JP3975408B2 - 繊維面組織における欠陥を認識する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、繊維面組織における欠陥を認識する方法及び装置に関する。
Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｊｏｕｒｎａｌ ６３（４）、第２４４−２４６頁（１９９３）及び第４７４−４８２頁（１９９６）によれば、タイトル：“Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｅｔ Ｍａｒｋｓ ｂｙ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｓ”及び“Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆａｂｒｉｃ Ｄｅｆｅｃｔｓ Ｕｓｉｎｇ ａｎ Ａｒｔｉｆｉｃａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”において、繊維における欠陥の認識のためにニューロンの（ｎｅｕｒｏｎａｌｅ）ネットワークが利用できる提案が公知である。その際、まずネットワークのために所定の入力値が検出されるように処理される。このような入力値は、例えばフーリエ変換を受けた織物像に由来する所定の位置における織物内の糸の間の間隔又は全織物にわたるこの間隔の平均値、前記の間隔に対する値の標準偏差、糸質量又は強さ値である。これは、すべて測定量であり、これらの測定量は、織物からの量から多かれ少なかれ膨大な計算によって、まず取得しなければならない。
このような方法の欠点は、これらがそれほど融通性を持たないので、種々の織物における欠陥の認識が、あらかじめ行なわなければならない計算を前提とする点にある。したがって面組織からすべての可能な種類の面組織の表面構造に対して十分な欠陥認識システムの初期値を取出し、又は導き出すことは不可能である。それにもかかわらずこのことを近似的に達成しようとする場合、相応して多くの計算の手間の原因となるきわめて多くの異なった測定量が判定される。そのためにきわめて高速のかつ高価な計算機が使用される。
それ故に特許請求の範囲に特徴を示された本発明は、種々の繊維面組織を迅速に整合可能にかつ簡単に操作することができる、方法及び装置を提供するという課題を解決する。
このことは、現代の、望ましいコストのかつ並列動作する計算機を巧妙に利用することによって達成される。面組織は、周知のように、例えば線ごとにカメラによって走査され、このカメラは、メモリに供給を行なう。この時、この中に面組織の画点又は部分範囲の輝度又は強度に対する値が記憶される。それによりメモリは、時間とともに面組織の区間の画像を含む。この時、このメモリから関連する範囲からの値が並列に取出され、かつ並列にニューロンのネットワークに供給され、このネットワークは、あらかじめ欠陥認識をめざして訓練されている。ニューロンのネットワークは、結果として、調べられた範囲に欠陥があるかどうかを表示する。この結果は、別のメモリに読込まれ、このメモリは、面組織における範囲の位置を考慮しながらこの結果を記憶する。調べられた範囲が、次第に面組織の全幅を、したがってその長手方向における区間にわたっても面組織を線ごとに検出すると、調べられた区間における欠陥に関する最終的な表示が存在する。本発明によれば、それ自体周知のニューロンの分類器は、非直線フィルタとして利用され、かつ追加的な測定量による代わりに、ニューロンのネットワークのための入力値として、直接比較的大きな周囲（例えば１０×１００ピクセル）からの輝度値によって動作する。周囲は、面組織の表面においてピクセルごとに移動するので、フィルタ処理が実行される。分類器の出力端子に、フィルタ処理された２進画像が生じ、この２進画像内に面組織における欠陥が、はっきりと現われる。学習プロセスによって、フィルタ構造及びフィルタパラメータが自動的に検出され、かつこのようにして任意の、構造化された、ないし小さくパターン化された表面に整合する。学習プロセスは、欠陥を含むほぼ２０ないし１００の画像パターンの原稿によって、かつ欠陥を含まない同程度に多くの画像パターンによって行なうことができる。織物においてたて−又はよこいと方向に配向された入力周囲に対して２つのニューロンのネットワークにフィルタを分割することによって、よこ−及びたていと欠陥の間の区別は、さらに促進することができる。
