(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の検査対象に対して直交する光軸方向にカラーラインＴＶカメラを配置し、帯状の検査対象を横切る帯状視野に対して平行に設置される３色の棒状のライン光源のうち、１つのライン光源を上段に配置するとともに、２つのライン光源をカラーラインＴＶカメラの光軸に対して対向状態で下段に配置し、カラーラインＴＶカメラからの各色の映像を各色毎の画像プレーンのバッファに格納してから、相関係数および正規化相関係数のうちの１つを用いて、３色に対応する画像プレーンのバッファ間の対応画素において上段のライン光源の色を抽出するための画素毎の相関演算を行い、演算結果の上段のライン光源の色に対応する画像を演算プレーンの色抽出結果バッファに格納し、色抽出結果バッファの画像から凹凸状の欠陥を黒領域として検出することを特徴とするカラー照明を用いた欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー照明を用いて、帯状シートなど帯状の検査対象の凹凸状の欠陥を画像処理により検査する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すように、一般に、帯状の検査対象例えば帯状シート１の欠陥検査には、ラインＴＶカメラ２および棒状のライン光源５を用いた画像処理装置３が広く用いられている。ライン光源５は、帯状シート１に対して斜め左上の方向から光を照射し、ラインＴＶカメラ２は、帯状シート１を横切る帯状視野で、帯状シート１の凹凸の欠陥を白く、帯状シート１の地を黒く映像化する。画像処理装置３は、これらの画像を２値化処理することによって、画像の白領域を欠陥として抽出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図２のような凹状の欠陥として半球面の欠陥穴が帯状シート１にある場合、図３のような多元照明の光学系を用いて、検査することを考える。図３で、例えば下段左のライン光源５の照明を用いたとき、そのときの画像は、図４のａのようになり、欠陥穴の一部が白く光るため、欠陥を検出することができる。ただし、視野内に白っぽい汚れが付着していたとき、白っぽい汚れが画像上で、白く光る欠陥穴の一部と同じくらいの明るさになり、欠陥穴だけを抽出することはできない。同様のことが、下段右のライン光源６を用いたときにも、図４のｂのように起きる。
【０００４】
また、ライン光源５およびライン光源６を同時に点灯し、下段両側照明により欠陥穴の一部を白く光らせる方法もあるが、これも上記と同様に、白く光る汚れがあるときには、図４のｃに見られるように、汚れと欠陥との区別はできない。さらに、上段の２つのライン光源４のみを点灯させて、上段両側照明のもとで欠陥穴の一部を黒で抽出する方法もあるが、これも黒い汚れが帯状シート１に付着していた場合には、それらの区別はできない。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、多元照明の光学系を基礎として、帯状の検査対象の凹凸状の欠陥と汚れとを区別しながら、帯状の検査対象の凹凸状の欠陥を確実に検出できるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的のもとに、本発明は、帯状の検査対象に対して直交する光軸方向にカラーラインＴＶカメラを配置し、帯状の検査対象を横切る帯状視野に対して平行に設置される３色の棒状のライン光源のうち、１つのライン光源を上段に配置するとともに、２つのライン光源をカラーラインＴＶカメラの光軸に対して対向状態で下段に配置し、カラーラインＴＶカメラからの各色の映像を各色毎の画像プレーンのバッファに格納してから、相関係数および正規化相関係数のうちの１つを用いて、３色に対応する画像プレーンのバッファ間の対応画素において上段のライン光源の色を抽出するための画素毎の相関演算を行い、演算結果の上段のライン光源の色に対応する画像を演算プレーンの色抽出結果バッファに格納し、色抽出結果バッファの画像から凹凸状の欠陥を黒領域として検出するようにしている。
