JP7647597B2 - How to operate an electric furnace - Google Patents
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Description
本発明は、移動物体識別装置、移動物体識別方法、及び電気炉の操業方法に関する。 The present invention relates to a moving object identification device, a moving object identification method, and an electric furnace operation method.
製鉄業においては、CO2排出量の削減に向けてスクラップ鉄の利用量増加が見込まれている。スクラップ鉄は、廃棄された自動車、レール、建材等の鉄鋼利用製品や製鉄工程時に発生した鉄等であり、その形状は板状、棒状、ブロック状等と様々である。スクラップ鉄の多くは、電気炉においてアーク放電を利用して溶解し、各種成分調整等を施し、目的の形状に加工した上で再び利用される。電気炉においては、スクラップ鉄の形状が様々であるために、スクラップ鉄の形状に応じて操業状態が変化することが想定される。例えば板状の薄物のスクラップ鉄であれば、溶解温度に達する迄の時間が短く、溶解が早期に生じるため、熱の入りを抑える必要がある。これに対して、ブロック状のスクラップ鉄であれば、中心部に熱が伝達する迄に時間がかかるため、長時間の昇温が必要となる。スクラップ鉄は形状毎に分別されていることもあるが、様々な形状のスクラップ鉄が混在して存在することが多い。このため、より効率的な操業を行うためには、電気炉に装入されるスクラップ鉄の形状を認識し、スクラップ鉄の形状に応じて電気炉の操業状態を制御する技術が必要になる。ここで、スクラップ鉄の形状を識別する方法としては、電気炉に装入されるスクラップ鉄の画像からスクラップ鉄の形状を識別する方法が有効である。具体的には、スクラップ鉄の画像からスクラップ鉄の形状を識別する方法として、特許文献1に記載されているような画像セグメンテーションを利用することが考えられる。画像セグメンテーションでは、物体が映る教師画像とその教師画像中の物体が映る画素に対して物体の形状に応じたラベルを付けたラベル画像とを用意し、教師画像とラベル画像を用いて物体の形状をモデル学習させる。そして、学習済みモデルを利用することにより物体の形状を識別する。
In the steel industry, the use of scrap iron is expected to increase in order to reduce CO2 emissions. Scrap iron is steel-based products such as discarded automobiles, rails, and building materials, and iron generated during the steelmaking process, and its shape is various, such as plate, bar, and block. Most of the scrap iron is melted in an electric furnace using arc discharge, and various composition adjustments are performed and processed into the desired shape before being reused. In an electric furnace, since the shapes of the scrap iron are various, it is expected that the operating state will change depending on the shape of the scrap iron. For example, if the scrap iron is thin and plate-shaped, it takes a short time to reach the melting temperature and melts early, so it is necessary to suppress the heat input. In contrast, if the scrap iron is block-shaped, it takes a long time for the heat to be transmitted to the center, so it is necessary to heat it up for a long time. Scrap iron is sometimes separated by shape, but scrap iron of various shapes is often mixed together. Therefore, in order to perform more efficient operation, a technique is required to recognize the shape of scrap iron charged into the electric furnace and control the operating state of the electric furnace according to the shape of the scrap iron. Here, as a method for identifying the shape of scrap iron, a method for identifying the shape of scrap iron from an image of the scrap iron charged into the electric furnace is effective. Specifically, as a method for identifying the shape of scrap iron from an image of the scrap iron, it is considered to use image segmentation as described in
しかしながら、電気炉がある工場においてスクラップ鉄が撮影された画像では、画像セグメンテーションを利用してスクラップ鉄の形状を識別することは難しい。詳しくは、電気炉がある工場では、スクラップヤードに大量のスクラップ鉄が貯蔵されている。スクラップ鉄の画像の撮影箇所として望ましい電気炉に装入するスクラップ鉄を運搬する装入台車付近はスクラップヤードの近くであることが多いために、スクラップヤードにあるスクラップ鉄が背景画像に映りこむ。背景画像に映りこんだスクラップ鉄と装入台車内のスクラップ鉄は同じスクラップ鉄であるため、画像セグメンテーションでは区別することができない。そのため、画像セグメンテーションを利用してもスクラップ鉄の形状を適切に識別できず、スクラップ鉄の形状を誤検知する可能性がある。 However, it is difficult to use image segmentation to identify the shape of scrap iron in images taken of scrap iron in factories with electric furnaces. More specifically, in factories with electric furnaces, large amounts of scrap iron are stored in the scrap yard. The area near the charging cart that transports scrap iron to be loaded into the electric furnace, which is a desirable location for taking images of scrap iron, is often close to the scrap yard, so the scrap iron in the scrap yard is reflected in the background image. Since the scrap iron reflected in the background image and the scrap iron in the charging cart are the same scrap iron, they cannot be distinguished by image segmentation. Therefore, even if image segmentation is used, the shape of the scrap iron cannot be properly identified, and there is a possibility that the shape of the scrap iron will be falsely detected.
