(57)【要約】移動する製品の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正するシステムおよび方法。このシステムは、コンベヤユニットよりも上に上昇させたプラットフォームを有し、基準色タイルを受け入れる。上昇させたプラットフォームは、下のコンベヤユニット表面上で検査される製品の通過を可能にし、それによって、画像捕捉中の校正および再校正プロセスは、製品の流れを妨げることなく、連続的に達成される。
2015537219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の製品の物品を有するコンベヤ上の生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正する方法であって、
ａ）イメージングユニットの視野において前記コンベヤよりも上に上昇させたプラットフォーム上に校正色を有する校正色タイルを配置することと、
ｂ）前記イメージングユニットを用いて前記校正色の光吸収データを得ることと、
ｃ）プロセッサを用いて前記校正色の前記光吸収データの成分色強度を計算することと、
ｄ）前記校正色の前記成分色強度を標準化することと、
ｅ）前記イメージングユニットの視野から前記プラットフォームを取り出すことと、
ｆ）前記イメージングユニットを用いて前記物品の光吸収データを得ることと
を含む、方法。
【請求項２】
ｇ）前記プロセッサを用いて前記物品の前記光吸収データの成分色強度を計算することと、
ｈ）前記物品の前記成分色強度を標準化することと、
ｉ）前記校正色および前記物品の前記成分色強度に基づいて前記物品の品質指数を計算することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｊ）メモリに格納されている欠陥閾値データを呼び出すことと、
ｋ）前記品質指数を前記欠陥閾値データと比較することと
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記プラットフォームは、コンベヤの流れに平行な方向に移動させることによって前記イメージングユニットの視野から取り出される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記プラットフォームは、コンベヤの流れに垂直な方向に移動させることによって前記イメージングユニットの視野から取り出される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
照明源の出力強度を調整することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記照明源の出力強度は、前記校正色の光吸収データに基づいて調整される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記照明源の出力強度は、前記物品の光吸収データに基づいて調整される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
リフレクタを用いて照明源の方向を調整することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記照明源の方向は、前記校正色の光吸収データに基づいて調整される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正するシステムであって、
コンベヤユニットの幅の少なくとも一部に沿って延在する第１のフレームを有するコンベヤユニットと、
前記第１のフレーム内のトラックに移動可能に連結される第１の支持体によって前記コンベヤユニットよりも上に上昇させられるプラットフォームと、
基準色タイルを受け入れるための前記プラットフォーム内のスロットと
を備える、システム。
【請求項１２】
前記基準色タイルは複数の基準色セグメントを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コンベヤユニットの幅にわたって前記第１のフレームに直接位置決めされる第２のフレームをさらに備え、前記プラットフォームは、前記第２のフレーム内のトラックに取り外し可能に連結される第２の支持体によってさらに支持される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プラットフォームは、前記コンベヤユニットの上面から少なくとも約７センチメートル上昇させられる、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
視野を有するカメラ、カメラ窓、および制御／データ線を含んだイメージングユニットをさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記カメラは光センサの線状アレイである、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
光源およびリフレクタを有する照明ユニットをさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記支持体は、前記トラック内を移動するように動作可能な梁である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
プロセッサ、メモリ、および表示デバイスを有する制御ユニットをさらに備え、さらに、イメージングユニットが制御／データ線を通じて前記制御ユニットと通信する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記色タイルは、その長手方向軸を中心に回転するように動作可能なローラを有する、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してデジタル画像分析に関し、より詳細には、連続的に移動する生産の流れのデジタル画像において異常または欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムの校正に関する。