本発明により達成される利点は、とくにこのような装置が、望ましいコストの、簡単な、並列に動作するかつニューロンのネットワークに対して最適化された計算機から構成することができる点にある。すべての入力値の並列処理によって、きわめて高い計算能力（例えば数ギガＭＡＣ（多重累算））が達成されるので、調査の結果は、高い製品経路速度の際にも継続的に検出することができる。このような計算機は、かなりの程度まで個々のシリコンチップに集積化することができ、かつ補助ボードの形にしてパーソナルコンピュータ内に挿入することができる。このようなプリント板に対する例として、ここではニューオプティク・テクノロジー・インク社のＰＡＬＭ ＰＣボード、及びアダプティヴ・ソリューション社のＣＮＡＰＳ ＰＣボードを挙げておく。このようにして例えば１２０ｍ／ｍｉｎの高い検査能力が可能である。
学習能力は、面組織の例えば目によって欠陥がないと認められた区間及び欠陥を含んだ区間によって、全く簡単に行なうことができる。加えて欠陥認識の感度は、入力値を取出す範囲の特別の形及び配向によって高めることができる。簡単な学習過程によって、面組織の種々の構造への整合の能力は大きい。本発明は、構造化されかつパターン化された表面のために利用することができる。
次に本発明を例によりかつ添付の図面を引用して詳細に説明する。ここでは：
図１は、種々の特徴を概略的に暗示した繊維面組織の一部を示し、
図２は、非直線フィルタ操作の概略的な表示を示し、
図３は、欠陥マークを有する面組織の画像を示し、
図４は、本発明による装置の概略的な表示を示し、かつ
図５は、装置の一部の概略的な表示を示している。
図１は、面組織１の、ここでは例えば織物の一部を示しており、この織物は、たていと２及びよこいと３から構成されているが、ここではそのうちいくつかのわずかなものだけが示されている。さらに例えば線カメラによって検出することができるようないくつかの線４が図示されており、この線カメラは、全面組織を検出するように、面組織１をカバーする。このような線４は、線の間にすき間を空けないように、重なって配置されていてもよい。さらに範囲５及び６が認められ、これらの範囲は、それぞれ７２の部分範囲７及び５６の部分範囲８からなる。このような範囲５、６は、所定の期間にわたってのみ定義されており、かつそれにより別の時間にわたって、同じ形及び大きさであるが、別の位置に定義される。５ａ、５ｂ及び６ａ、６ｂによって、別の位置にある別のこのような範囲が示されており、その際、連続する期間にわたって定義される複数の範囲５、５ａ、５ｂ及び６、６ａ、６ｂは重なっている。なるべくこれらの範囲は、連続する範囲５、５ａ、５ｂ及び６、６ａ、６ｂが１つの部分範囲７、８だけ互いにずれているように、時間とともに矢印９の方向に、面組織１の幅にわたって伝わる。
図２は、概略的にかつ平面１３内に配置されて、入力値１４ａ、１４ｂ、１４ｃ等を有する記憶内容を示しており、これらの入力値は、センサ又はカメラによって検出されるような面組織の輝度又は灰色値を示している。平面１５に出力値又は結果として、信号が示されており、これらの信号のうちここでは信号１６だけが明らかであり、この信号は、なるべく２つの可能な状態：すなわち欠陥又は欠陥なしを表示することができる。この表示を機能的に解釈すれば、平面１３と１５の間に非直線フィルタ操作が存在する。しかしこの表示は、装置の構成の意味において解釈することもできる。この時、１７によって中間計算機が、かつ１６によって出力計算機が示されている。入力値１４は、ニューロンのネットワークの入力ニューロンと、中間計算機１７は隠れたニューロンと、かつ出力計算機１６は出力ニューロンと解釈することができる。
図３は、面組織１の１つの区間の画像１０を拡大した表示で示している。ここには、欠陥を含んだ２つの領域１１及び１２がマークされている。これらの領域１１、１２は、図１による部分範囲から構成されているので、ここにおいて明らかなように、複数の部分範囲に１つの欠陥信号が割当てられており、かつこのようにして一緒になって領域１１及び１２を生じる。
図４は、本発明による装置の構成を概略的に示している。これは、面組織２０に直接並べて配置されたカメラ２１、例えばＣＣＤカメラ又は一般的に光電変換器を有し、この変換器は、メモリ２２に接続されている。この中に所定の時間にわたって、互いに並んだ複数の線４からの信号が記憶されている。これらの信号及び線は、ここにおいてＦＩＦＯ基本方式にしたがって管理される。メモリ２２は、非直線フィルタ２３に接続されており、このフィルタは、例えば適当なフィルタプログラムをロードされた計算機として構成することができる。フィルタプログラムは、ニューロンの分類器の原則にしたがって構成されているので、フィルタ２３は、フィルタ及び分類器の機能を実行する。これは、メモリ２４に接続されており、このメモリ内に、面組織上における範囲に対応付けして欠陥信号（又は非欠陥信号）が記憶されている。ここでも欠陥信号は、所定の期間にわたってメモリ２４内に記憶されたままであり、かつ欠陥信号は、同様にＦＩＦＯ基本方式にしたがって管理される。