JP5587030B2 - 原木木口の外周エッジ検出装置および外周エッジ検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、原木木口の外周エッジ検出装置および外周エッジ検出方法に関し、特に、原木の木口の外周エッジを画像処理によって検出する装置に用いて好適なものである。

循環可能な資源である木材を永続的に利用しようとしていく中で、林地残材として放置されている間伐材などの小径な原木を、付加価値のある有用な部材に加工する技術の開発が望まれている。その１つとして、ベニヤレースと呼ばれる切削装置で原木からシート状のベニヤ単板を切削し、複数枚のベニヤ単板を積層接着して作る単板積層材（ＬＶＬ）や合板が注目されている。

ベニヤレースでは、先端に爪部（チャック）を備えたスピンドルによって原木の両木口を軸支し、原木を回転させながら、ナイフを取り付けた鉋台を所定の速さで原木の回転軸心に向かって移動させることによって、一定の厚さのベニヤ単板を製造する。

複雑な形状をなす原木から歩留まり良くベニヤ単板を加工するためには、ベニヤレースで原木を切削するときの回転軸心である切削軸心を決定する工程が重要となる。具体的には、原木の木口の形状をあらかじめ測定し、その測定形状から最も歩留まりよくベニヤ単板を得るための切削軸心を求める必要がある。そのためには、木口の形状をより正確に把握することが求められる。

従来、木口の形状を測定する方法として、様々なものが提供されている。例えば、仮の回転軸を中心として原木を回転させながら、非接触型または接触型のセンサを用いて原木の外周形状を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このように原木の外周を輪切り状に捉えていく測定方法では、木口の外周形状を正確に再現するためには外周上の測定ポイントを多くする必要があり、処理するデータ量は膨大となる。また、原木の数箇所の測定ポイントで外周形状を測定するために原木を１回転させなければならないので、測定に時間がかかってしまう。

これに対し、カメラで撮影した原木の両木口面の画像を処理することによって木口の形状を検出する手法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の技術では、カメラにより撮影された両木口面の画像の色彩に基づいて、回転中心軸に対する両木口面の心材部分の輪郭を計測し、心材部分の全体形状を推測するようになされている。ここでは木口面の心材部分の輪郭を計測しているが、木口面の外周エッジを計測することに応用することも可能である。

特開２００４−３３８３９１号公報 特開２０１０−４６９３７号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載の技術では、全ての原木について木口の外周エッジを正確に検出することができるとは限らないという問題があった。すなわち、切断してから時間が経っていないスギの辺材部のように、木口外周部が白色をなし、背景色に対して明確な差の得られる原木の木口については、画像処理によって木口の外周エッジを正確に検出することができる。しかし、木口外周部の色が背景色に対して明確な差がない場合は、外周エッジを正確に検出することができなかった。

つまり、切断してから時間が経ち、変色菌が浸入したことより黒色に変色してしまった木口や、色が濃い樹種の木口の場合は、背景色に対して明確な差を検出することができないため、木口の外周エッジを検出することができなかった。その場合は、作業者が手動で切削軸心を設定しなければならなくなる。そのため、生産効率が悪くなるとともに、切削軸心を求める精度も低くなり、製品歩留まりが低下するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、原木の木口の色によらず、木口の外周エッジを精度良く検出できるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、画像内で原木の写る位置が異なるようにして原木の木口について撮像された２つの画像をそれぞれ第１画像および第２画像とし、第１画像と第２画像との間で対応する画素の変位量を表す視差を各画素の画素値として表した視差マップを作成する。そして、視差マップにおいて所定の中心区域の画素値またはその平均値と画素値の差が所定の範囲内となる画素の領域を木口領域として特定し、当該木口領域の外周エッジを木口外周エッジとして特定するようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、第１画像および第２画像に含まれる被撮像物のうち、撮像装置との距離が同じ被撮像物については視差の値（視差マップ上の画素値）が同じ値となり、撮像装置との距離が異なる被撮像物については視差の値が異なる値となる。すなわち、撮像装置との距離が大きいほど視差は小さくなり、撮像装置との距離が小さいほど視差は大きくなる。そのため、原木の木口面については視差の値がほぼ同じとなり、木口面の周りの背景部分については視差の値が異なるようになる。よって、視差の値がほぼ同じ木口面の領域を木口領域として特定することができ、その木口領域の外周エッジを木口外周エッジとして特定することができる。これにより、従来は原木木口の色の状態によって外周エッジを検出することができなかった原木に対しても、視差に基づいて精度よく木口の外周エッジを検出することができるようになる。

本実施形態による原木木口の外周エッジ検出装置を適用したエッジ検出システム全体の構成例を示す図である。 図１に示したエッジ検出システムの一部構成例を示す斜視図である。 本実施形態による原木木口の外周エッジ検出装置が備えるコンピュータの機能構成例を示す図である。 本実施形態の第１画像および第２画像の例を示す図である。 本実施形態の移動物体エリア抽出部による差分処理を説明するための図である。 本実施形態の視差マップ作成部による視差の算出方法を説明するための図である。 本実施形態の視差マップ作成部により視差を求める際の類似度の算出方法を説明するための図である。 本実施形態の視差と類似度との関係を示す図である。 本実施形態の視差マップ作成部により作成される視差マップの一例を示す図である。 本実施形態の木口外周エッジ特定部により特定される木口外周エッジの例を示す図である。 本実施形態による支持台の移動前後の第１画像と第２画像との位置関係を示す図である。 本実施形態による支持台の移動前後の原木と支持台とカメラとの位置関係を示す図である。 本実施形態による外周エッジシステムの動作例を示すフローチャートである。 本実施形態による視差マップ作成処理の詳細を示すフローチャートである。 本実施形態の支持台をＹ軸方向に往復移動自在に設置する場合の構成例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による原木木口の外周エッジ検出装置を適用したエッジ検出システム全体の構成例を示す図である。図２は、図１に示したエッジ検出システムの一部構成例を示す斜視図である。図３は、本実施形態による原木木口の外周エッジ検出装置が備えるコンピュータの機能構成例を示す図である。

