる柱状部分の集合体を生成する形状近似手段、前記柱状部分毎に、前記柱状部分の高さに応じて予め定められた嵩密度を用いて、前記嵩密度と前記柱状部分の体積との積を、前記柱状部分の質量として算出する柱質量算出手段、及び前記柱質量算出手段により算出された前記柱部分毎の質量の総和を、前記山積みされた堆積物の質量として算出する堆積物質量算出手段、として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の質量推定装置、及びプログラムによれば、計測した３次元形状に基づいて、３次元形状を近似した、高さ方向に延びる柱状部分の集合体を生成し、柱状部分毎に、柱状部分の高さに応じて予め定められた嵩密度を用いて、嵩密度と柱状部分の体積との積を、柱状部分の質量として算出し、柱状部分毎の質量の総和を、山積みされた堆積物の質量として算出することにより、物体の上部と下部で嵩密度に違いがあった場合でも、その点を考慮した質量の推定が可能となり、物体が山積みされた堆積物の質量を精度よく推定できる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る質量推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】３次元形状及び柱状部分の集合体の例を示す図である。
【図３】柱状部分の高さの各々の例を示す図である。
【図４】２つの種類が異なる鋼材原料の高さと質量指標の関係の一例を示すグラフである。
【図５】鋼材原料をバケットに投入した時の高さと投入質量の関係の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る質量推定装置における質量推定処理ルーチンを示すブロック図である。
【図７】物体が山積みされた堆積物の例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
＜本発明の実施の形態に係る質量推定装置の構成＞
【００１５】
次に、本発明の実施の形態に係る質量推定装置の構成について説明する。なお、本実施の形態では、物体が鋼材原料であり、鋼材原料が山積みされた堆積物の質量を推定する質量推定装置に、本発明を適用した場合について説明する。
【００１６】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る質量推定装置１００は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する質量推定処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この質量推定装置１００は、機能的には図１に示すように入力部１０と、演算部２０と、出力部５０とを備えている。
【００１７】
入力部１０は、ステレオカメラを備えており、鋼材原料が山積みされた堆積物を撮像する。なお、使用可能なステレオカメラには、特に制限はないが、撮像する堆積物である物体を構成するものの大きさや粒度に応じて、適した分解能（画素数）のステレオカメラを選択することが望ましい。また、入力部１０は、ステレオカメラに限らず、タイムオブライト方式の測距計を用いた方式や、三角測量法など、対象の３次元形状を測定できる方法であれば何を用いても良い。
【００１８】
また、入力部１０は、マウスやキーボードを備えており、堆積物の鋼材原料の種類の入力を受け付ける。
【００１９】
演算部２０は、計測部３０と、形状近似部３２と、嵩密度テーブル記憶部３４と、柱質量算出部３６と、堆積物質量算出部３８とを含んで構成されている。
【００２０】
計測部３０は、入力部１０で撮像されたステレオ画像に基づいて、図２（Ａ）に示すような、鋼材原料が山積みされた堆積物の３次元形状を計測する。
【００２１】
形状近似部３２は、計測部３０で計測された３次元形状に基づいて、図２（Ｂ）に示すような、３次元形状を近似した、高さ方向に延びる四角柱部分の集合体を生成する。ここで、鋼材原料の大きさに応じて、四角柱部分の底面の大きさを予め定めておき、入力部１０で受け付けた鋼材原料の大きさに応じて定められた底面を有する四角柱部分を用いて、四角柱部分の集合体を生成する。例えば、底面の大きさは、鋼材原料の裁断サイズが大きい場合には底面の大きさを大きく取り、鋼材原料が細かい場合には底面の大きさを小さく取るように予め定めておくことができる。例えば、砂状の物体（例えば、粉末石灰等）のように粒子が細かいものであれば、底面の大きさは、３次元形状を計測可能な分解能まで小さくしたほうが形状の近似精度は向上する。一方、物体を構成する粒子がこぶし大（例えば、石炭石等）であれば、砂状の物体の場合ほど小さな底面とする必要は無く、粒子サイズの二分の一程度の底面の大きさで十分といえる。このように底面の大きさを、物体を構成するものの大きさや物体の粒度に応じて３次元形状を計測可能な分解能まで小さくすることで、近似精度を向上させることができる。これにより、必要以上の画素分解能を準備しておく必要はなくなり、設備の低コスト化につながる。また、画像処理の量も減り計算コストが少なくて済む。このように底面の大きさを、物体を構成するものの大きさや物体の粒度に応じて３次元形状を計測可能な分解能に選定することにより、近似精度とシステムコストのバランスを取った構成とすることができる。
【００２２】