【０００７】
相関演算は、演算ＬＳＩによって行われ、演算結果は、演算プレーンの色抽出結果バッファに格納される。色抽出結果バッファの画像で、帯状の検査対象の平面は、白領域となり、検査対象の表面の凹凸状の欠陥は、急傾斜部で黒く、緩傾斜部で灰色（グレイ）となり、全体として濃淡のある黒領域となる。そして、上段のライン光源の色抽出は、画像のある点（画素）の濃度値から判定するが、ワークの表面状態（反射率・乱反射）の影響をなくするために、他のライン光源によるある点（画素）の濃度値から相関係数を求めて、必要に応じて、相関係数を正規化しながら行われる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明のカラー照明を用いた欠陥検査方法を実施するための欠陥検査装置１０を示している。この欠陥検査装置１０は、帯状の検査対象として、帯状シート１を検査するために、カラーラインＴＶカメラ１１、カラー照明として３色の棒状のライン光源７、８、９および画像処理装置１２などにより構成されている。
【０００９】
カラーラインＴＶカメラ１１は、帯状シート１の面に対して直交する線上に、カラーラインＴＶカメラ１１の光軸を一致させた状態で配置され、帯状シート１の検査面を撮像し、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のカラー映像信号を画像処理装置１２に送る。なお、カラーラインＴＶカメラ１１のライン状視野は、帯状シート１の幅方向、つまり帯状シート１を横切るように設定される。
【００１０】
ライン光源７は、ライン状視野の上方に置かれ、帯状シート１への照射角度９０度に近い角度で帯状シート１の面を照らす。ライン光源７の照射光は、図５のように、ハーフミラー１３を介して、光軸と平行に帯状シート１に注ぐようにしてもよく、また、光軸を挟んだ２本のライン光源７により発生するようにしてもよい。
【００１１】
ライン光源８、９は、ライン光源７よりも下方で、ライン状視野に対して平行に置かれ、帯状シート１への照射角度は０度に近い。ライン光源８は、ライン状視野の左方に設置され、ライン光源９は、カラーラインＴＶカメラ１１の光軸を挟んで、ライン光源８の反対側、つまりライン状視野の右方に設置される。ライン光源７、８、９からの照射光の照射角度は、それぞれのライン光源管の帯状照射窓により規制されている。これにより、一部の方向だけに照射光が照射されるようになっている。
【００１２】
便宜上、ライン光源８は赤色（Ｒ）、ライン光源７は緑色（Ｇ）、ライン光源９は青色（Ｂ）に割り当てるが、これらのライン光源と色との対応は、これ以外に適当でよい。このような赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の照明光のもとで、カラーラインＴＶカメラ１１からの映像信号（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）は、画像処理装置１２に送られる。ラインＴＶカメラ１１の視野はライン状視野で、１秒あたり数千〜数万ラインを画像処理装置１２に出力する。帯状シート１が一定方向に一定速度で移動することにより、画像処理装置１２のバッファ内にて、２次元の画像として構築される。
【００１３】
図６は、画像処理装置１２の構成例を示す。カラーラインＴＶカメラ１１からの映像信号（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）は、各色毎に画像処理装置１２の内部のＡ／Ｄ変換器１４、１５、１６を経て、各色毎の画像プレーン１７、１８、１９に記録される。これらの画像プレーン１７、１８、１９は、各色の１ラインのデータをｍライン格納できる専用のメモリ領域のダブルバッファとして２つのＮｏ．１バッファおよびＮｏ．２バッファにより構成されている。ここで、各色の１ラインは、Ｎ＝１０２４画素、２０４８画素、５０００画素などからなり、ｍラインは、ハード的またはソフト的に決められる。