図１および図２に示すように、本実施形態によるエッジ検出システムは、カメラ１Ａ，１Ｂ、照明装置２Ａ，２Ｂ、支持台３Ａ，３Ｂ、左右移動装置４Ａ，４Ｂ、上下移動装置５Ａ，５Ｂ、インタフェースボード６およびコンピュータ７を備えて構成されている。このうち、コンピュータ７が原木木口の外周エッジ検出装置に相当する。

カメラ１Ａ，１Ｂは、原木１００の両端側に設置された撮像装置であり、原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂを撮像する。カメラ１Ａ，１Ｂにより撮像される画像には、原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂだけでなく、周辺の背景も写り込んでいる。カメラ１Ａ，１Ｂは、インタフェースボード６を通じてコンピュータ７に接続されており、カメラ１Ａ，１Ｂにより撮像された画像は、コンピュータ７の画像メモリに格納されるようになっている。なお、説明の都合上、撮像面上の横軸をＸ軸、縦軸をＹ軸、カメラ１Ａ，１Ｂの光軸をＺ軸とする。

照明装置２Ａ，２Ｂは、原木１００の両木口１０１Ａ，１０１Ｂに向けて設置されており、カメラ１Ａ，１Ｂによる撮像時に原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂを十分な明るさで照明する。照明装置２Ａ，２Ｂは、エレクトロニックフラッシュのような発光装置であっても良い。

支持台３Ａ，３Ｂは、原木１００を長手方向（Ｚ軸方向）の２箇所で支持する支持部材である。この支持台３Ａ，３Ｂは、断面がＶ形状の支持部を有しており、原木１００の自重により原木１００の略円形をした断面の中心がＶ形状の折れ点のほぼ真上に位置するようになっている。

左右移動装置４Ａ，４Ｂは、２つの支持台３Ａ，３Ｂにそれぞれ備えられ、コンピュータ７からの移動命令信号により作動し、カメラ１Ａ，１Ｂの光軸方向（Ｚ軸方向）と直交する方向に支持台３Ａ，３Ｂを移動させる。本実施形態では、左右移動装置４Ａ，４Ｂは、支持台３Ａ，３ＢをＸ軸方向に、第１位置から第２位置へ移動させるように構成されている。これにより、支持台３Ａ，３Ｂの移動と共に原木１００も第１位置から第２位置へ移動する。

上述したカメラ１Ａ，１Ｂは、第１位置および第２位置のそれぞれにおいて、原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂを撮像する。図４は、第１位置および第２位置で撮像された画像（それぞれ第１画像、第２画像という）を示す図である。なお、図４は、一方の木口１０１Ａ側の撮像画像を示すものであり、支持台３Ａ、左右移動装置４Ａおよび原木１００以外の背景は図示を省略している。

本実施形態において、第１位置とは、原木１００の両木口１０１Ａ，１０１Ｂが撮像面の略中心に位置する仮心位置である。第２位置とは、第１位置からＸ軸方向へ任意の距離ｓ（ｍｍ）移動した位置である。本実施形態では、左右移動装置４Ａ，４Ｂをエアーシリンダにより構成し、Ｘ軸方向に距離ｓだけ支持台３Ａ，３Ｂを移動させる。

上下移動機構５Ａ，５Ｂは、カメラ１Ａ，１Ｂによって第１画像および第２画像を撮像するときに、木口１０１Ａ，１０１Ｂが撮像面の略中心となる位置（仮心位置）へ原木１００を位置出しするために、支持台３Ａ，３ＢをＹ軸方向に移動させる。本実施形態では、前工程においてレーザ距離計等を用いてあらかじめ粗い精度で測定された原木１００の仮直径に従って、上下移動機構５Ａ，５Ｂにより支持台３Ａ，３Ｂを仮心位置まで上昇させる。

図３に示すように、コンピュータ７は、画像処理プロセッサ１０、マイコン等の制御部２０、画像メモリ３０およびＲＯＭ４０を備えている。制御部２０は、左右移動装置４Ａ，４Ｂおよび上下移動機構５Ａ，５Ｂに移動命令信号を出力し、支持台３Ａ，３Ｂを移動させる。また、制御部２０は、カメラ１Ａ，１Ｂに撮像命令信号を出力し、第１画像および第２画像を撮像させる。すなわち、制御部２０は、支持台３Ａ，３Ｂが第１位置にあるときにカメラ１Ａ，１Ｂにより第１画像を撮像するように制御し、支持台３Ａ，３Ｂを第１位置から第２位置へ移動させた後、カメラ１Ａ，１Ｂにより第２画像を撮像するように制御する。

画像メモリ３０は、カメラ１Ａ，１Ｂにより撮像されインタフェースボード６によりコンピュータ７内に取り込まれた画像や、画像処理プロセッサ１０による画像処理中の画像を格納する。画像処理プロセッサ１０は、画像メモリ３０に格納された画像に対して、ＲＯＭ４０に格納された木口エッジ検出プログラムに従って以下に述べるような画像処理を行う。なお、木口エッジ検出プログラムは、ＲＯＭ４０の代わりに、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ、半導体メモリ等の他の記録媒体に格納しても良い。

画像処理プロセッサ１０は、その機能構成として、画像取得部１１、移動物体エリア抽出部１２、視差マップ作成部１３、木口領域特定部１４、木口外周エッジ特定部１５および木口距離算出部１６を備えている。画像取得部１１は、カメラ１Ａ，１Ｂに対する原木１００の相対的な位置がＸ軸方向に異なる状態で（すなわち、原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂが第１位置および第２位置にある状態で）カメラ１Ａ，１Ｂにより木口１０１Ａ，１０１Ｂについて撮像された２つの画像（第１画像および第２画像）をそれぞれ取得する。