嵩密度テーブル記憶部３４には、鋼材原料の種類毎に、四角柱部分の高さの各々に対応する嵩密度を格納した嵩密度テーブルが記憶されている。図３に示すように、四角柱部分の高さごとに異なる積み上げ時の質量を事前に計測しておき、高さの各々の嵩密度を求めておく。本実施の形態では、鋼材原料の種類毎に、鋼材原料を埋設装入バケットに投入して、積み上げ時の質量の推移を計測した。測定結果の深さと鋼材原料の質量との推移に基づいて、鋼材原料の堆積物の高さに対する質量指標が得られる。図４に、種類が異なる２つの鋼材原料の高さと質量指標との関係を表すグラフの一例を示す。直線の軌跡が描かれた関数は、山積みされても嵩密度が一様となる鋼材原料の質量指標の一例であり、放物線状の軌跡が描かれた関数は、山積みされると嵩密度が変化する鋼材原料の質量指標の一例である。嵩密度が一様となる鋼材原料の質量指標は積み上げ高さにほとんど正比例して増加していくが、嵩密度が変化する鋼材原料は積み上げ高さが高くなるほど下部が圧縮されて嵩密度が増加するため、積み上げ高さに応じて質量指標の増加率は高くなる。なお、図５は鋼材原料をバケットに投入した時の高さと投入質量の関係を表している。本発明においては、いずれの傾向を示す鋼材原料においても精度よく質量を推定することができる。
【００２３】
柱質量算出部３６は、四角柱部分毎に、当該四角柱部分の高さと堆積物の鋼材原料の種類とに応じて予め定められた嵩密度を用いて、嵩密度と当該四角柱部分の体積との積を、当該四角柱部分の質量として算出する。ここで、当該四角柱部分の高さに応じて予め定められた嵩密度は、嵩密度テーブル記憶部３４に記憶された嵩密度テーブルを参照し、当該四角柱部分の高さと堆積物の鋼材原料の種類とに対応した嵩密度を、当該四角柱部分の嵩密度とする。このようにして質量を算出することにより、山の上部と下部で嵩密度に差がある堆積物であっても精度よく質量を推定することができる。
【００２４】
堆積物質量算出部３８は、柱質量算出部３６により算出された四角柱部分毎の質量の総和を、山積みされた堆積物の質量として算出する。
【００２５】
＜本発明の実施の形態に係る質量推定装置の作用＞
【００２６】
次に、本発明の実施の形態に係る質量推定装置１００の作用について説明する。入力部１０において山積みされた堆積物を撮像して、画像を生成すると共に、堆積物の鋼材原料の種類の入力を受け付けると、質量推定装置１００は、図６に示す質量推定処理ルーチンを実行する。
【００２７】
まず、ステップＳ１００では、入力部１０で撮像された画像に基づいて、鋼材原料が山積みされた堆積物の３次元形状を計測する。
【００２８】
次に、ステップＳ１０２では、ステップＳ１００で計測された３次元形状と、入力された堆積物の鋼材原料の種類とに基づいて、３次元形状を近似した、高さ方向に延びる四角柱部分の集合体を生成する。
【００２９】
ステップＳ１０４では、四角柱部分毎に、入力された堆積物の鋼材原料の種類と当該四角柱部分の高さとに応じて予め定められた嵩密度を用いて、嵩密度と当該四角柱部分の体積との積を、当該四角柱部分の質量として算出する。
【００３０】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で算出された四角柱部分毎の質量の総和を、山積みされた堆積物の質量として算出する。
【００３１】
そして、ステップＳ１０８では、ステップＳ１０６で算出された山積みされた堆積物の質量を出力部５０に出力して処理を終了する。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態に係る質量推定装置によれば、計測した３次元形状と、堆積物の鋼材原料の種類とに基づいて、３次元形状を近似した、高さ方向に延びる四角柱部分の集合体を生成し、四角柱部分毎に、堆積物の鋼材原料の種類と四角柱部分の高さに応じて予め定められた嵩密度を用いて、嵩密度と四角柱部分の体積との積を、四角柱部分の質量として算出し、四角柱部分毎の質量の総和を、山積みされた堆積物の質量として算出することにより、鋼材原料のように山の上部と下部で嵩密度に差異のあるような山積みされた堆積物であっても、その質量を精度良く推定できる。
【００３３】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００３４】
例えば、上述した実施の形態では、鋼材原料が山積みされた堆積物に本発明を適用した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、物体が山積みされた堆積物であれば、どのような物体であっても適用が可能であることは勿論である。
【００３５】
また、堆積物の３次元形状を近似した四角柱部分の集合体を生成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、柱状部分（例えば、四角柱以外の角柱や円柱など）の集合体を生成しても良い。
【００３６】
また、鋼材原料の嵩密度は、前述のとおり鋼材原料の種類毎に積み上げ高さ毎の質量を測定し、算出することが望ましいが、実測により算出された、いくつかの積み上げ高さと嵩密度の関係に基づいて、実測していない積み上げ高さにおける嵩密度を推定し、その推定値を嵩密度テーブルに格納しておくことにより、実測していない積み上げ高さに対する嵩密度を算出するようにしてもよい。この場合、実際には測定困難な高さを有する堆積物であっても、精度よく質量が推定される。
【００３７】
さらに、実際に山積みされた鋼材原料の実測された質量を基に嵩密度テーブルに格納された嵩密度値の推定値を補正することで、当該鋼材原料の質量推定の精度が向上する。
【符号の説明】
【００３８】
１０   入力部
２０   演算部
３０   計測部
３２   形状近似部
３４   嵩密度テーブル記憶部
３６   柱質量算出部
３８   堆積物質量算出部
５０   出力部
１００ 質量推定装置
【図１】
2016088694.tif 000003
【図４】
2016088694.tif 000004
【図６】
2016088694.tif 000005
【図２】
2016088694.tif 000006
【図３】
2016088694.tif 000007
【図５】
2016088694.tif 000008
【図７】
2016088694.tif 000009