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、移動物体の形状を精度よく識別可能な移動物体識別装置及び移動物体識別方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、電気炉を効率よく操業可能な電気炉の操業方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to provide a moving object identification device and a moving object identification method that can accurately identify the shape of a moving object. Another object of the present invention is to provide an electric furnace operating method that can operate the electric furnace efficiently.
本発明に係る移動物体識別装置は、移動物体の動画データを2次元のデータ行列に変換する前処理部と、前記2次元のデータ行列に対してロバスト主成分分析を実行することにより、スパース行列を求める演算部と、前記スパース行列の要素値を所定の閾値で2値化することにより、2値化画像を生成する2値化画像処理部と、前記2値化画像に対して所定の画素値の領域を膨張させた後に所定の画素値の領域を収縮させるモルフォロジ変換を実行することにより、修正2値化画像を生成する第1画像修正部と、前記修正2値化画像に対して所定の画素値の領域を収縮させた後に所定の画素値の領域を膨張させるモルフォロジ変換を実行することにより、マスク画像を生成する第2画像修正部と、移動物体の動画データから前記マスク画像に対応する画像を前記移動物体の画像として抽出するマスク処理部と、を備えることを特徴とする。 The moving object identification device according to the present invention is characterized by comprising a preprocessing unit that converts video data of a moving object into a two-dimensional data matrix, a calculation unit that performs robust principal component analysis on the two-dimensional data matrix to obtain a sparse matrix, a binary image processing unit that generates a binary image by binarizing element values of the sparse matrix with a predetermined threshold, a first image correction unit that generates a modified binary image by performing a morphological transformation on the binary image to expand a region of a predetermined pixel value and then contract the region of the predetermined pixel value, a second image correction unit that generates a mask image by performing a morphological transformation on the modified binary image to contract a region of a predetermined pixel value and then expand the region of the predetermined pixel value, and a mask processing unit that extracts an image corresponding to the mask image from the video data of the moving object as an image of the moving object.
本発明に係る移動物体識別方法は、移動物体の動画データを2次元のデータ行列に変換するステップと、前記2次元のデータ行列に対してロバスト主成分分析を実行することにより、スパース行列を求めるステップと、前記スパース行列の要素値を所定の閾値で2値化することにより、2値化画像を生成するステップと、前記2値化画像に対して所定の画素値の領域を膨張させた後に所定の画素値の領域を収縮させるモルフォロジ変換を実行することにより、修正2値化画像を生成するステップと、前記修正2値化画像に対して所定の画素値の領域を収縮させた後に所定の画素値の領域を膨張させるモルフォロジ変換を実行することにより、マスク画像を生成するステップと、移動物体の動画データから前記マスク画像に対応する画像を前記移動物体の画像として抽出するステップと、を含むことを特徴とする。 The moving object identification method according to the present invention includes the steps of converting video data of a moving object into a two-dimensional data matrix, performing robust principal component analysis on the two-dimensional data matrix to obtain a sparse matrix, binarizing the element values of the sparse matrix with a predetermined threshold to generate a binary image, performing a morphological transformation on the binary image to expand a region of a predetermined pixel value and then contract the region of the predetermined pixel value to generate a modified binary image, performing a morphological transformation on the modified binary image to contract a region of a predetermined pixel value and then contract the region of the predetermined pixel value to generate a mask image, and extracting an image corresponding to the mask image from the video data of the moving object as an image of the moving object.