移動物体エリア抽出部１２は、図５に示すように、第１画像と第２画像との差分をとることにより、左右移動装置４Ａ，４Ｂにより移動された物体（被撮像物）が移動前後に存在する画像上のエリアを移動物体エリア５０として抽出する。本実施形態において、撮像画像の中で移動している物体は、支持台３Ａ，３Ｂ、左右移動装置４Ａ，４Ｂのシリンダ部分および原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂであり、それ以外の部分は移動していない。

具体的には、移動物体エリア抽出部１２は、第１画像の各画素値から第２画像の各画素値を減じることにより、差分処理画像を生成する。この差分処理画像においては、木口１０１Ａ，１０１Ｂの周辺に写り込んだ背景などのように、物体が移動していない領域では全て差分値がゼロとなる。一方、移動物体の輪郭部分では差分値がゼロ以外の値となる。これにより、移動物体エリア抽出部１２は、移動物体が第１画像上で存在している領域と、第２画像上で存在している領域とを合わせた領域を移動物体エリア５０として抽出することができる。

視差マップ作成部１３は、第１画像の各画素について、第１画像と第２画像との間で対応する画素の変位量（画素数）を表す視差を算出し、当該視差を各画素の画素値として表した視差マップを作成する。視差は、カメラ１Ａ，１Ｂと被撮像物との距離に応じて異なる値をとる。すなわち、カメラ１Ａ，１Ｂとの距離が大きい被撮像物ほど視差は小さくなり、カメラ１Ａ，１Ｂとの距離が小さい被撮像物ほど視差は大きくなる。したがって、第１画像および第２画像に含まれる被撮像物のうち、カメラ１Ａ，１Ｂとの距離が同じ被撮像物については視差（視差マップ上の画素値）が同じ値となり、カメラ１Ａ，１Ｂとの距離が異なる被撮像物については視差が異なる値となる。

ここで、視差マップ作成部１３による視差の求め方について、図６〜図８を用いて具体的に説明する。図６は、視差の算出方法を説明するための図である。図７は、視差を求める際の類似度の算出方法を説明するための図である。図８は、視差と類似度との関係を示す図である。

まず、視差マップ作成部１３は、図６に示すように、基準とする第１画像の注目画素（座標を（ｍ，ｎ）とする）およびこれに隣接する近傍画素に、３×３画素のウィンドウ５１を設定する。同様に、比較する第２画像の同じ座標（ｍ，ｎ）にも３×３画素のウィンドウ５２を設定する。そして、２つのウィンドウ５１，５２の類似度Ｒを算出する。

類似度Ｒとは、比較した２点の一致の度合いを表した指標である。図７に示すように、基準とする第１画像のウィンドウ５１の注目画素値をａ、近傍の画素値をａ_１〜ａ_８とする。また、比較する第２画像のウィンドウ５２の比較画素値をｂ、近傍の画素値をｂ_１〜ｂ_８とする。この場合に視差マップ作成部１３は、例えば、類似度ＲをＲ＝Σ(ａ_ｋ−ａ)(ｂ_ｋ−ｂ)の式により求める。

次いで、視差マップ作成部１３は、図６に示すように、比較する第２画像のウィンドウ５２をＸ軸方向（原木１００を第１位置から第２位置へと移動する方向）へ１画素ずらし、類似度Ｒを算出する。以降も同様に、第２画像のウィンドウ５２を順次１画素ずらして類似度Ｒを算出していき、これを比較画素の座標が（ｍ＋ｄ_max，ｎ）となるまで繰り返す。その結果をグラフに表すと、図８のようになる。

図８に示すように、基準とする第１画像のウィンドウ５１と、比較する第２画像のウィンドウ５２とが類似し、ウィンドウ５１の注目画素（ｍ，ｎ）とウィンドウ５２の比較画素（ｍ＋ｄ，ｎ）とが互いに対応する点と言えるとき、類似度Ｒは最大値を示す。その場合におけるＸ軸方向の変位量を示す画素数ｄが、第１画像の座標（ｍ，ｎ）における注目画素の視差となる。なお、ｄ_maxは視差の上限設定値のことであり、カメラ１Ａ，１Ｂの解像度とシステム構成と投入する原木１００の許容長さとによって、あらかじめ適宜設定する。例えば、ｄ_max＝４０画素とする。

ここで、図８について詳述すると、実線５３は、原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂの中心区域内における画素を注目画素とした場合の類似度Ｒを表したものである。破線５４は、支持台３Ａ，３Ｂの領域内における画素を注目画素とした場合の類似度Ｒを表したものである。類似度Ｒの最大値を示した点における画素の変位量が視差になるので、木口１０１Ａ，１０１Ｂの中心区域内における画素は視差ｄが３５画素、支持台３Ａ，３Ｂの領域内における画素は視差ｄが２５画素となる。

視差ｄの大きさはカメラ１Ａ，１Ｂから被撮像物までの距離に応じて変わり、視差ｄが大きいと被撮像物はカメラ１Ａ，１Ｂに近く、視差ｄが小さくなるに従い被撮像物は遠方に位置するものと言える。よって、図８の例は、支持台３Ａ，３Ｂが原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂより遠方に位置することを示している。

視差マップ作成部１３は、上述した方法を用いて、注目画素の座標（ｍ，ｎ）を順次移動させて、基準とする第１画像の全領域について視差ｄを求める。そして、第１画像の各画素について求めた視差ｄを各画素の画素値とすることにより、視差マップを作成する。

図９は、視差マップ作成部１３により作成される視差マップの一例を示す図である。図９において、画像内の数値は視差ｄの値を示している。図９に示すように、視差マップは、同じ視差ｄの値を示す画素群が画像上でマップ化された（区分けされた）状態となっている。すなわち、視差マップは、カメラ１Ａ，１Ｂとの距離が同じ被撮像物の領域はほぼ同じ画素値を示すという特徴がある。なお、図９では画素値を示していない空白の領域があるが、これは説明の便宜上省略しただけであって、実際には視差に応じた画素値（ほぼゼロに近い値）が存在する。