【００１４】
なお、カラー映像のデータなどは、バス２６を介して、メモリ２７、ビデオメモリ２４に格納され、入出力部２３から外部機器や、ビデオメモリ２４およびＤ／Ａ変換器２５からＣＲＴに送られる。
【００１５】
バッファサイズは、１画素を１バイト表現とすると、Ｎ×ｍバイトであり、各色のプレーンサイズは、２×Ｎ×ｍバイトである。各色の映像データは、Ｎｏ．１バッファの先頭から順次に１ラインづつ格納され、Ｎｏ．１バッファを満たすと、次はＮｏ．２バッファの先頭から順次１ラインづつ格納される。そして、映像データがＮｏ．２バッファを満たすと、今度はＮｏ．１バッファの先頭から循環するように格納される。
【００１６】
画像処理装置１２の内部のＣＰＵ２０は、欠陥検査のための画像処理を行う。また、画像処理装置１２の内部の演算ＬＳＩ２２は、Ｒの画像プレーン１７、Ｇの画像プレーン１７およびＢの画像プレーン１９の画素間で、上段のライン光源７について、その照明色緑（Ｇ）の色抽出の相関演算を行い、演算結果を演算プレーン２１の色抽出結果バッファに格納する。なお、色抽出結果バッファの大きさは、各色の画像プレーン１７、１８、１９のバッファと同じＮ×ｍバイトである。
【００１７】
色抽出は、次のように行う。上段のライン光源７は、前記の仮定のように、緑（Ｇ）色に設定されているとする。画像のある点（画素）について、Ｇ色の度合い（濃度）が多くて、Ｒ，Ｂ色の度合い（濃度）が少なければ、その画像のある点（画素）の勾配（傾斜）は、よりフラットに近い。このことから、フラットな面（凹凸の欠陥による傾斜部のない部分）は、単純にはＧ色の濃度値だけで判定できそうである。
【００１８】
しかし、反射率の低い帯状シート１の場合、照明光が乱反射するため、凹凸の欠陥による傾斜部でも、上段のライン光源７からのＧ色を反射し、カラーラインＴＶカメラ１１がＧ色の反射光に感応してしまう。このため、その画像（画素）は、凹凸欠陥の傾斜部でありながらもＧ色の濃度値を持つ。この結果、上段のライン光源７からのＧ色１色の濃淡だけでは凹凸欠陥の傾斜を判断できないことになる。
【００１９】
そこで、フラットな度合いを０〜１の実数で表すものとし、０：急傾斜、１：フラットとする。これは、ある画素の濃度値をＲ，Ｇ，Ｂとした時、フラットな場合の濃度値Ｒ０、Ｇ０、Ｂ０（Ｒ０＝Ｂ０＝０，Ｇ０＝２５５）との相関係数ｋをとることで代用できる。相関係数ｋは、Ｇ＝２５５、Ｒ＝Ｂ＝０なら相関値＝１と定義する。
【００２０】
この相関係数ｋは、Ｒ，Ｇ，Ｂとも、０〜２５５とすると、ルート演算子ｓｑｒを用いて下記の式により表せる。
【００２１】
ｋ＝Ｓ３／ｓｑｒ（Ｓ１×Ｓ２）
ただし、Ｓ１＝Ｒ０２＋Ｇ０２＋Ｂ０２  （Ｒ０＝Ｂ０＝０，Ｇ０＝２５５）
Ｓ２＝Ｒ２＋Ｇ２＋Ｂ２
Ｓ３＝Ｒ×Ｒ０＋Ｇ×Ｇ０＋Ｂ×Ｂ０
【００２２】
なお、上の式では、照明の明るさや、帯状シート１の反射率が低下して、Ｒ，Ｇ，Ｂが同率で低下しても、相関係数ｋは変化しないが、一般に急傾斜面の相関係数ｋに対するフラット面の相関係数ｋの比であるＳ／Ｎ比が小さい。
【００２３】
そこで、Ｓ／Ｎ比の高い相関係数として、正規化相関係数Ｋを使う。この正規化相関係数Ｋは、ルート演算子ｓｑｒを用いて下記の式により表せる。
【００２４】
Ｋ＝Ｓ３／ｓｑｒ（Ｓ１×Ｓ２）
ただし、Ｓ１＝Ｒ０２＋Ｇ０２＋Ｂ０２−３×Ｓ１      （Ｒ０＝Ｂ０＝０，Ｇ０＝２５５）
Ｓ２＝Ｒ２＋Ｇ２＋Ｂ２−３×Ｓ２
Ｓ３＝Ｒ×Ｒ０＋Ｇ×Ｇ０＋Ｂ×Ｂ０−３×Ｓ１×Ｓ２
なお、  Ｓ１＝（Ｒ０＋Ｇ０＋Ｂ０）／３
Ｓ２＝（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）／３
【００２５】
この式を用いた場合、正規化相関係数Ｋは、−１〜１の間の値をとる。演算ＬＳＩ２２は、Ｒの画像プレーン１７、Ｇの画像プレーン１８およびＢの画像プレーン１９の画像の全画素について、上記の式の演算により正規化相関係数Ｋを求める。
【００２６】