本発明に係る電気炉の操業方法は、本発明に係る移動物体識別方法を用いてスクラップ鉄の形状を識別し、識別された形状に応じて電気炉を制御するステップを含むことを特徴とする。 The electric furnace operating method according to the present invention is characterized by including a step of identifying the shape of scrap iron using the moving object identification method according to the present invention and controlling the electric furnace according to the identified shape.
本発明に係る移動物体識別装置及び移動物体識別方法によれば、移動物体の形状を精度よく識別することができる。また、本発明に係る電気炉の操業方法によれば、電気炉を効率よく操業することができる。 The moving object identification device and moving object identification method of the present invention can accurately identify the shape of a moving object. Furthermore, the electric furnace operation method of the present invention can operate the electric furnace efficiently.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について形状識別システムについて説明する。なお、本実施形態は、スクラップ鉄の形状を識別するものであるが、形状を識別する対象物はスクラップ鉄に限定されることはなく、移動物体であればよい。また、移動物体の動画を撮影できれば、形状識別システムの設置場所はどのような場所であってもよい。 Below, a shape identification system according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, although this embodiment is for identifying the shape of scrap iron, the object to be identified by shape is not limited to scrap iron, and can be any moving object. In addition, the shape identification system can be installed anywhere as long as it can capture video of the moving object.
〔再利用工場の構成〕
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態である形状識別システムが適用されるスクラップ鉄の再利用工場の構成について説明する。
[Configuration of recycling plant]
First, with reference to FIG. 1, a configuration of a scrap iron recycling plant to which a shape identification system according to an embodiment of the present invention is applied will be described.
図1は、本発明の一実施形態である形状識別システムが適用されるスクラップ鉄の再利用工場を示す模式図である。図1に示すように、本発明の一実施形態である形状識別システムが適用されるスクラップ鉄の再利用工場では、スクラップヤード100に様々な形状のスクラップ鉄Sが貯蔵されており、スクラップ鉄Sはクレーン等の搬送設備101によって装入台車102内に搬送される。そして、装入台車102は内部のスクラップ鉄Sを電気炉103内に装入し、電気炉103は内部に装入されたスクラップ鉄Sを溶解して再利用する。
Figure 1 is a schematic diagram showing a scrap iron recycling plant to which a shape identification system according to one embodiment of the present invention is applied. As shown in Figure 1, in a scrap iron recycling plant to which a shape identification system according to one embodiment of the present invention is applied, scrap iron S of various shapes is stored in a
〔形状識別システムの構成〕
次に、図2を参照して、本発明の一実施形態である形状識別システムの構成について説明する。
[Configuration of shape recognition system]
Next, the configuration of a shape identification system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図2は、本発明の一実施形態である形状識別システムの構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態である形状識別システムは、搬送設備101によって装入台車102内に搬送されるスクラップ鉄Sの動画を撮影し、撮影された動画からスクラップ鉄Sの形状を識別する情報処理システムである。図2に示すように、本発明の一実施形態である形状識別システム1は、撮影装置2、入力装置3、出力装置4、及び画像処理装置5を備えている。
Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a shape identification system according to one embodiment of the present invention. The shape identification system according to one embodiment of the present invention is an information processing system that captures video of scrap iron S being transported into a
撮影装置2は、ビデオカメラ等の動画撮影装置によって構成されており、搬送設備101によって装入台車102内に搬送されるスクラップ鉄Sの動画を撮影可能な位置(図1参照)に設置されている。撮影装置2は、搬送設備101によって装入台車102内に搬送されるスクラップ鉄Sの画像を含む動画を撮影し、撮影された動画データを画像処理装置5に出力する。
The photographing
入力装置3は、キーボード、マウスポインタ、タッチペン等の入力装置によって構成され、操作入力情報を画像処理装置5に入力する。
The input device 3 is composed of input devices such as a keyboard, mouse pointer, and touch pen, and inputs operation input information to the