木口領域特定部１４は、カメラ１Ａ，１Ｂとの距離が同じ被撮像物の領域はほぼ同じ画素値を示すという視差マップの特徴を利用し、木口１０１Ａ，１０１Ｂの領域を特定する。具体的には、木口領域特定部１４は、視差マップ作成部１３により作成された視差マップにおいて、所定の中心区域の画素値（視差ｄの値）またはその平均値と画素値の差が所定の範囲内となる画素の領域を木口領域として特定する。

例えば、木口領域特定部１４は、図９に示すように、木口１０１Ａ，１０１Ｂの中心辺りである撮像面の中心部に任意の大きさの中心区域６０（破線で示す区域）を設定し、その中心区域６０内の画素の平均画素値Ａｖを求める。そして、木口領域特定部１４は、視差マップにおいて、各画素値と平均画素値Ａｖとの差が所定の許容範囲α内である画素の領域を木口領域６１（太い実線で示す領域）として特定する。

なお、中心区域６０の大きさは、エッジ検出システムに投入する最小原木径より小さい区域であればよい。具体的には、最小原木径、カメラ１Ａ，１Ｂの解像度、カメラ１Ａ，１Ｂと原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂとのおおよその距離によってあらかじめ中心区域６０を設定しておく。本実施形態では、撮像面の中心部分に直径１００画素の円を設定し、これを中心区域６０とする。

続いて許容範囲αについて説明する。原木１００の木口面は、原木１００の外周面に対して必ずしも直角ではなく、ほとんどの原木１００は傾斜して切断されている。そのため、支持台３Ａ，３Ｂに支持された原木１００の木口面とカメラ１Ａ，１Ｂとの距離は必ずしも一定の距離になっておらず、木口１０１Ａ，１０１Ｂとして形状を捉えるためには、許容誤差の範囲を設定する必要がある。具体的には、原木１００の状態、カメラ１Ａ，１Ｂの解像度、カメラ１Ａ，１Ｂと原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂとのおおよその距離によって許容範囲αをあらかじめ設定する。本実施形態では、許容範囲α＝２画素とした。

図９に示すように、視差マップの中心区域６０内における画素値の平均値Ａｖは“３５”であるとする。この場合、木口領域６１を特定する画素値の範囲（Ａｖ−α〜Ａｖ＋α）は“３３”〜“３７”となり、木口領域特定部１４はこの範囲の画素値を示す領域を木口領域６１として特定する。なお、支持台３Ａ，３Ｂの領域６２は画素値が“２５”となっているので、許容範囲αの範囲を超えており、木口領域６１としては特定されない。

木口外周エッジ特定部１５は、木口領域特定部１４により特定された木口領域６１のうち、移動物体エリア抽出部１２により抽出された移動物体エリア５０内で特定された木口領域６１の外周エッジを木口１０１Ａ，１０１Ｂの外周エッジとして特定する。図１０は、木口外周エッジ特定部１５により特定される木口外周エッジの例を示す図である。図１０に示すように、移動物体エリア５０内に絞って木口領域６１の外周エッジを特定することにより、移動物体エリア５０外における周辺背景の映り込みのノイズ領域６４を除去し、木口外周エッジ６３だけを精度よく特定することができる。

木口距離算出部１６は、視差マップの特徴を利用して、カメラ１Ａ，１Ｂと原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂとの距離を算出する。すなわち、木口距離算出部１６は、視差マップにおける木口領域の視差と、支持台領域の視差と、カメラ１Ａ，１Ｂと支持台３Ａ，３Ｂとの機械上の実際の距離とに基づいて、カメラ１Ａ，１Ｂと原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂとの距離を算出する。

以下に、カメラ１Ａ，１Ｂと木口１０１Ａ，１０１Ｂとの距離の具体的な求め方について、図１１および図１２を用いて説明する。図１１は、支持台３Ａ，３Ｂの移動前後の第１画像と第２画像との位置関係を示す図である。図１２は、支持台３Ａ，３Ｂの移動前後の原木１００と支持台３Ａとカメラ１Ａとの位置関係を示す図である。

図１１では、第１画像を実線で表し、第２画像を破線で表している。また、ｄ１は木口領域６１内の中央区域６０の視差を示し（ｄ１＝３５）、ｄ２は支持台領域の視差を示している（ｄ２＝２５）。図１２に示すように、カメラ１Ａのレンズ７０を通して撮像面７１に写し出される第１画像および第２画像では、カメラ１Ａに近い位置にある原木木口１０１Ａの視差ｄ１が大きく、カメラ１Ａから遠い位置にある支持台３Ａの視差ｄ２が小さいことが分かる。

図１２に示すように、支持台３ＡのＸ軸方向の移動距離をｓ、カメラ１Ａのレンズ７０から原木木口１０１Ａまでの距離をＬ１、カメラ１Ａのレンズ７０から支持台３Ａまでの距離をＬ２、カメラ１Ａの焦点距離をｆ、撮像面７１における原木木口１０１Ａの視差をｄ１、支持台３Ａの視差をｄ２とすると、三角測量の原理より次式が成立つ。
ｓ／Ｌ１＝ｄ１／ｆ、ｓ／Ｌ２＝ｄ２／ｆ

上記の２式より、Ｌ１＝Ｌ２×ｄ２／ｄ１となる。ここで、カメラ１Ａのレンズ７０から支持台３Ａまでの距離Ｌ２は、機械構成で決定するためあらかじめ測定しておく。そうすれば、木口領域の視差ｄ１と支持台領域の視差ｄ２とを求めることにより、カメラ１Ａのレンズ７０から原木木口１０１Ａまでの距離Ｌ１を算出することができる。つまり、原木木口１０１ＡのＺ軸方向の位置を算出することができる。具体的には、木口距離算出部１６は、図９に示す視差マップにおいて、あらかじめ設定した支持台領域６２内の画素の平均画素値を算出してｄ２とし、中央区域６０内の画素の平均画素値を算出してｄ１とし、上記式によりＬ１を算出する。