【背景技術】
【０００２】
異常または欠陥の検出において画像分析を使用することは種々の分野で行われている。具体的には、食品加工業では、自動化された食品選別システムにおいて連続的なコンベヤと併せてデジタル画像分析が取り入れられている。例えば、幾つかの従来技術の方法は、品質を視覚的に確かめることができる食品や他の製品または品物の検査を提供する。高度なイメージング分析またはスペクトル分析と同様に、検出された画像は基準と比較される必要があり、これは、一貫性のある測定を確実にするためにシステムを校正する必要があることを意味する。また、画像分析の分野において既知のシステムおよび方法は多くの場合に、欠陥検出用の画像の捕捉を中断する校正手順を必要とする。これは、欠陥検出システムが連続的な生産ライン（例えば、欠陥の有無について検査される製品を運搬する連続的なコンベヤシステム）と併せて用いられる場合に問題となり得る。
【０００３】
したがって、生産コンベヤシステムの速度を落とすかまたは止めることを必要としない、デジタル欠陥検出システムの校正および再校正を提供するシステムおよび方法が必要とされている。さらに、改良されたデジタル欠陥検出システムは、既存の製品コンベヤシステムに組み込むことが可能である必要がある。最後に、連続的な生産中に画像取得および分析システムの正確なリアルアイムの校正を提供するデジタル欠陥検出システムおよび方法が必要とされている。
【０００４】
概要
本発明の一態様によれば、以前の静的な校正方法に関連する不都合な点を実質的に排除するかあるいは低減する、生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正する方法が提供されている。この方法は、一実施形態において、（ａ）カメラの視野においてコンベヤよりも上に上昇させたプラットフォーム上に校正色タイルを配置するステップと、（ｂ）校正色の光吸収データを得るステップと、（ｃ）校正色の光吸収データの成分色強度（component color intensity）を計算するステップと、（ｄ）校正色の成分色強度を標準化するステップと、（ｅ）カメラの視野からプラットフォームを取り出すステップと、（ｆ）製品の光吸収データを得るステップと、（ｇ）製品の光吸収データの成分色強度を計算するステップと、（ｈ）製品の成分色強度を標準化するステップと、（ｉ）校正色および製品の成分色強度に基づいて製品の品質指数（quality index score）を計算するステップとを含む。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正するシステムが開示される。幾つかの実施形態において、このシステムは、コンベヤユニットの幅の少なくとも一部に沿って延在する第１のフレームを有するコンベヤユニットと、第１のフレーム内のトラックに移動可能に連結される少なくとも１つの支持体上でコンベヤユニットよりも上に上昇させられるプラットフォームと、複数の基準色セグメントを含んだ色タイルを受け入れるためのプラットフォーム内のスロットとを備える。幾つかの実施形態は、コンベヤユニットの幅にわたって第１のフレームに直接連結される第２のフレームと、視野を有するカメラ、カメラ窓、および制御／データ線を含んだイメージングユニットと、プロセッサ、メモリ、および表示デバイスを有する制御ユニットとのうち少なくとも１つを備え、さらに、イメージングユニットが制御／データ線を通じて制御ユニットと通信する。
【０００６】
本発明の特定の実施形態は、複数の技術的な利点を提供することができる。例えば、本発明の一実施形態によれば、対象がコンベヤシステムに沿って移動するのと実質的に同時にデジタルイメージングシステムを校正することができる。本発明の一実施形態に関連するさらに別の技術的な利点は、その多用途性である。本発明によって提供される特徴は、品質の保証を必要とする材料を生産する任意のコンベヤシステムに適用することができる。本明細書において記載される実施形態は食品コンベヤシステムの例を用いるが、本開示におけるシステムおよび方法は、任意の連続的な生産の場面に容易に適合可能である。限定することなく、開示される方法およびシステムの業種および適用の幾つかの例としては、焼菓子商品、風味が良いスナック食品、キャンディ（例えば、ゼリービーンズ、チョコレート、キャンディコーティングチョコレート、タフィー、および着色グミスナック）、木製品、紙製品、織物等が挙げられる。
【０００７】
本発明の特定の実施形態は、これらの利点の幾つかまたは全てを享受することができる。他の技術的な利点は、以下の図、説明および特許請求の範囲から当業者には容易に明らかとなるであろう。
【０００８】
本発明およびその利点のより完全な理解のために、以下の説明および添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】特定の実施形態に係る、生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正するシステムの斜視図。
【図２】特定の実施形態に係る、生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正するシステムの斜視図。
【図３】特定の実施形態に係る、生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正するシステムの斜視図。
【図４】特定の実施形態に係る、生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正する方法の流れ図。