出力装置4は、液晶ディスプレイ、プリンタ、スピーカー等の出力装置によって構成され、画像処理装置5からの出力制御信号に従って各種情報を出力する。
The output device 4 is composed of output devices such as an LCD display, a printer, and a speaker, and outputs various information according to output control signals from the
画像処理装置5は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成され、情報処理装置内のCPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することにより、前処理部5a、演算部5b、2値化画像処理部5c、第1画像修正部5d、第2画像修正部5e、及びマスク処理部5fとして機能する。これら各部の機能については後述する。
The
このような形状識別システム1は、以下に示す形状識別処理を実行することにより、スクラップの形状を精度よく識別する。以下、図3に示すフローチャートを参照して、形状識別処理を実行する際の形状識別システム1の動作について説明する。
Such a
〔形状識別処理〕
図3は、本発明の一実施形態である形状識別処理の流れを示すフローチャートである。図3に示す形状識別処理は、入力装置3を介して画像処理装置5に形状識別処理の実行指令が入力されたタイミングで開始となり、形状識別処理はステップS1の処理に進む。
[Shape Identification Processing]
3 is a flowchart showing the flow of the shape recognition process according to an embodiment of the present invention. The shape recognition process shown in Fig. 3 starts when an execution command for the shape recognition process is input to the
ステップS1の処理では、撮影装置2が、搬送設備101によって装入台車102内に搬送されるスクラップ鉄Sの画像を含む動画を撮影し、撮影された動画データを画像処理装置5に出力する。動画データには移動物体であるスクラップ鉄Sの画像データと移動しない背景画像データが含まれる。これにより、ステップS1の処理は完了し、形状識別処理はステップS2の処理に進む。
In the processing of step S1, the
ステップS2の処理では、前処理部5aが、ステップS1の処理において撮影された動画データをグレースケールの動画データに変換し、グレースケールの動画データから2次元のデータ行列を作成する。具体的には、ステップS1の処理において撮影された動画データは、カラー動画データであってもグレースケール動画データであっても構わないが、カラー動画データである場合、前処理部5aは、動画データをグレースケール化して各画素に輝度値が1つある動画データとする。また、ステップS1の処理において撮影された動画データには、スクラップ鉄Sを含まない画像が含まれていることがあるので、前処理部5aは入力装置3等によって指定された期間の動画データを処理対象期間動画データとして切り出す。そして、処理対象期間動画データは、時系列方向に並んだ2次元画像の3次元行列となっているため、前処理部5aは、2次元画像を1次元画像に変換し、3次元行列である処理対象期間動画データを時系列方向に1次元画像が並んだ2次元のデータ行列へ変換する。2次元画像を1次元画像する方法は、例えば2次元画像の上端から画素値を行方向に並べ、次に1つ下の行にその下の画素値を並べるといったように、復元可能な規則性のある変換規則で変換すればその方法は問わない。これにより、ステップS2の処理は完了し、形状識別処理はステップS3の処理に進む。 In the process of step S2, the preprocessing unit 5a converts the video data captured in the process of step S1 into grayscale video data and creates a two-dimensional data matrix from the grayscale video data. Specifically, the video data captured in the process of step S1 may be color video data or grayscale video data, but if it is color video data, the preprocessing unit 5a converts the video data into grayscale video data in which each pixel has one brightness value. In addition, since the video data captured in the process of step S1 may include images that do not contain scrap iron S, the preprocessing unit 5a extracts video data for a period specified by the input device 3 or the like as processing target period video data. Then, since the processing target period video data is a three-dimensional matrix of two-dimensional images arranged in a chronological order, the preprocessing unit 5a converts the two-dimensional image into a one-dimensional image and converts the processing target period video data, which is a three-dimensional matrix, into a two-dimensional data matrix in which one-dimensional images are arranged in a chronological order. There is no limit to the method for converting a two-dimensional image into a one-dimensional image, as long as the method is based on a conversion rule that has a restorable regularity, such as arranging pixel values in the row direction from the top of the two-dimensional image, and then arranging the pixel values below that in the row below. This completes the processing of step S2, and the shape identification process proceeds to processing of step S3.