次に、上記のように構成した本実施形態による外周エッジシステムの動作を説明する。図１３は、本実施形態による外周エッジシステムの動作例を示すフローチャートである。図１３に示すフローチャートは、左右移動装置４Ａ，４Ｂおよび上下移動機構５Ａ，５Ｂにより支持台３Ａ，３Ｂを第１位置に移動させたときに開始する。

図１３において、まず、原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂをカメラ１Ａ，１Ｂにより撮像する。画像取得部１１は、カメラ１Ａ，１Ｂにより撮像された画像をインタフェースボード６を介して取得し、第１画像として画像メモリ３０に保存する（ステップＳ１）。なお、カメラ１Ａ，１Ｂは、照明装置２Ａ，２Ｂの互いの写り込みを防ぐため、時間差をおいて交互に撮像するのが好ましい。

続いて、左右移動装置４Ａ，４Ｂは、制御部２０からの移動命令信号に従い支持台３Ａ，３Ｂを原木１００と共に第１位置から第２位置まで距離ｓ（３０ｍｍ）だけ移動させる。その移動完了後、カメラ１Ａ，１Ｂは再び原木の木口１０１Ａ，１０１Ｂを撮像する。そして、画像取得部１１は、カメラ１Ａ，１Ｂにより撮像された画像をインタフェースボード６を介して取得し、第２画像として画像メモリ３０に保存する（ステップＳ２）。

次に、移動物体エリア抽出部１２は、画像メモリ３０に格納された第１画像と第２画像との差分をとることにより、移動物体エリア５０を抽出する（ステップＳ３）。抽出した移動物体エリア５０の情報は、画像メモリ３０に格納される。次いで、視差マップ作成部１３は、画像メモリ３０に格納された第１画像と第２画像とを比較し、第１画像の各画素における視差を求め、その視差を各画素の画素値とすることによって視差マップを作成する（ステップＳ４）。

図１４は、視差マップ作成処理の詳細を示すフローチャートである。図１４において、視差マップ作成部１３は、まず、第１画像における注目画素のＹ座標ｎの値を“１”に設定するとともに（ステップＳ１１）、Ｘ座標ｍの値を“１”に設定する（ステップＳ１２）。また、視差マップ作成部１３は、第２画像における比較画素の変位量を表すパラメータｋの値を“０”に設定する（ステップＳ１３）。ここまでは初期設定である。なお、ｍ＝１，２，・・・，ｍ_max、ｎ＝１，２，・・・，ｎ_maxである。ｍ_maxは撮像面のＸ軸方向の画素数であり、ｎ_maxは撮像面のＹ軸方向の画素数である。また、ｋ＝０，１，２，・・・，ｄ_maxであり、ｄ_maxはあらかじめ設定した視差の上限値である。

初期設定が完了した後、視差マップ作成部１３は、第１画像における座標（ｍ，ｎ）の注目画素と、第２画像における座標（ｍ＋ｋ，ｎ）の比較画素との類似度Ｒを算出する（ステップＳ１４）。そして、移動量パラメータｋの値がｄ_maxを超えたか否かを判定し（ステップＳ１５）、超えていなければ移動量パラメータｋの値をインクリメントして（ステップＳ１６）、ステップＳ１４の処理に戻る。このように、第２画像における比較画素について移動量パラメータｋの値をｄ_maxまで１つずつ増やしながら、類似度Ｒを繰り返し算出する。

そして、移動量パラメータｋの値がｄ_maxを超えた場合は、それまで算出した類似度Ｒが最大値を示したときの移動量パラメータｋの値を、第１画像における注目画素の視差ｄとして決定する（ステップＳ１７）。視差マップ作成部１３は、座標（ｍ，ｎ）の注目画素について求めた視差ｄの値を、視差マップの画素値Ｄ（ｍ，ｎ）として、画像メモリ３０に格納する（ステップＳ１８）。

その後、視差マップ作成部１３は、注目画素のＸ座標ｍの値がｍ_maxを超えたか否かを判定し（ステップＳ１９）、超えていなければＸ座標ｍの値をインクリメントして（ステップＳ２０）、ステップＳ１３の処理に戻る。一方、注目画素のＸ座標ｍの値がｍ_maxを超えた場合は、注目画素のＹ座標ｎの値がｎ_maxを超えたか否かを判定し（ステップＳ２１）、超えていなければＹ座標ｎの値をインクリメントして（ステップＳ２２）、ステップＳ１２の処理に戻る。

一方、注目画素のＹ座標ｎの値がｎ_maxを超えた場合は、視差マップ作成部１３は、画像メモリ３０に格納された各画素の画素値Ｄ（ｍ，ｎ）を用いて、視差マップを作成する（ステップＳ２３）。すなわち、ステップＳ１４〜Ｓ１８の処理を第１画像の全領域に対して行うことにより、全領域の画素値Ｄ（ｍ，ｎ）が求まり、画像メモリ３０に格納される。視差マップ作成部１３は、このようにして格納された各画素の画素値Ｄ（ｍ，ｎ）により視差マップを作成する。

図１３に戻り、次に木口領域特定部１４は、視差マップ作成部１３により作成された視差マップ上で、原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂが存在する中心区域６０の平均画素値とほぼ同じ画素値を示す画素の領域である木口領域６１を特定する（ステップＳ５）。

次に、木口外周エッジ特定部１５は、移動物体エリア５０の情報を画像メモリ３０から読み出し、当該移動物体エリア５０内に存在する木口領域６１の外周エッジを木口外周エッジ６３として特定する（ステップＳ６）。最後に、木口距離算出部１６は、視差マップ作成部１３により作成された視差マップを利用して、カメラ１Ａ，１Ｂと被撮像物である原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂとの距離を算出する（ステップＳ７）。