正規化相関係数Ｋは、フラットなところではＧ値が２５５でなくても、１になり、急傾斜なところではＧ値がある程度の値をもっても、０以下になる。演算ＬＳＩ２２は、求めた正規化相関係数Ｋの値に２５５をかけて、８ｂｉｔの演算プレーン２１の色抽出結果バッファに格納する。この際、マイナス値を０としてもよく、また２５５〜−２５５を２５５〜０に入るように、２５５を足して２で割る調整を行ってもよい。
【００２７】
図７は、各色の画像プレーン１７、１８、１９のバッファの画像、および演算プレーン２１の色抽出結果バッファに格納された画像を示す。色抽出結果バッファに格納された画像で、帯状シート１の平面は、白領域となり、帯状シート１上の凹凸の欠陥は、急傾斜部で黒く、緩傾斜部で灰色（グレイ）の濃淡のある黒領域となる。平面上の汚れ（白、黒）も、フラットのため、白として現れる。
【００２８】
したがって、ＣＰＵ２０は、色抽出結果バッファに格納された画像を用いて、欠陥検査のための画像処理を行い、画像から濃淡のある黒領域を判別することにより、帯状シート１上の凹凸の欠陥を検出する。この検出過程で、平面上の汚れ（白、黒）も、白として現れるため、欠陥検査は、平面上の汚れ（白、黒）に影響されない。
【００２９】
【発明の応用】
帯状シート１の欠陥穴（凹状の欠陥）で説明したが、凸状の欠陥も同様に抽出できる。なお、演算ＬＳＩ２２をなくし、演算ＬＳＩ２２が行う相関演算は、ＣＰＵ２０により行ってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、帯状シートなど帯状の検査対象に対して直交する光軸方向にカラーラインＴＶカメラを配置し、帯状の検査対象を横切る帯状視野に対して平行に設置される３色の棒状のライン光源のうち、１つを上段に配置するとともに、２つをカラーラインＴＶカメラの光軸に対して対向状態で下段に配置し、カラーラインＴＶカメラからの各色の映像を各色毎の画像プレーンのバッファに格納し、各画像プレーンのバッファ間で上段のライン光源の色を抽出するための画素毎の相関演算を行い、演算結果を演算プレーンの色抽出結果バッファに格納し、色抽出結果バッファの画像から欠陥を黒領域として検出するようにしている。
【００３１】
従って、本発明では、帯状の検査対象面の凹凸状の欠陥とフラットな白または黒の汚れが明確に区別できるから、凹凸の欠陥だけが正確に抽出でき、しかも、相関演算の導入によって、照明の明るさや、検査対象の表面の反射率の影響を受けないばかりか、検査対象面の凹凸の欠陥と検査対象面の地とのＳ／Ｎ比が高められるから、検査の信頼性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラインＴＶカメラを用いた一般的な欠陥検査装置の斜面図である。
【図２】帯状シートの欠陥の断面図および平面図である。
【図３】従来の技術の光学系の説明図である。
【図４】下段および上段照明による画像の説明図である。
【図５】本発明による多元照明を用いた欠陥検査装置の斜面図である。
【図６】画像処理装置のブロック線図である。
【図７】各色の画像プレーンのバッファの画像および演算プレーンのバッファの画像の説明図である。
【符号の説明】
１  帯状シート
２  ラインＴＶカメラ
３  画像処理装置
４  ライン光源
５  ライン光源
６  ライン光源
７  ライン光源
８  ライン光源
９  ライン光源
１０  欠陥検査装置
１１  カラーラインＴＶカメラ
１２  画像処理装置
１３  ハーフミラー
１４  Ａ／Ｄ変換器
１５  Ａ／Ｄ変換器
１６  Ａ／Ｄ変換器
１７  画像プレーン
１８  画像プレーン
１９  画像プレーン
２０  ＣＰＵ
２１  演算プレーン
２２  演算ＬＳＩ
２３  入出力部
２４  ビデオメモリ
２５  Ｄ／Ａ変換器
２６  バス
２７  メモリ
【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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【図７】
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