ステップS3の処理では、演算部5bが、ステップS2の処理によって得られた2次元行列のデータ行列に対して非特許文献1に記載のロバスト主成分分析を行うことにより、スパース行列を求める。詳しくは、主成分分析は、データ行列に対して分散が最大になる方向(主成分ベクトル)と主成分を求める方法であり、データから特徴を求める手法である。主成分分析では、外れ値を含むデータ行列については、外れ値が分散を大きくするため、外れ値に大きく影響を受けた主成分ベクトルと主成分を求めることになる。これに対して、ロバスト主成分分析は、外れ値耐性を強くしたし主成分分析であり、外れ値をスパース行列として取り除き、主成分を含む低ランク行列を計算する方法である。
In the process of step S3, the calculation unit 5b performs the robust principal component analysis described in
本実施形態の形状識別処理では外れ値を示すスパース行列を利用する。すなわち、背景にスクラップ鉄Sが映る動画では、背景はどの画像にも映っているため、背景を主成分とみなすことができる。一方、スクラップ鉄Sは、背景に対して移動しているため、各画素で存在する時としないときがある。このため、背景から見るとスクラップ鉄Sは外れ値とみなすことができる。つまり、データ行列に対してロバスト主成分分析で求めたスパース行列がスクラップ鉄Sを示すことになる。本実施形態で利用したロバスト主成分分析のアルゴリズムは、非特許文献1に記載のPrincipal Component Pursuitと呼ばれる方法であるが、主成分に対し外れ値を検知できる方法であれば他の方法であってもよい。データ行列に対してロバスト主成分分析で求められたスパース行列は、背景を示す要素が0となり、スクラップ鉄Sを示す要素が0以外の値となっている。これにより、ステップS3の処理は完了し、形状識別処理はステップS4の処理に進む。
In the shape identification process of this embodiment, a sparse matrix indicating outliers is used. That is, in a video in which scrap iron S appears in the background, the background appears in every image, so the background can be considered as a principal component. On the other hand, since the scrap iron S moves relative to the background, it may or may not be present in each pixel. Therefore, when viewed from the background, the scrap iron S can be considered as an outlier. In other words, the sparse matrix obtained by robust principal component analysis of the data matrix indicates the scrap iron S. The robust principal component analysis algorithm used in this embodiment is a method called Principal Component Pursuit described in
ステップS4の処理では、2値化画像処理部5cが、ステップS3の処理において求められたスクラップ鉄Sを示すスパース行列を所定の閾値で2値化することにより2値化画像を作成する。具体的には、スパース行列の各要素値をヒストグラムにすると図4に示すような0を頂点とした山状の分布を有する。前述したように、スパース行列では、0が背景、0以外の値がスクラップ鉄Sを示している。このため、背景とスクラップ鉄Sとを明瞭に区別するため、撮影画像のi画素に対応するスパース行列の要素値をSi、閾値をaとして、以下の数式(1)に示す条件式に従ってスパース行列を2値化する。 In the process of step S4, the binary image processing unit 5c creates a binary image by binarizing the sparse matrix indicating the scrap iron S obtained in the process of step S3 with a predetermined threshold value. Specifically, when each element value of the sparse matrix is plotted as a histogram, it has a mountain-shaped distribution with 0 at the apex as shown in FIG. 4. As described above, in the sparse matrix, 0 indicates the background, and values other than 0 indicate the scrap iron S. Therefore, in order to clearly distinguish between the background and the scrap iron S, the element value of the sparse matrix corresponding to the i pixel of the captured image is S i , the threshold value is a, and the sparse matrix is binarized in accordance with the conditional formula shown in the following formula (1).
例えば2値化画像処理部5cは、数式(1)に示す条件を満足するスパース行列の要素値は1、数式(1)に示す条件を満足しないスパース行列の要素値は0として2値化行列を作成する。なお、本実施形態では、スクラップ鉄Sを示すスパース行列の要素値は1、背景を示す要素値0としたが、スクラップ鉄Sと背景を明瞭に区別できれば、その区別のための数値は問わない。また、数式(1)の閾値aは、スパース行列の標準偏差σを計算し、0.1σから3σの範囲内で設定するとよい。そして、2値化画像処理部5cは、前処理部5aで2次元画像を1次元画像にした変換規則の反対の操作を行うことにより2値化行列を2値化画像へ変換する。これにより、ステップS4の処理は完了し、形状識別処理はステップS5の処理に進む。 For example, the binary image processing unit 5c creates a binary matrix by setting the element value of the sparse matrix that satisfies the condition shown in formula (1) to 1 and the element value of the sparse matrix that does not satisfy the condition shown in formula (1) to 0. In this embodiment, the element value of the sparse matrix indicating the scrap iron S is set to 1 and the element value of the background is set to 0, but as long as the scrap iron S and the background can be clearly distinguished from each other, any numerical value can be used for the distinction. In addition, the threshold value a in formula (1) may be set within the range of 0.1σ to 3σ by calculating the standard deviation σ of the sparse matrix. The binary image processing unit 5c then converts the binary matrix into a binary image by performing the opposite operation to the conversion rule that converted the two-dimensional image into a one-dimensional image in the preprocessing unit 5a. This completes the process of step S4, and the shape identification process proceeds to the process of step S5.