以上詳しく説明したように、本実施形態では、画像内で原木１００の写る位置が異なるようにして原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂについて撮像された２つの画像をそれぞれ第１画像および第２画像として取得する。そして、第１画像と第２画像との間で対応する画素の変位量を表す視差を各画素の画素値として表した視差マップを作成する。さらに、視差マップにおいて所定の中心区域６０の平均画素値と画素値の差が所定の範囲内となる画素の領域を木口領域６１として特定し、当該木口領域６１の外周エッジを木口外周エッジ６３として特定するようにしている。

このように構成した本実施形態によれば、図９に示したように、第１画像および第２画像に含まれる被撮像物のうち、原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂの領域については視差の値（視差マップ上の画素値）がほぼ同じとなり、木口１０１Ａ，１０１Ｂの周りの背景部分については視差の値が異なるようになる。よって、視差の値がほぼ同じ領域を木口領域６１として特定することができ、その木口領域６１の外周エッジを木口外周エッジ６３として特定することができる。

しかも、本実施形態では、移動物体エリア５０内に絞って木口領域６１の外周エッジを特定することにより、移動物体エリア５０外における周辺背景の映り込みのノイズ領域６４を除去し、木口外周エッジ６３だけを精度よく特定することができる。これにより、従来は原木木口の色の状態によって外周エッジを検出することができなかった原木１００に対しても、視差に基づいて精度よく木口外周エッジ６３を検出することができるようになる。その結果、原木１００の心出し操作の精度が良くなり、製品の歩留まりおよび作業効率を上げることができる。

また、本実施形態によれば、木口外周エッジ６３を検出するために作成した視差マップを利用して、カメラ１Ａ，１Ｂと原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂとの距離を算出することもできる。カメラ１Ａ，１Ｂから両木口１０１Ａ，１０１Ｂまでの距離がそれぞれ算出できれば、原木１００の長さや位置が分かる。これにより、その後のベニヤレースに対する原木１００の位置決め等に距離の計算結果を利用することが可能である。従来は、木口１０１Ａ，１０１Ｂに機械的に接触して位置を測定する接触型の位置測定機構や、非接触型のレーザ変位センサ等を別途設けて木口１０１Ａ，１０１Ｂの位置を測定していた。本実施形態によれば、これら別途の位置測定機構やレーザ変位センサ等を設けることなく、木口１０１Ａ，１０１Ｂの位置を測定することができる。

なお、上記実施形態では、左右移動装置４Ａ，４Ｂとしてストローク３０ｍｍのエアーシリンダを用いたが、本発明はこれに限らない。例えば、モータを使ったクランク方式、位置検出機能付モータ駆動によるネジ送り方式による移動装置などを用いてもよい。要は、作動信号により任意の距離ｓだけ支持台３Ａ，３Ｂを移動させることができればよい。

また、上記実施形態では、支持台３Ａ，３ＢのＸ軸方向の移動距離ｓを３０ｍｍとしたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、移動前後の木口１０１Ａ，１０１Ｂの画像が撮像面の範囲内にあり、かつ、視差マップ上で木口領域６１を特定するのに十分な２画像間の変位量に有意な差があればよく、距離ｓは特に３０ｍｍに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、原木１００を支持する支持台３Ａ，３Ｂとして、断面がＶ形状の支持部を有する支持部材を用いているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、原木１００を支持できる構成であればよく、例えば原木１００の外周を爪の付いたアームで挟持する構成であっても良い。

また、上記実施形態では、視差マップ作成部１３において視差を特定する指標として類似度Ｒを用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、２乗残差法、残差逐次検定法、正規化相互相関法などの公知の方法により得られる値を指標として用いてもよい。

また、上記実施形態では、視差マップ作成部１３により第１画像の全領域の画素について視差ｄを求め、当該全領域の画素の視差ｄから視差マップを作成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、視差マップ作成部１３が、第１画像の移動物体エリア５０内の各画素についてのみ視差ｄを算出し、当該移動物体エリア５０内の視差ｄを各画素の画素値として表した視差マップを作成するようにしてもよい。この場合は、図１３のステップＳ３で抽出した移動物体エリア５０内の画素のみに対して、図１４のステップＳ１４〜Ｓ１８の処理を繰り返し行うことによって視差マップを作成する。

このようにすれば、図１３のステップＳ５〜Ｓ７の処理は、移動物体エリア５０内の画素に対してのみ行えばよい。また、木口領域特定部１４により特定される木口領域６１は１つのみとなるから、ステップ６の処理では、木口領域６１の外周エッジをそのまま木口外周エッジ６３として特定すればよい。この方法により、視差を求める領域が移動物体エリア５０内のみでよく、処理時間を格段に短縮することができ、木口外周エッジの検出処理の作動効率を上げることができる。

また、視差マップの視差ｄは第１画像の全領域の画素について求め、その後で木口領域特定部１４が、視差マップのうち移動物体エリア５０内に絞って木口領域６１を特定するようにしてもよい。この場合も、木口領域特定部１４により特定される木口領域６１は１つのみとなるから、ステップ６の処理では、木口領域６１の外周エッジをそのまま木口外周エッジ６３として特定すればよい。

また、移動物体エリア抽出部１２の処理は省いてもよい。例えば、木口１０１Ａ，１０１Ｂの周囲からの映り込みがないように木口１０１Ａ，１０１Ｂの周辺を幕などで囲むことにより、木口１０１Ａ，１０１Ｂの背景におけるノイズ領域６４がほとんど生じない場合は、移動物体エリア抽出部１２の処理を省いても、木口外周エッジ６３を特定することが可能である。