【図５Ａ】一実施形態に係る、コンベヤベルトの高さにおける校正基準ユニットの例示的なラインスキャンを示す図。
【図５Ｂ】一実施形態に係る、上昇した高さにおける校正基準ユニットの例示的なラインスキャンを示す図。
【図６Ａ】一実施形態に係る、例示的なラインスキャンの生データを示す図。
【図６Ｂ】一実施形態に係る、標準化されたプロットを示す図。
【図７】代替の実施形態に係る、生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正するシステムの斜視図。
【図８】代替の実施形態に係る、生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを校正するシステムの上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、幾つかの実施形態に係る、生産の流れにおいて欠陥を検出するための動的なデジタルイメージングシステムを示している。本明細書において用いられる場合、「動的なデジタルイメージングシステム」という用語は、連続的に移動する対象（例えば、連続的に移動する生産の流れ）のデジタル画像を得るように動作可能な任意のシステムを指す。システム１００は、制御ユニット、コンベヤユニット、校正基準ユニット、照明ユニット、およびイメージングユニットを備える。各ユニットは、以下でさらに詳細に説明する。
【００１１】
少なくとも１つの実施形態において、制御ユニットは、プロセッサ、メモリ、表示デバイス（例えば、モニタ）、および入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、またはタッチパッド）を有するコンピュータである。幾つかの実施形態において、制御ユニットには、ネットワークインタフェースも備え付けられており、ネットワークに接続されている。そのような実施形態は、遠隔地におけるシステム１００の制御が可能であるという利点を提供する。幾つかの実施形態において、制御ユニットは、コンベヤユニット、校正基準ユニット、照明ユニット１６０、およびイメージングユニットを制御する。他の実施形態において、コンベヤユニットは、操作者または別のシステムによって別個に制御される。以下でさらに詳細に説明するように、校正基準ユニットは操作者によって手動で制御することもできる。幾つかの実施形態において、照明ユニット１６０およびイメージングユニットは、互いに通信する別々のシステムによって制御される。さらに別の実施形態において、操作者は、捕捉した画像からのデータに基づいて光源１６２の強度を手動で調整する。代替の実施形態において、照明ユニット１６０は静的なユニットであり、制御ユニットは、スケーリングファクタを適用することによって光強度データを調整する。
【００１２】
幾つかの実施形態において、コンベヤユニットはコンベヤベルト１０２である。他の実施形態において、コンベヤユニットは、製品の連続的な流れを支持および運搬することが可能な任意のシステムである。幾つかの実施形態において、イメージングユニット、照明ユニット、および基準色ユニットは、生産の流れに沿ってコンベヤベルト１０２から別の場所に移動させることができる（図１に示されているような）可搬エンクロージャ内に収容される。この可搬エンクロージャは、既存のコンベヤシステムに容易に組み込まれるという利点を提供する。
【００１３】
図１に示されているような一実施形態では、校正基準ユニットは、プラットフォーム１０４と、フレーム１０６と、トラック１０８と、支柱１１０と、プラットフォーム１０４に沿うスロット１１２と、１つまたは複数の色タイル１２０とを備える。図１の実施形態は２つの支柱１１０を示しているが、一実施形態において、校正基準ユニットは１つのみの支柱１１０を含むことに留意されたい。したがって、概して、校正基準ユニットは少なくとも１つの支柱１１０を含む。図２により詳細に示されている一実施形態において、プラットフォーム１０４は、内部で支柱１１０が自由に摺動するトラック１０８を有するフレーム１０６によって支持される。そのような実施形態において、校正基準ユニットは、コンベヤベルト１０２の移動に対して垂直または平行な方向に移動することができる。これによって、必要に応じて、校正基準ユニットがイメージングユニットの視野に出入りすることを可能にすることができる。例えば、システム１００が校正シーケンスにない場合、校正基準ユニットの支柱１１０は、コンベヤベルトの移動に対して平行な方向にトラック１０８に沿ってイメージングユニットの視野の外へ摺動し、それによって、イメージングユニットは、コンベヤベルト１０２上の製品の流れの画像を捕捉することができる。逆に、システム１００が校正または再校正モードにあるとき、校正基準ユニットは摺動してイメージングユニットの視野に入る。幾つかの実施形態においては、システム１００の操作者が校正基準ユニットを視野に手動で出入りさせる一方、他の実施形態においては、システム１００が校正モードにあるか検出モードにあるかに応じて制御ユニットがシステム１００を自動的に移動させる。図１はトラック１０８に沿って摺動する単純な支柱１１０を示しているが、校正基準ユニットをイメージングユニットの視野に出入りさせることが可能な任意の機構を代わりに用いることができる。幾つかの例としては、ローラ、キャスタ、ホイール、磁気トラック、あるいはより高度なロボット制御が挙げられる。
【００１４】
概して、プラットフォーム１０４は、１つまたは複数の支柱１１０またはその好適な代替物によってコンベヤベルト１０２よりも上に上昇させられるように画定することが可能な高さを有してもよい。支柱１１０の高さは、例えば、コンベヤベルト１０２上で運搬される製品のサイズおよび形状に応じて調整することができる。一実施形態において、支柱１１０は、コンベヤベルト１０２の表面とプラットフォーム１０４の底面との間に少なくとも約３インチ（約７または８ｃｍ）の隙間を提供する程度に十分に高い。これは、システム１００の校正を、製品の流れの連続的なフローを妨げることなく行うことができるという点で有利であり得る。