ステップS5の処理では、第1画像修正部5dが、ステップS4の処理によって作成された2値化画像に対して、スクラップ鉄Sを示す画素値1の連結を行うモルフォロジ変換を行うことにより修正2値化画像を作成する。具体的には、ステップS4の処理によって作成された2値化画像では、スクラップ鉄Sを示す画素値1同士が連結せずに欠損していたり、スクラップ鉄Sでない点がノイズとして画素値1であったりすることがある。このため、第1画像修正部5dは2値化画像に対してモルフォロジ変換を行う。ここで、モルフォロジ変換は、画像に対してある画素値の領域の膨張と収縮を行い、欠損箇所の復元やノイズの除去を行う画像処理手法である。第1画像修正部5dは、カーネル行列に基づいて画素値1の箇所を膨張させ、その後収縮させることにより、スクラップ鉄Sを示す画素値1の箇所の欠損部を補い、スクラップ鉄Sを含む領域が画素値1となる処理を行う。カーネル行列は、どの大きさで膨張と収縮を行うかを示す行列であり、カーネル行列が大きいと離れた領域の画素値1の領域を膨張により連結する。カーネル行列の大きさは、欠損部を補い、ノイズ同士が連結しない大きさであるとよい。具体的には、カーネル行列の大きさは3×3の正方行列から11×11の正方行列の間の大きさであるとよい。なお、この処理の際、ノイズとなる画素値1の箇所においても膨張と収縮の操作が行われるが、ノイズの場合には、画素値1の箇所がそれぞれ離れているため、ノイズの領域同士が連結されることはない。これにより、ステップS5の処理は完了し、形状識別処理はステップS6の処理に進む。
In the process of step S5, the first image correction unit 5d performs morphological transformation on the binary image created by the process of step S4 to connect
ステップS6の処理では、第2画像修正部5eが、ステップS5の処理において作成された修正2値化画像に対して、画素値1の領域に対して先に収縮を行い、その後膨張させるモルフォロジ変換を行うことによってマスク画像を作成する。カーネル行列の大きさに基づいて画素値1の領域を収縮させる操作を行うと、点在する画素値1の点は除去される。その後領域を膨張させると、ノイズ以外の大きい画素値1の領域は復元される。カーネル行列の大きさは、収縮時にノイズ以外の画素値1の領域が除去されない大きさであるとよく、具体的にはステップS5の処理において用いたカーネル行列の大きさと同様、3×3の正方行列から11×11の正方行列の大きさの間に設定するとよい。これにより、ステップS6の処理は完了し、形状識別処理はステップS7の処理に進む。
In the process of step S6, the second image correction unit 5e performs a morphological transformation on the corrected binary image created in the process of step S5, first shrinking the
ステップS7の処理では、マスク処理部5fが、ステップS6の処理において作成されたマスク画像を用いて撮影装置2によって撮影された動画データからスクラップ鉄Sの画像を抽出する。具体的には、マスク処理部5fは、撮影画像の対象フレームに相当するマスク画像を利用して、マスク画像で画素値1の位置に対応する撮影画像の画素をそのままの画素値で、マスク画像で数値0の位置に対応する撮影画像の画素に画素値0を埋めるマスク操作を行い、スクラップ鉄Sの画像を抽出する。以後、セマンティックセグメンテーションやインスタンスセグメンテーション等で事前にスクラップ鉄の形状を学習した機械学習モデルに抽出画像を適用すれば、スクラップ鉄の形状を精度よく識別することができる。また、抽出画像を出力装置4に出力し、目視でスクラップ鉄の形状を識別してもよい。これにより、ステップS7の処理は完了し、一連の形状識別処理は終了する。
In the process of step S7, the mask processing unit 5f extracts an image of scrap iron S from the video data captured by the
実験による模擬スクラップ鉄が落下している動画に対して、本発明の手法を適用した実施例を示す。撮影動画のフレームレートは30fps、フレーム数は40フレームとした。図5(a)に20フレーム目であり、中央部に落下する模擬スクラップ鉄が映されたグレースケール画像を示す。この撮影画像に対して、前処理部5aで前処理を行った上で、演算部5bでロバスト主成分分析を行うことによりスパース行列を求めた。スパース行列を画像化したものを図5(b)に示す。図5(b)のスパース行列に対して、標準偏差σを求め、0.5σの領域で2値化画像を作成すると図5(c)に示すようになり、模擬スクラップ鉄を示す白色部を求めることができた。図5(c)では、模擬スクラップ鉄と考えられる領域に欠損部分があるため、第1画像修正部5dにて5×5のカーネルにより白色部を膨張して収縮させるモルフォロジ変換を行い、修正2値化画像を作成した。修正2値化画像は図5(d)に示すようであり、欠損を補い、模擬スクラップ鉄を示す白色部の領域を連結させることができた。