接続部２５を介してメモリ２４は、行程測定器又は長さコーダ２６に接続されているので、面組織２０に沿ったカメラ２１の現在の位置に関する表示は、メモリ２４内に受け入れることができる。繊維面組織２０における調査の結果を表示するために、表示ユニット２７は、メモリ２４に接続されており、この表示ユニットは、例えばプリンタとして又は画像スクリーンとして構成することができる。しかし表示ユニット２７の代わりに、処理ユニット、例えば計算機を設けてもよく、この処理ユニットは、メモリ２４の内容にそれ以上の分類を受けさせ、しかも図３からの領域１１及び１２のような欠陥領域を所定の判定基準と比較するので、これらを種々の様式の欠陥に対応付けることができるという意味において受けさせる。織物において欠陥は、このようにして例えばよこいと欠陥及びたていと欠陥に分類することができる。したがって図３において、領域１１はよこいと欠陥を、かつ領域１２はたていと欠陥を示している。
図５は、非直線フィルタ２３（図４）の区間を示しており、その際、ここではフィルタは、ニューロンのネットワークとして構成されている。これは、第１の層に配置されたプロセッサ３０及び第２の層に配置されたプロセッサ３５を含む。図２と比較して、プロセッサ３０は、中間計算機１７に対する例の構成と、かつプロセッサ３５は、出力計算機又は出力ニューロン１６に対するものと解釈される。プロセッサ３０は、所属のメモリ３２を有する複数の掛算器３１から構成されており、これらの掛算器は、すべて加算器３３に接続されている。その出力端子は、再び処理段３４に接続されており、この処理段は、非直線特性曲線を有する。掛算器３１は、入力値１４ａ、１４ｂ、１４ｃ等を収容するメモリ２４に接続されている。プロセッサ３５は、同様に構成されているが、その際、プロセッサ３０の処理段３４は、プロセッサ３５の掛算器３１に接続されている。これらは、出力値のための出力端子１６を有する。第１の層のプロセッサ３０に範囲のすべての入力値が加えられる図示された装置は、ここでは、純粋に同様なプロセッサ３０、３５からなる並列計算機として実現されている。
本発明による方法及び装置の動作は、次のとおりである：面組織１に関してまず、この中に又はここに接続されたフィルタ２３に、メモリ２２内のどの記憶場所から値を取出しかつフィルタ２３のための入力値として供給するかを判定する命令をあらかじめ与えることによって、メモリ２２内に範囲５、６が定義される。一方においてこのような範囲５、６は、側面を有するようにし、これらの側面は、面組織１のうちカメラが撮影する線４に対して平行になっている。他方において範囲は、なるべく主方向も有するようにし、この主方向は、面組織１の構造特徴に対して平行に整列されている。この場合、範囲５は、その主方向においてよこいと３に対して平行に、かつ範囲６は、たていと２に対して平行に整列されている。
フィルタ係数又はフィルタパラメータを設定するために、続いて学習段階が行なわれる。この学習段階においてカメラは、交互に、欠陥を含まない範囲に、かつ欠陥を含む範囲に向けられる。その際、そのたびごとにフィルタ２３が表示しようとする結果もあらかじめ与えられる。その際、フィルタを形成する計算機は、結果を送出するのではなく、結果と入力値からその係数及びパラメータを適応させるモードにおいて動作する。これらは、初期値としてまずランダムに、例えばメモリ３２における値として、又は処理段３４の非直線特性曲線のパラメータとしてあらかじめ与えられており、かつ所定の規則に従う学習プロセスによって適応されるので、フィルタは、所定の伝達関数を入手する。この過程は、なるべくすべてに対して一度ではなく、新しい面組織１、２０が張られるとき、そのたびごとに繰返される。
学習段階が終了したとき、計算機においてモードが切換えられ、欠陥の認識は、矢印９に対して垂直な方向に動く面組織１において行なうことができる。このことは、この時、カメラが、それ自体周知でありかつそれ故にここでは詳細に示さない様式で、矢印９の方向に面組織１にわたって動き、かつその際、線４を光学的に走査することを表わしている。その際、輝度又は色強度に関して検出された値は、メモリ２２に供給され、このメモリは、これらを例えば同様に線ごとに記憶する。メモリ２２から、範囲５、５ａ、５ｂ、６、６ａ、６ｂ等からなるすべての部分範囲７、８に対する値が、並列にフィルタ２３に供給され、このフィルタは、それぞれの範囲５、５ａ、５ｂ６、６ａ、６ｂごとに、出力値、結果又は信号１６（図３）を送出する。なるべく２進の様式のこの信号は、これが由来する範囲の位置に関する表示とともに、メモリ２４内に読込まれ、かつ複数の線４を検出するためにカメラ２１が必要とする時間の間にわたって記憶される。このようにしてメモリ２４内において、信号と記憶場所の対応付けが生じ、これらの信号は、図３から認められるように、画像１０に対応することができる。ここにおいてほとんどの場合に切離されてではなくグループになって生じるので、面組織１における欠陥を表示する領域１１、１２にまとめられた信号が認識可能である。この画像１０は、表示ユニット２７において可視化することもできる。