【００１５】
プラットフォーム１０４は、１つまたは複数の色タイル１２０を内部で摺動させて支持することができるスロット１１２を有する。色タイル１２０は、一色の単一のタイル、複数色の単一のタイル、または種々の色の複数のタイルであり得る。色タイル１２０は、紙、ポリマー（超高分子量ポリエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリオキシメチレン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等を含む）、金属、セラミック、複合材料、または木を含む任意の好適な材料から作られる。色タイル１２０のサイズは、イメージングユニットの必要性に応じて変えることもできる。一実施形態において、色タイル１２０は、コンベヤベルト１０２の幅と同じ幅を有し、コンベヤベルト１０２上の製品の流れのフローに対して垂直に配置される。図１に示されている特定の実施形態では、色タイル１２０は、約４８インチ（約１２２ｃｍ）の幅で約６〜約８インチ（約１５〜約２０ｃｍ）の長さである。一実施形態において、色タイルをコンベヤベルトの移動方向に垂直に摺動させる場合、色タイルは、個々のピクセルサイズがおよそ０．０２３平方インチ（約０．１５平方センチメートル）であるため、比較的小さいものとすることができる。周囲から反射される光との干渉を防止するために、一実施形態においては、より小さい色タイルが好ましい。より小さい色タイルを使用する別の利点は、より小さく軽量の支持機構を使用する融通性である。幾つかの実施形態において、色タイルのサイズ範囲は、約０．１平方インチ〜約０．２５平方インチ（約０．６５平方センチメートル〜約１．６平方センチメートル）に及ぶ。より小さいタイルの場合、支持機構は、タイルの領域において局所的な照明に影響を与える可能性を有するため、イメージングユニットに対して事実上「見えない」ものであるべきことに留意されたい。別の実施形態においては、より幅狭の色タイル１２０がコンベヤベルト１０２の方向に平行に延びる。一実施形態においては、色タイル１２０がコンベヤベルトの方向に垂直に摺動することができる。別の実施形態においては、色タイル１２０がコンベヤの方向に平行にさらに摺動することができる。幾つかの実施形態において、色タイルは、コンベヤベルト上の製品フローの方向に対して垂直および平行の双方の移動が可能である。幾つかの実施形態において、色タイル１２０は艶消し仕上げを有することができ、それによって、その表面が照明されたときに光源または照明を囲むグレアの存在を回避する。あるいは、一実施形態において、照明源は、校正基準ユニットの長さに沿う反射ストリップまたはリフレクタ１６４を含んでもよい。
【００１６】
照明ユニット１６０（図１に最も良く示されている）は、光源１６２を含み、リフレクタ１６４を必要に応じて含む。光源１６２は、基準校正ユニットとコンベヤユニット１０２上の製品の流れとを十分に照明することが可能な任意の好適な光源であり得る。好適な光源の幾つかの例としては、白熱光（例えば、従来の白熱灯またはハロゲンランプ）、電界発光（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ））、蛍光（例えば、小型蛍光灯またはプラズマランプ）、高輝度放電ランプ、アーク灯等が挙げられる。一実施形態において、照明ユニット１６０は、図１に示されているようにシステム１００のエンクロージャの側壁に固定される。壁は、一実施形態において、画像の捕捉中にイメージング対象に影またはグレアを投じないように、図面中に示されているように角度が付けられている。コンベヤ１０２上の製品の流れおよび校正基準ユニットは光源に対して異なる高さにあるため、固定された照明ユニットの場合、ある高さでは影またはグレアを投じる可能性があるが、別の高さでは投じない可能性がある。リフレクタ１６４は、光を方向付けし直すことによっていかなる影またはグレアの問題も緩和する。リフレクタ１６４は、鏡または金属面等の、光を反射することが可能な任意の好適なデバイスである。リフレクタ１６４の表面は、幾つかの実施形態において、不透明で「白色」の光を反射することで十分であるため、研磨される必要はない。例えば特定の色の測定が行われる他の実施形態においては、望ましくない光波長を選択的に吸収するリフレクタ１６４が用いられる。蛍光が測定される他の実施形態においては、リフレクタ１６４は、光の１つの波長を受け取って好ましい波長に置き換え、この波長が次いで検出可能となる。上記の例に関して、測定される特徴を模倣する特定の特性の色タイル１２０が必要であり得る。色タイル１２０およびリフレクタ１６４は、例えば、所望の特性を示す化学物質を基板にドープする技術分野において既知の半導体のような技法を用いることによって設計および作製することができる。
【００１７】
幾つかの実施形態において、リフレクタ１６４および照明ユニット１６０全体の両方またはいずれか一方は、制御ユニットによって作動される。コンベヤベルト１０２と校正基準ユニットとの間の高さの差も光強度の差の問題を引き起こすことに留意されたい。概して光源１６２は、照明される対象よりも上にあるため、校正基準ユニットは、コンベヤベルト１０２上のユニットよりも下の製品の流れよりも強い強度の光を受け取る。したがって、幾つかの実施形態において、制御ユニットは、システム１００が校正モードであるか検出モードであるかに応じて光源１６２の出力強度を調整する。他の実施形態において、照明強度は、強度と発光源からの距離との間の関係に基づいて計算および補正される。そのような関係は、理論的にまたは実験的に求めることができ、次に校正アルゴリズムに組み込まれる。
【００１８】