次に、図5(d)に示す修正2値化画像にはノイズである点在する白色部が存在するため、第2画像修正部5eにて収縮させて膨張させるモルフォロジ変換を行うと図5(e)に示すようになった。修正2値化画像である図5(d)にあったノイズが除去でき、これによりマスク画像を作成できた。そして、マスク処理部5fにて、マスク画像を用いて撮影画像の模擬スクラップ鉄箇所を抽出すると、図5(f)となり、落下している模擬スクラップのみが映された抽出画像を作成することができた。この抽出画像には、移動物体と特徴を持った模擬スクラップ鉄のみしか映されていないため、事前に学習させた画像セグメンテーション等の機械学習モデルに適用すると、模擬スクラップ鉄の識別精度を向上させることができる。 An embodiment in which the method of the present invention is applied to a video of simulated scrap iron falling from an experiment is shown. The frame rate of the video was 30 fps, and the number of frames was 40. FIG. 5(a) shows the 20th frame, a grayscale image of simulated scrap iron falling in the center. This captured image was preprocessed by the preprocessing unit 5a, and then robust principal component analysis was performed by the calculation unit 5b to obtain a sparse matrix. FIG. 5(b) shows an image of the sparse matrix. The standard deviation σ was calculated for the sparse matrix in FIG. 5(b), and a binarized image was created in the 0.5σ region, as shown in FIG. 5(c), and the white part indicating the simulated scrap iron was obtained. In FIG. 5(c), since there is a missing part in the region thought to be the simulated scrap iron, a morphological transformation was performed in the first image correction unit 5d to expand and contract the white part using a 5×5 kernel, and a corrected binarized image was created. The corrected binary image is as shown in FIG. 5(d), and the missing parts were repaired and the white areas showing the simulated scrap iron were connected. Next, since the corrected binary image shown in FIG. 5(d) has scattered white parts that are noise, the second image correction unit 5e performs morphological transformation to shrink and expand the image, resulting in the image shown in FIG. 5(e). The noise in the corrected binary image of FIG. 5(d) was removed, and a mask image was created. Then, the mask processing unit 5f used the mask image to extract the simulated scrap iron part of the captured image, resulting in the image shown in FIG. 5(f), and an extracted image showing only the falling simulated scrap iron was created. Since this extracted image shows only the moving object and the simulated scrap iron with its characteristics, applying it to a machine learning model such as image segmentation that has been trained in advance can improve the accuracy of identifying the simulated scrap iron.