また、上記実施形態では、支持台３Ａ，３Ｂは左右移動装置４Ａ，４ＢによりＸ軸方向に往復移動自在に設置されていたが、Ｙ軸方向に往復移動自在に設置してもよい。すなわち、上記実施形態ではＸ軸方向に原木１００を移動させ、Ｘ軸方向の視差を求める例を示したが、Ｙ軸方向に原木１００を移動させてＹ軸方向の視差を求めるようにしてもよい。このようにしても、原木１００の木口外周エッジ６３を同様に検出することができる。

図１５は、支持台３Ａ，３ＢをＹ軸方向に往復移動自在に設置する場合の構成例を示す図である。図１５において、支持台３Ａ，３Ｂは、その両側面を摺動部材７５Ａ，７５Ｂでガイドされ、Ｙ軸方向に往復移動自在に設置されている。上下移動装置７６Ａ，７６Ｂは、支持台３Ａ，３Ｂに一端を回転自在に固定された移動用ネジ７７Ａ，７７Ｂと、それを駆動するモータ７８Ａ，７８Ｂと、支持台３Ａ，３Ｂの位置を検出する支持台位置検出装置であるエンコーダ７９Ａ，７９Ｂとで構成されている。

モータ７８Ａ，７８Ｂおよびエンコーダ７９Ａ，７９Ｂは、コンピュータ７内の制御部２０に電気的に接続されている。制御部２０は、エンコーダ７９Ａ，７９Ｂから出力される支持台３Ａ，３Ｂの位置情報に基づいて、モータ７８Ａ，７８Ｂをそれぞれ駆動制御する。また、上下移動装置７６Ａ，７６Ｂは、上下移動機構５Ａ，５Ｂの働きも担っている。

このように構成した場合、原木１００を仮心位置へ移動させるために上下移動装置７６Ａ，７６Ｂを備えていれば、それを視差マップを作成するための支持台３Ａ，３Ｂの移動機構としても用いることができる。これにより、新たに左右移動装置４Ａ，４Ｂを追加して設備しなくても、木口外周エッジ６３を検出することができる。

なお、ここでは上下移動機構７６Ａ，７６Ｂをネジ方式の構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、油圧サーボシリンダ、クランク方式の機構と駆動サーボモータとを用いた方法などでも良い。要は、支持台３Ａ，３Ｂをその位置を検出しながらＹ軸方向に移動させることができる機構であればよい。

また、支持台位置検出装置としてエンコーダ７９Ａ，７９Ｂを用い、支持台３Ａ，３Ｂの位置を常置把握できる構成を示したが、本発明はこれに限らない。例えば、エンコーダ７９Ａ，７９Ｂの代わりに、リミットスイッチ等の機械的スイッチを支持台３Ａ，３Ｂに接触するように設置し、この機械的スイッチの信号によって第１位置と第２位置とに支持台３Ａ，３Ｂを停止させる方法であってもよい。

また、上記実施形態では、原木１００の片側１台ずつのカメラ１Ａ，１Ｂで、支持台３Ａ，３Ｂの移動前後の木口１０１Ａ，１０１Ｂを２度撮像する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、木口１０１Ａ，１０１Ｂに向けて原木１００の両木口側にカメラを２台ずつ並べて設置し、２台のカメラを同時に撮像した第１画像と第２画像とを処理する方法であってもよい。

２台のカメラは、その光軸を平行に設置し、２つの光軸間の距離が上記実施形態における移動距離ｓと同じとなるようにする。この場合、視差マップ作成部１３において類似度Ｒを算出するための対応点を探索する方向は、一方のカメラの光軸から他方のカメラの光軸に向けた方向とする。なお、カメラの光軸は必ずしも平行でなくてもよい。すなわち、光軸同士の角度がわかっていれば、視差を求めることが可能である。

このように構成した場合、第１画像と第２画像とを同時に撮像するため、左右移動装置４Ａ，４Ｂにより原木１００を移動させて２度停止する必要がなく、作業効率を上げることができる。

また、上記実施形態では、支持台３Ａ，３Ｂと共に原木１００を移動させる例について説明したが、これとは逆に、カメラ１Ａ，１Ｂを移動させるようにしてもよい。要は、原木１００とカメラ１Ａ，１Ｂとが相対的に任意の距離ｓだけ移動する移動装置を備えた構成とすればよい。

また、上記実施形態では、原木１００を第１位置から第２位置まで任意の距離ｓだけ移動し、移動前後の２枚の画像を画像処理することにより視差ｄを算出する方法を示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、視差ｄを求めるのに有意な差が出る距離だけ原木１００を移動させて２枚の画像を撮像すればよく、撮像のために必ずしも原木１００を移動距離ｓだけ移動させて停止する必要はない。

すなわち、木口外周エッジ６３を検出する過程と、カメラ１Ａ，１Ｂから木口１０１Ａ，１０１Ｂまでの距離を算出する過程とで移動距離ｓの値は不必要なため、移動距離ｓの値を把握する必要はない。そこで、例えば、Ｙ軸方向へ移動中の原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂを、そのまま停止することなく移動した状態のまま、ある時間間隔で２度撮像し、その撮像した２枚の画像について画像処理をすることによって木口外周エッジ６３を検出するようにしてもよい。

例えば、図１５のように上下移動機構７６Ａ，７６Ｂを構成する。上下移動機構７６Ａ，７６Ｂは、コンピュータ７内の制御部２０からの移動命令信号に従って、モータ７８Ａ，７８Ｂにより支持台３Ａ，３Ｂを所定の速度ｖ（ｍｍ／秒）でＹ軸方向へ移動させる。

制御部２０は、この移動中にエンコーダ７９Ａ，７９Ｂから出力される信号に基づいて、支持台３Ａ，３Ｂの位置が第１位置（原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂが撮像面の中心に位置した仮心位置）に到達したことを検知したときに、カメラ１Ａ，１Ｂを制御して木口１０１Ａ，１０１Ｂを撮像させる。