図３は、イメージングユニットの一実施形態の拡大図を示している。イメージングユニットは、幾つかの実施形態において、カメラ窓１５０、ラインスキャンカメラ３００、および制御／データ線３５０を含む。他の実施形態においては、ラインスキャンカメラ３００の代わりに、製品フローおよび校正基準ユニットの色画像を捕捉することが可能な任意のデバイスが用いられる。イメージングユニットは、イメージング対象（例えば、コンベヤベルト１０２および校正基準ユニット）よりも上に概ね位置付けられる。カメラ窓１５０は、カメラ窓１５０による吸収に起因する損失がないか、あるいは最小限の損失で光を伝達することが可能な任意の光学的に透明な材料（例えば、ガラスまたはポリマー）から作られる。カメラ窓１５０の目的のうちの１つは、ラインスキャンカメラ３００および制御／データ線３５０を、製造ラインの周囲環境（例えば、塵埃粒子）から保護し、効率的な清掃を可能にすることである。
【００１９】
図１〜図３に示されている特定の実施形態において、カメラ窓１５０は、コンベヤベルト１０２の幅を横切って延在する。そのような実施形態において、ラインスキャンカメラ３００はカメラ窓３５０を横切って移動し、それによって、対象のライン画像（例えば、ピクセルの線状アレイ）を捕捉する。ラインスキャンカメラ３００は、二次元画像（すなわち、ピクセルの線状アレイの集合）を生成するように概ね連続的にカメラ窓３５０を横切って往復する。他の実施形態においては、ラインスキャンカメラ３００は往復せず、個々のピクセルをサンプリングする隣接するセンサ素子の線状アレイである。一実施形態においては、２０４８個の個々のセンサ素子が直線的に配置され、ピクセル０〜２０４７をそれぞれ同時にサンプリングする。これは、連続的な二次元画像を生成するように連続的に繰り返すことができる。一実施形態において、そのような二次元画像は、分析用のそれぞれ１０２４×１０２４ピクセルの実質的に４個の正方形のフレームに分けることができる。フレームのサイズは任意の特定の寸法に限定されず、システムの必要性に応じて調整することができる。例えば、幾つかの実施形態において、フレームは、２０４８×１ピクセルの小ささであるか、あるいは、制御ユニットにおいて使用されるメモリの限界、例えば２０４８×１００，０００ピクセルの大きさであり得る。ラインスキャンカメラ３００によって取得された画像データは、データ／制御線３５０を通じて制御ユニットに送信される。データ／制御線３５０は、ラインスキャンカメラ３００の移動も作動させる。一実施形態において、ラインスキャンカメラ３００は、１秒あたり約４０００回のレートで２０４８ピクセルの全てをサンプリングする。このサンプリングレートは、下にあるコンベヤの速度である１分あたり約６００フィート（約１８２８８センチメートル）にて、実質的に正方形のフレームを可能にする。異なる画像捕捉デバイスが用いられる実施形態において、カメラがコンベヤベルト１０２の全幅にわたって画像を捕捉するほど十分に広い視野を有する場合には、カメラの移動を省くことができる（例えば、広角カメラまたはビデオカメラ）。幾つかの実施形態において、ラインスキャンカメラ３００には、電荷結合素子（ＣＣＤ）、逆バイアス発光ダイオード（ＬＥＤ）、フォトダイオード、相補型金属−酸化膜−半導体（ＣＭＯＳ）、ビデオカメラ管（例えば、ビジコン）、または画像をデジタル化して制御ユニットのプロセッサ内でデジタルアレイフォーマットに入力することができる任意の他の好適な画像捕捉デバイス等の１つまたは複数の光センサが備え付けられる。
【００２０】
図４は、動作時のシステム１００の方法４００の一実施形態を示している。方法４００は、校正モードおよび検出モードのシーケンスの一実施形態を示している。本明細書において用いられる場合、「校正」という用語は、１つまたは複数の予め選択された基準色の光吸収データを取得することと、光吸収データを標準化することと、検出スキャンデータを参照して比較される、ファイナライズされた光吸収データセットを生成することとを含むプロセスを意味する。標準化という用語は、幾つかの実施形態では校正データセットおよび検出スキャンデータセットの両方が標準化されるため、校正とは言い換え可能でないことに留意されたい。（図５Ａおよび図５Ｂを伴う記載において）以下でさらに説明するように、標準化は概して、ある係数でデータセットを乗算し、１つのデータセットと別のデータセットとを比較するうえで役立つように、より簡単な形にする数学的なプロセスである。幾つかの基準色がスキャンされる実施形態において、校正プロセスは、各基準色の光吸収データを取得することと、各データセットを標準化することと、検出スキャンデータを参照して比較される、ファイナライズされたデータセットを蓄積することとを含む。１つのみの基準色が用いられる実施形態においてさえも、校正プロセスが（後述するように）光源１６２の調整も含むことができるという意味で、「校正」という用語は「標準化」とは言い換え可能でない。上昇させられた高さにおける光強度の差を考慮するように光源１６２が校正スキャンから検出スキャンに合わせて調整される実施形態において、「校正」という用語は、スケーリング係数（scaling factor）による乗算も包含することができる。換言すると、「標準化」は概して、光吸収データの１つまたは複数のセットに内的に由来するスケーリング係数に基づいてそのデータセットを数学的に操作することを意味し、一方で、「校正」は概して、ファイナライズされた基準色の光吸収データセットが得られるプロセス全体を意味する。図４に示されている実施形態を参照すると、校正モードは概してステップ４０４〜４２０（および再校正のステップ４３６）を含み、検出モードはステップ４２２〜４３４を含む（１つまたは複数のステップは以下でさらに説明するようにオプションである）。標準化プロセスは、センサの個々のピクセルが照明野に同じように反応するように、センサの個々のピクセルのそれぞれのゲインの調整として概念化することができる。