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である形状識別処理では、画像処理装置5が、スクラップ鉄Sの動画データを2次元のデータ行列に変換し、2次元のデータ行列に対してロバスト主成分分析を実行することによりスパース行列を求め、スパース行列の要素値を所定の閾値で2値化することにより2値化画像を生成し、2値化画像に対して所定の画素値の領域を膨張させた後に所定の画素値の領域を収縮させるモルフォロジ変換を実行することにより修正2値化画像を生成し、修正2値化画像に対して所定の画素値の領域を収縮させた後に所定の画素値の領域を膨張させるモルフォロジ変換を実行することによりマスク画像を生成し、スクラップ鉄Sの動画データからマスク画像に対応する画像をスクラップ鉄Sの画像として抽出する。これにより、スクラップ鉄Sの形状を精度よく識別することができる。また、識別されたスクラップ鉄Sの形状に応じて電気炉を制御することにより、電気炉を効率よく操業することができる。
As is clear from the above description, in the shape identification process according to one embodiment of the present invention, the
なお、2値化画像に対して所定の画素値の領域を収縮させた後に所定の画素値の領域を膨張させるモルフォロジ変換を実行することにより修正2値化画像を生成し、修正2値化画像に対して所定の画素値の領域を膨張させた後に所定の画素値の領域を収縮させるモルフォロジ変換を実行することによりマスク画像を生成した場合には、2値化画像に欠損領域があるため、修正2値化画像の生成時に必要箇所がノイズとして認識されて除去されることがある。このため、マスク画像の生成時に欠損領域を補完することができず、移動物体箇所が欠落したマスク画像が生成される可能性がある。これに対して、本実施形態では、2値化画像に対して所定の画素値の領域を膨張させた後に所定の画素値の領域を収縮させるモルフォロジ変換を実行することにより修正2値化画像を生成し、修正2値化画像に対して所定の画素値の領域を収縮させた後に所定の画素値の領域を膨張させるモルフォロジ変換を実行することによりマスク画像を生成する。すなわち、本実施形態では、初回のモルフォロジ変換で欠損領域を補完し、2回目のモルフォロジ変換でノイズを除去する。これにより、必要な画像の情報を欠落させずにノイズを除去することができる。 When a modified binary image is generated by performing a morphological transformation to expand a region of a predetermined pixel value on the binary image and then contract the region of the predetermined pixel value, and a mask image is generated by performing a morphological transformation to expand a region of a predetermined pixel value on the modified binary image and then contract the region of the predetermined pixel value, the binary image has a missing region, so the necessary part may be recognized as noise and removed when the modified binary image is generated. Therefore, the missing region cannot be complemented when the mask image is generated, and a mask image in which the moving object part is missing may be generated. In contrast, in this embodiment, a modified binary image is generated by performing a morphological transformation to expand a region of a predetermined pixel value on the binary image and then contract the region of the predetermined pixel value, and a mask image is generated by performing a morphological transformation to contract a region of a predetermined pixel value on the modified binary image and then expand the region of the predetermined pixel value. That is, in this embodiment, the missing region is complemented by the first morphological transformation, and noise is removed by the second morphological transformation. This makes it possible to remove noise without losing necessary image information.
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 The above describes an embodiment of the invention made by the inventors, but the present invention is not limited to the description and drawings that form part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. In other words, other embodiments, examples, and operational techniques made by those skilled in the art based on this embodiment are all included in the scope of the present invention.
1 形状識別システム
2 撮影装置
3 入力装置
4 出力装置
5 画像処理装置
5a 前処理部
5b 演算部
5c 2値化画像処理部
5d 第1画像修正部
5e 第2画像修正部
5f マスク処理部
100 スクラップヤード
101 搬送設備
102 装入台車
103 電気炉
S スクラップ鉄
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Citations (4)
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| JP2002049920A (en) | 2000-06-01 | 2002-02-15 | Univ Of Washington | Method and apparatus for estimating a desired contour of an image object |
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| JP2021067380A (en) | 2019-10-18 | 2021-04-30 | 川崎重工業株式会社 | Combustion state evaluation method and combustion control method |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002049920A (en) | 2000-06-01 | 2002-02-15 | Univ Of Washington | Method and apparatus for estimating a desired contour of an image object |
| WO2010084902A1 (en) | 2009-01-22 | 2010-07-29 | 株式会社日立国際電気 | Intrusion alarm video processing device |
| JP2015095897A (en) | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 三菱電機株式会社 | How to process video captured from a scene |
| JP2021067380A (en) | 2019-10-18 | 2021-04-30 | 川崎重工業株式会社 | Combustion state evaluation method and combustion control method |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Emmanuel J. Candes at.el.,Robust Principal Component Analysis?,arXiv,米国,Cornell University,2009年12月18日,p.1ーp.39,https://arxiv.org/pdf/0912.3599v1 |
| 田中敏幸,画像情処理の基礎,画像情報処理の基礎 初版,株式会社コロナ社,2019年06月13日,PP86-88 |
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