表示ユニット２７の代わりに、処理ユニットが設けられている場合、これは、計算機として構成されており、この計算機は、例えば“ラファエル、Ｃ．、ゴンザレス及びポール、ウインツ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、アディソン−ウエスレイ出版社、リーディング・マサチューセッツ、１９８７”に記載されたような適当な方法にしたがって、個々のピクセルを領域にまとめるために、画像のセグメント化を行なうことができる。
非直線フィルタ２３が図５による構成を有する場合、範囲５、６に相応して選択された入力値１４ａ、１４ｂ、１４ｃ等は、すべて第１の層のそれぞれのプロセッサ３０に供給される。したがってそれぞれのプロセッサ３０は、範囲が部分範囲を有する程度に多くの掛算器を有する。掛算器において入力値１４は、メモリ３２に記憶された係数と掛け算され、かつ続いて加算器において加算されるので、範囲のすべての入力値から構成された混合値が生じる。この混合値は、さらに処理段３４の非直線特性曲線によって変形される。変形された混合値は、再び第２の層のプロセッサ３５に供給され、ここにおいてこれらは、プロセッサ３０におけると同様に処理される。それによりそれぞれの範囲に対して、出力端子１６に出力値が生じる。これらの出力値は、メモリ２４に供給され、かつここにおいて図３に示すようにファイルされる。
本発明をここではとくに織物の例について説明したとはいえ、これを編まれた又は同様に組織化された面組織に適用することは、全く同様に良好に可能である。この時とくに、範囲５及び６の主軸が、パターン又は編物の突出した線に対して並列に整列されているように整列されることに注意する。その際、範囲５、６の主軸を任意に（直角ではなく）配置し、かつ範囲を伝え又は移動するために矢印９に相当するものとは別の方向を選択することも可能である。

Claims (9)

1. 繊維面組織（１）における欠陥を認識する方法であって、範囲（５）の複数の部分範囲（７，８）に対して、面組織からそれぞれの部分範囲における輝度に関する値を検出し、これらの値を、入力値（１４）として非直線フィルタ操作に並列に供給するものにおいて、
   範囲（５）のすべての部分範囲（７）により入力値（１４）を形成し、
   時間間隔を置いて、前に形成された範囲（５）と重なる別の範囲（５ａ，５ｂ）を形成し、
   連続して重なる範囲（５，５ａ，５ｂ）に対してフィルタ操作を反覆し、
   フィルタ操作の結果として、範囲（１５）に欠陥があるか否かを表示する信号を出力する
   ことを特徴とする、欠陥を認識する方法。
2. 学習可能なニューロンのネットワークにおいてフィルタ操作を行ない、続いて所定の判定基準により認識された欠陥の分類を行なうことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 範囲（５，６）が主方向を有し、この主方向が、面組織の構造特徴（２，３）に対して平行に向けられていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 複数の異なった向きの範囲（５，６）から入力値を検出することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. フィルタ操作のためのフィルタ係数を一度にかつランダムにあらかじめ与え、続いて学習プログラムにおいて変更することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 画像撮影装置（２１）、複数の部分範囲の値のためのメモリ（２２）、非直線フィルタ（２３）及び欠陥に対応する値のためのメモリ（２４）の直列回路を特徴とする、請求項１に記載の方法を実施する装置。
7. 非直線フィルタ（２３）として、ニューロンのネットワークが設けられており、このネットワークが、分類器として動作することを特徴とする、請求項６に記戟の装置。
8. ニューロンのネットワークが、並列計算機として構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 並列計算機が、複数の同様なプロセッサ（３０，３５）からなることを特徴とする、請求項８に記載の装置。

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