例えば、照明野の縁における光は、視野（例えばコンベヤベルト）の縁を越える照明源がないことに起因して強度が低い。これは例えば、一実施形態において、ラインスキャンの「左」側（例えば、２０４８×１ピクセルフレームのピクセル０〜１０２３）を示す図５Ａおよび図５Ｂにおいて分かる。強度レベルは、ピクセル０ではかなり低く始まり、徐々に増大するが、ピクセル５１２くらいからピクセル１０２３までは横ばいになって同等になる。「右」側のスキャン（例えば、ピクセル１０２４〜２０４７）は、ピクセル１０２４からピクセル１５３６くらいまでは相当なレベルの強度を同様に示し、スキャンの右縁に近づくにつれて強度が徐々に低下する。これは「食パン（bread loaf）」効果と称され、こ���理由は、ラインスキャンが食パンの頂部のように見えるためである。標準化の作用は、信号レベルを上げるとともに反応を平坦化するために縁領域から生成されるカメラ信号におけるゲインを調整することによってこの現象に対処することである。全てではないにしても光源１６２が同じエネルギー量、あるいはさらに同じスペクトル含量を正確に与える場合、同様の効果が視野内で生じることがある。その場合、この状況での標準化は、イメージングデバイスの各ピクセルが、所与の刺激に対して正確に同じではないが同様の色反応を有するようにすることである。標準化の標的がその幅および長さにわたって僅かに異なるスペクトル反応を有するため、標準化は、カメラが照明を記録する方法における定誤差を考慮しようとするものであるが、標準化の標的の一貫性と同様なだけである。一実施形態において、標準化の標的は、金属背板に接着されるフォーマイカの均一な色のシートである。その一方、校正は、既知の色（例えば、マンセル色タイル）を照明野に通すことと、色補正テーブルを調整することにより、観察される色がそのタイルの標準色と同じであることを確実にすることとを伴う。色域として既知の多くの色（所与の機械を対象とする範囲の全体を表す色）のタイルを導入することによって、照明野内でカメラに提示される所与の色に関して、このプロセス中の各ステップのばらつきによって課される限界に一致する正確さの程度内で画像が再現されることを確実にすることができる。
【００２１】
以降の段落は、ポテトチップの品質保証検査の場面でのシステム１００の使用を説明する。しかし、以下の説明は、先行する段落において説明したようなシステム１００の代替の実施形態によって可能となる多くの変形形態の一例に過ぎないことに留意されたい。システム１００は、デジタル画像分析によって製品の品質を検査することが望ましいあらゆる分野または産業において使用することが可能であり、そこでは例えば、限定はされないが、食品加工、消耗品、ファッション、または自動車を含む完成品の見た目（色、形状、またはサイズ）が問題である。
【００２２】
図４に示されている方法に戻ると、方法４００は、照明ユニット１６０を作動させることによってスキャンエリア（すなわち、イメージング対象）が照明されるステップ４０２で開始する。ステップ４０４において、システム１００は、所定の色の組または予め選択された色の組の中から特定の校正色の色タイル１２０を選択する。校正色は、電磁スペクトルの可視範囲内で任意の波長／周波数であり得る。一実施形態において、システム１００には、２個から数千個もの数に及ぶ複数の色タイル１２０が備え付けられている。より大きい範囲の色を有するほど、システム１００が全スペクトルをより良く校正することができるが、操作者（またはシステム）は、その状況において関心の高い数個の色を選択するか、あるいは予め選択することができる。基準色タイル１２０は、検査される製品の特定の必要性に応じて、あるいは全ての色スペクトルをカバーするように、予め選択することができる。
【００２３】
ステップ４０６において、選択した色タイル１２０を、上昇させたプラットフォーム１０４上に配置する。色タイル１２０は、スロット１１２内に摺動するか、あるいはスロット１１２に係合することによって、上昇させたプラットフォーム１０４上に配置される。ステップ４０８において、制御ユニットによって、あるいは操作者による手動で、上昇させたプラットフォーム１０４を視野内に移動させる。ステップ４１０において、ラインスキャンカメラ３００は、校正色タイル１２０のスキャンを捕捉して制御ユニットに送信し、制御ユニットは、スキャンデータを受信してメモリに格納する。ステップ４１２において、制御ユニットのプロセッサは、ラインスキャンカメラ３００のセンサによって吸収された光の強度および色成分を判定する。
【００２４】
図５Ａおよび図５Ｂに示されているように、ラインスキャンデータは、ｘ軸上のピクセル番号（ピクセルの線状アレイに沿う位置）およびｙ軸上の光強度レベルによって、二次元プロットとして可視化することができる。ラインスキャンデータは、各ピクセルにおいて、赤、緑、青（ＲＧＢ）成分等の個々の色成分の強度レベルにさらに分解することができる。前述したように、校正基準ユニットがコンベヤベルト１０２よりも上に上昇している場合、各高さにおいて吸収または反射される光の強度が、同じ対象がスキャンされるとしても異なり得るために問題が生じる可能性がある。例えば、図５Ａは、コンベヤベルト１０２の高さにおけるグレーの色タイル１２０のスキャンの色成分の強度分析を示しており、図５Ｂは、上昇させたプラットフォーム１０４の高さにおけるグレーの色タイル１２０のスキャンの色成分の強度分析を示している。図５Ｂの強度レベルは、図５Ａの強度レベルよりもはるかに高く、ほぼ光センサを飽和させて上げ止まりとなる点であることが明白である。これは、校正データと製品フローのスキャンとを比較するときに誤差を生じる可能性がある。
【００２５】