その１回目の撮像後、制御部２０は、所定時間ｔ（秒）が経過したことを検知して、カメラ１Ａ，１Ｂを制御して木口１０１Ａ，１０１Ｂを再び撮像させる。第１位置で撮像した画像を第１画像とし、第１画像の撮像後に所定時間ｔ（秒）を経過したときに撮像した画像を第２画像とする。

ここで、支持台３Ａ，３Ｂ（原木１００）の移動速度ｖ（ｍｍ／秒）および所定時間ｔ（秒）について説明する。第１画像と第２画像との撮像間に支持台３Ａ，３Ｂが移動する距離ｖ×ｔ（ｍｍ）は、上記実施形態で説明した移動距離ｓと同様に、２枚の画像間で視差を求めるのに有意な差が生じる距離であればよく、木口１０１Ａ，１０１Ｂの画像が撮像面の範囲内であれば、特に制限はない。

例えば、速度３０ｍｍ／秒で移動する原木１００の木口１０１Ａ，１０１Ｂを１秒間隔で撮像すると、２回の撮像間における原木１００の移動距離は３０ｍｍとなる。所望の速度ｖは、速くすれば作業効率は上がるが、画像の鮮明度が劣り、求める視差の精度に問題がでる可能性がある。照明装置２Ａ，２Ｂによる照明の明るさ、カメラ１Ａ，１Ｂの解像度、露光時間、撮像処理時間などを考慮して所望の速度ｖ（ｍｍ／秒）と所定時間ｔ（秒）とを設定する必要がある。

なお、原木１００を移動させながら２回のタイミングで第１画像と第２画像とを撮像する場合、カメラ１Ａ，１Ｂにより２枚の静止画を撮像する代わりに、ビデオカメラなどにより撮像した動画像から２枚のフレームを抜き出して、それぞれを第１画像および第２画像として処理する方法でもよい。具体的には、支持台３Ａ，３Ｂが第１位置（仮心位置）に到達したときに動画像からフレームを抜き出し第１画像とし、そこから所定時間ｔ（秒）後のフレームを抜き出して第２画像とするようにしてもよい。

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１Ａ，１Ｂ カメラ
３Ａ，３Ｂ 支持台
４Ａ，４Ｂ 左右移動装置
７ コンピュータ
１０ 画像処理プロセッサ
１１ 画像取得部
１２ 移動物体エリア抽出部
１３ 視差マップ作成部
１４ 木口領域特定部
１５ 木口外周エッジ特定部
１６ 木口距離算出部
２０ 制御部
３０ 画像メモリ
５０ 移動物体エリア
６０ 中心区域
６１ 木口領域
６３ 木口外周エッジ
１００ 原木
１０１Ａ，１０１Ｂ 木口

Claims (5)

1. 撮像装置に対する原木の相対的な位置が上記撮像装置の光軸と直交する方向に異なる状態で上記撮像装置により上記原木の木口について撮像された２つの画像をそれぞれ第１画像および第２画像として取得する画像取得部と、
   上記第１画像の各画素について、上記第１画像と上記第２画像との間で対応する画素の変位量を表す視差を算出し、当該視差を各画素の画素値として表した視差マップを作成する視差マップ作成部と、
   上記視差マップ作成部により作成された上記視差マップにおいて、所定の中心区域の画素値またはその平均値と画素値の差が所定の範囲内となる画素の領域を木口領域として特定する木口領域特定部と、
   上記木口領域特定部により特定された上記木口領域の外周エッジを木口外周エッジとして特定する木口外周エッジ特定部とを備えたことを特徴とする原木木口の外周エッジ検出装置。
2. 上記第１画像と上記第２画像との差分をとることにより、上記第１画像と上記第２画像との間で位置が移動している物体の画像上のエリアを移動物体エリアとして抽出する移動物体エリア抽出部を更に備え、
   上記視差マップ作成部は、上記第１画像の上記移動物体エリア内の各画素について、上記第１画像と上記第２画像との間で対応する画素の変位量を表す視差を算出し、当該視差を各画素の画素値として表した視差マップを作成することを特徴とする請求項１に記載の原木木口の外周エッジ検出装置。
3. 上記第１画像と上記第２画像との差分をとることにより、上記第１画像と上記第２画像との間で位置が移動している物体の画像上のエリアを移動物体エリアとして抽出する移動物体エリア抽出部を更に備え、
   上記木口領域特定部は、上記視差マップ作成部により上記第１画像の全領域について作成された上記視差マップの上記移動物体エリア内において、所定の中心区域の画素値またはその平均値と画素値の差が所定の範囲内となる画素の領域を木口領域として特定することを特徴とする請求項１に記載の原木木口の外周エッジ検出装置。
4. 上記第１画像と上記第２画像との差分をとることにより、上記第１画像と上記第２画像との間で位置が移動している物体の画像上のエリアを移動物体エリアとして抽出する移動物体エリア抽出部を更に備え、
   上記木口外周エッジ特定部は、上記木口領域特定部により特定された木口領域のうち、上記移動物体エリア内で特定された木口領域の外周エッジを上記木口外周エッジとして特定することを特徴とする請求項１に記載の原木木口の外周エッジ検出装置。
5. 撮像装置に対する原木の相対的な位置が上記撮像装置の光軸と直交する方向に異なる状態で上記撮像装置により上記原木の木口について撮像された２つの画像をそれぞれ第１画像および第２画像として取得する第１のステップと、
   上記第１画像の各画素について、上記第１画像と上記第２画像との間で対応する画素の変位量を表す視差を算出し、当該視差を各画素の画素値として表した視差マップを作成する第２のステップと、
   上記第２のステップで作成された上記視差マップにおいて、所定の中心区域の画素値またはその平均値と画素値の差が所定の範囲内となる画素の領域を木口領域として特定する第３のステップと、
   上記第３のステップで特定された上記木口領域の外周エッジを木口外周エッジとして特定する第４のステップとを有することを特徴とする原木木口の外周エッジ検出方法。

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