したがって、図４に示されている包括的な方法に戻ると、一実施形態において、制御ユニットが色成分の強度を判定した後で、システム１００は、ステップ４１４において、光源１６２を調整するか否かを決定する。１つの調整は、光源１６２の強度を増減することである。一実施形態において、制御ユニットのプロセッサは、測定された強度が所定の閾値を上回るか下回る場合に光源１６２の強度を自動的に調整する。別の実施形態において、制御ユニットのプロセッサは、システム１００の操作者に（例えば、表示デバイスを介して）光源１６２を手動で調整するようにアラートを送る。さらに他の実施形態において、システム１００の操作者は、制御ユニットによって促されることなく、スキャンの観察に基づいて光源１６２の強度を調整する。ステップ４１４は、幾つかの実施形態において、光源１６２の方向を調整することをさらに含む。図５Ａおよび図５Ｂにおいて分かるように、強度曲線は、スキャンの開始時（ピクセル０付近）にはるかに低い値を有し、その後、スキャンが続くにつれて一定の水準に達する。この結果は、対象の表面上の影またはグレアに起因して生じる可能性がある（この場合はグレーの色タイル１２０、あるいは上述した食パン効果に起因する）。幾つかの実施形態においては、制御ユニットが光源１６２の角度または方向を調整する一方、他の実施形態においては、システム１００の操作者が手動で調整を行う。強度、方向またはその両方を調整するかにかかわらず、光源１６２を調整した後で、方法４００はステップ４１０に戻り、新たな校正ラインスキャンを得る。ステップ４１４はオプションであり、方法は、幾つかの実施形態において、ステップ４１２から標準化ステップ４１６に直接進むことができることに留意されたい。実際に、任意の特定の強度曲線の形状は、標準化ステップの後は重要ではないものとすることができる。
【００２６】
図４のステップ４１４において光源をオプションで調整した後、ステップ４１６において、制御ユニットのプロセッサは、色成分の強度曲線を標準化する。図６Ａおよび図６Ｂに示されているように、より効果的に比較するために、校正スキャン（図６Ａ）からの生データをスケーリング係数（例えばＲＧＢ曲線のｙｍａｘ）で乗算し、標準化された一組の曲線（図６Ｂ）を得る。標準化されたＲＧＢ曲線はほぼ直線的であり、これは、Ｒ、ＧおよびＢ成分の間の相対的な強度の比較を容易にする。さらに、標準化されたプロットは、イメージング対象の吸収プロットとしてより容易に考えることができる（イメージングユニットによって取得された反射光強度データの逆）。標準化ステップ４１６によって提供されるより直線的な曲線は、製品フローのスキャンとの比較時に、欠陥をより容易に検出するのを助ける。
【００２７】
標準化後、ステップ４１８において、システム１００は、さらなる色を校正するべきであるか否かをオプションで決定する。多くの色を校正する場合、方法４００はステップ４０４に戻る。十分な数の色が校正された場合、方法４００は次のステップに進む。ステップ４２０において、システム１００は、上昇させたプラットフォーム１０４を（制御ユニットによって、または操作者によって）ラインスキャンカメラ３００の視野から出す。各色の校正シーケンス（例えば、ステップ４０４〜４２０）は、ほんの一瞬という短いものであるため、校正および再校正は、生産フローを妨げることなく行うことができる。色を検証または校正する処理時間は最大で約１分かかり得るが、その時間の間、システムの動作は影響されない。校正モードの間、品質の管理に影響を与えるであろう大量の製品を前進させるための速いペースでコンベヤベルト１０２が移動していない場合、校正中に連続的な生産フローを止める必要はない。
【００２８】
校正モードが終わると、システム１００は欠陥検出モードに進む。ステップ４２２において、イメージングユニットは、コンベヤベルト１０２の表面上の製品のラインスキャンを捕捉する。校正スキャンと同様、取得されたデータは、制御／データ線３５０を通じて制御ユニットに送信され、制御ユニットのメモリに格納される。ステップ４２４において、制御ユニットのプロセッサは、欠陥検出スキャンの色成分の強度を標準化する。制御ユニットのプロセッサは、次にステップ４２６において、コンベヤベルト１０２の表面上の製品をスキャンし続けるか否かを決定する。ステップ４２６において肯定的に判断される場合、ステップ４２２およびステップ４２４が繰り返される。否定的に判断される場合、プロセッサは、ステップ４２８において、メモリに格納された欠陥検出スキャンを蓄積する。幾つかの実施形態において、システム１００は、以前に取得したデータを制御メモリユニットに同時に送信しながら、ステップ４２２〜４２６を連続的に繰り返す。
【００２９】
ステップ４３０において、プロセッサは、蓄積されたスキャンデータの中に欠陥が存在するか否かを判定する。一実施形態において、欠陥判定ステップ４３０は、欠陥の色、形状、またはサイズを含む種々の要素を含んだアルゴリズムに基づいて自動化される。欠陥の可能性があるピクセルの全てが同じように処理されるわけではない。その代わりに、欠陥の可能性のあるピクセルの各クラスタまたは各群に品質指数が割り当てられる。幾つかの実施形態において、アルゴリズムは、各欠陥の種類についての品質指数の閾値レベルの集合を含む。例えば、所与のポテトチップ上の３００個のオレンジピクセルの集合は、１０個の黒ピクセルの集合として欠陥としてみなすことができる。したがって、黒の欠陥は、最大１５ピクセルという閾値レベルを有することができ、一方、オレンジの欠陥は、５００ピクセルという閾値を有することができる。これは、単一の欠陥（または欠陥を表すピクセル）の存在が同じように処理される従来技術の品質管理方法とは異なる。閾値は、特定の用途の必要性に応じて選択される。アルゴリズムは制御ユニットのメモリに格納され、プロセッサは、ステップ４３２において、格納されているアルゴリズムを要求し、欠陥のサイズが関連する閾値よりも大きいか否かを判定する。大きい場合、システム１００は選別機に信号を送信し、欠陥の可能性がある製品をさらなる検査のために選別する。大きくない場合、方法４００は次のステップに進む。ステップ４３４において、システム１００は、コンベヤベルト１０２の表面上の製品の流れのスキャンを続けるか否かを判断する。肯定的に判断される場合、方法４００はステップ４２２に戻り、検出モードが続く。
【００３０】
イメージングユニットからのデータは、設定あるいは状況の微妙な変化によって影響を受ける可能性があることに留意されたい。例えば、ラインスキャンカメラ３００が校正色タイル１２０に焦点を合わせている場合であっても、コンベヤベルト１０２など周囲の色が変われば、ラインスキャンの結果が変わる。例えば、ポテトチップの運搬に長時間使用された後のコンベヤベルト１０２は、オレンジ色から茶色になる可能性がある。光源１６２が発した光の一部は、コンベヤベルト１０２によって吸収される。したがって、（図５Ｂに示されているような）きれいなコンベヤベルト１０２を背景にして行われた色タイル１２０の校正スキャンを、（図６Ａに示されているような）使用後の茶色のコンベヤベルト１０２を背景にして行われたスキャンと比較すると、図６Ａでは青色の強度曲線が著しく低い。したがって、コンベヤベルト１０２が劣化して色が変わると、システム１００は再校正を必要とし得る。ステップ４３６において、プロセッサは、再校正が必要であるか否かを判断する。肯定的に判断される場合、方法４００はステップ４０４に戻る。否定的に判断される場合、方法４００は後続のステップに進む。
【００３１】
一実施形態における方法４００を上述したが、システム１００を使用する方法に対する多くの可能な実施形態および変形形態が存在する。例えば、上述したように、ステップ４１４における光源１６２の調整は、オプションのステップとすることができる。再校正ステップ４３６は、ステップ４２２における最初の欠陥検出スキャンの後、あるいは任意の後続の検出スキャンの間に行うことができ、再校正ステップ４３６はステップ４３２の後にくる必要はない。さらに、検出スキャンデータは、各スキャンの後にステップ４２４において標準化される必要はない。欠陥検出スキャンの標準化４２４は、検出データの全てがステップ４２８において蓄積された後で行うことができる。当業者は、本開示の範囲を逸脱することなく、方法４００におけるステップの多くについて、それらの順番を変えるか、それらをオプションにするか、あるいは実質的に同時に行うことができることを理解し得る。
【００３２】
さらに、システム１００も変更することができる。具体的には、校正基準ユニットは色ストリップ１２０を含む必要がない。例えば、図７に示されているように、一実施形態において、基準色はスピニングローラ７００上に配置される。スピニングローラ７００は、検査プロセスの特定の必要性に応じて選択することができる複数の色セグメント７０２、７０４、７０６、７０８、７１０を有する。一実施形態において、ローラ７００は、ローラ７００の両端の一組の支柱７５０の上に載せられる。一実施形態において、制御ユニットは、カメラの視野内に次の色セグメントを配置させるのに十分なだけスピニングローラ７００を回転させる。回転軸は、一実施形態においては、ローラのシリンダの中心を通る。ただし、色セグメントは、図７に示されているようにスピニングローラ７００の長さに沿って水平なストリップである必要はない。別の実施形態（図示せず）において、色セグメントは対角線上に配置され、それによって、イメージングユニットが種々の色の校正スキャンを連続的に捕捉しながら、スピニングローラ７００は連続的に回転することができる。
【００３３】
また別の実施形態において、色タイル１２０は、図８に示されているように、コンベヤベルト１０２の進行方向に平行に固定される。平行な色ストリップ８００は、幾つかの実施形態においては、コンベヤベルト１０２の方向に平行に延びる複数の色セグメント８０２、８０４、８０６。８０８、８１０を含む。ラインスキャンカメラは、点線で示されている経路に沿って進むにつれて、コンベヤベルト１０２上の製品の流れの欠陥検出スキャンと、基準色ストリップ８００の校正スキャンとの両方を捕捉する。したがって、各欠陥検出スキャンを、基準に対して校正することができる。幾つかの実施形態においては、コンベヤベルト１０２と、平行な色ストリップ８００とを隔てる障壁がシステム１００のエンクロージャ内にはあり、平行な色ストリップ８００上への埃または屑の堆積を防止する。平行な色ストリップ８００は、コンベヤベルト１０２の全長にわたって延びる必要はないが、幾つかの実施形態においては、イメージングユニットの視野を覆うように十分に長いものとすることができる。当業者は、平行な色ストリップ８００が用いられる実施形態においては、方法４００におけるステップの多くを排除するか、あるいは同時に行うことができることを理解するであろう。
【００３４】
本発明を、幾つかの実施形態とともに説明したが、多くの変化、変形、代替、変換、および変更が当業者に示唆される可能性があり、本発明は、そのような変化、変形、代替、変換、および変更を、添付の特許請求の範囲の主旨および範囲内に入るものとして包含することが意図される。実施形態の特徴の組み合わせ、一体化、または省略から生じる代替の実施形態も本開示の範囲内に入る。
【００３５】
添付の特許請求の範囲を解釈する上で、米国特許商標庁（ＵＳＰＴＯ）および本願に関して発行される特許の読み手の助けとなるように、本出願人らは、（ａ）添付の特許請求の範囲のいずれも、「〜する手段」または「〜するステップ」という文言が特定の請求項において具体的に用いられない限り、本願の出願日に存在するような米国特許法第１１２条の第６パラグラフを適用する意図のないこと、（ｂ）明細書中のいずれの文言も、添付の特許請求の範囲において別途反映されない何らかの方法で本発明を限定する意図のないことを言及しておく。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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