(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査基準となる印刷物を撮像して得た基準画像においてエッジを抽出するエッジ抽出過程と、少なくとも２つの所定方向のエッジに対し、所定の位置でのテンプレートサイズの領域におけるエッジ画素数を計数し、それぞれのエッジ方向においてエッジ画素数が多い順番にテンプレートサイズの領域の位置を並び替えた位置列を作り、それぞれのエッジ方向の位置列において、いずれかの方向のエッジ画素数が多い順番にテンプレートサイズの領域の位置を比較し、最初に現れる共通のテンプレートサイズの領域の位置の前記基準画像の領域をテンプレートとして選択する領域選択過程と、を有することを特徴とするテンプレート設定方法。
【請求項２】
請求項１記載のテンプレート設定方法において、前記領域選択過程は、前記所定方向のエッジが連結している領域をテンプレートとして選択する過程であることを特徴とするテンプレート設定方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のテンプレート設定方法において、前記領域選択過程は、前記所定方向以外のエッジを除去した後、前記所定方向のエッジを多く含む前記基準画像の領域をテンプレートとして選択する過程であることを特徴とするテンプレート設定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載のテンプレート設定方法において、前記領域選択過程は、位置ずれ補正領域内に類似絵柄がない領域をテンプレートとして選択する過程であることを特徴とするテンプレート設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テンプレートマッチング（template matching）におけるテンプレートを設定する技術分野に属する。特に、印刷物の検査装置において、基準画像と検査対象画像との間の位置ずれ量を検出するためのテンプレートを設定するテンプレート設定方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
検査基準となる印刷物の撮像画像である基準画像と、検査対象の撮像画像である検査対象画像とを比較して印刷物の良否を検査する印刷物の検査装置が知られている。この方式の検査装置においては、基準画像と検査対象画像の間に位置ずれがある場合に、そのまま両者を比較すると、良品の印刷物であっても不良品として判定する誤動作が起きることとなる。この誤動作を避けるためには、検査水準（検査レベル）を相応に低くしなければならない。したがって、この検査装置において検査性能を高めるためには、基準画像と検査対象画像の間の位置ずれを補正して両者を比較することが行われる。
【０００３】
この位置ずれを補正するためには位置ずれ量を取得することが必要であり、そのためにテンプレートマッチング（パターン照合）の演算が行われる。たとえば、基準画像と検査対象画像について相対位置を変化させて一致度を演算し、最も一致度の高い相対位置に基づいて位置ずれ量を取得することが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、画像のほぼ全領域をテンプレートと考えて一致度の演算を行うと、演算量が膨大となる。しかも、通常は高速稼動する印刷機、等においてインラインで検査を行うため、時間的な制約から検査装置の実現が困難となる。そこで、検査対象物品が印刷物のように、伸縮、等の歪みのないものであると見做すことができれば、位置ずれ量は場所によらず一定である。したがって、画像の一部をテンプレートと考えて演算しても、全体の位置ずれ量と一致する結果を得ることができる。
【０００５】
このように、画像の一部をテンプレートとして演算すれば、演算量が縮小され高速に一致度の演算を行うことができる。しかし、画像のほぼ全領域をテンプレートとした場合と同等の高精度と安定性を得るためには、テンプレートの設定場所の選定が決定的に重要である。テンプレートが絵柄のベタ部分や、絵柄の一方向のエッジ成分しか含まない場合には、間違いなく誤補正することとなる。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。その目的は、位置ずれ量を演算するためのテンプレートとして、高精度と安定性を得ることができる適切なテンプレートを設定することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は下記の本発明によって解決される。すなわち、本発明の請求項１に係るテンプレート設定方法は、検査基準となる印刷物を撮像して得た基準画像においてエッジを抽出するエッジ抽出過程と、少なくとも２つの所定方向のエッジに対し、所定の位置でのテンプレートサイズの領域におけるエッジ画素数を計数し、それぞれのエッジ方向においてエッジ画素数が多い順番にテンプレートサイズの領域の位置を並び替えた位置列を作り、それぞれのエッジ方向の位置列において、いずれかの方向のエッジ画素数が多い順番にテンプレートサイズの領域の位置を比較し、最初に現れる共通のテンプレートサイズの領域の位置の前記基準画像の領域をテンプレートとして選択する領域選択過程とを有するようにしたものである。本発明によれば、エッジ抽出過程において検査基準となる印刷物を撮像して得た基準画像においてエッジが抽出され、領域選択過程において、テンプレートサイズの領域におけるすくなくとも２つの所定方向のエッジ画素数の多い順番にテンプレートの位置を比較し、最初に現れる共通の位置の前記基準画像の領域がテンプレートとして選択される。すなわち、この選択したテンプレートは２つの所定方向のエッジを多く含む領域であるから、２次元的な相対位置の変化に対して一致度が大きく変化する。したがって、位置ずれ量を演算するためのテンプレートとして、高精度と安定性を得ることができる適切なテンプレートが設定される。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係るテンプレート設定方法は、請求項１に係るテンプレート設定方法において、前記領域選択過程は、前記所定方向のエッジが連結している領域をテンプレートとして選択する過程であるようにしたものである。本発明によれば、選択したテンプレートは所定方向のエッジが連結している領域である。すなわち、所定方向のエッジが密接して存在するから領域のサイズは小さくて済む。したがって、一致度の演算において演算量が縮小されるため検査速度を高速化することができる。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係るテンプレート設定方法は、請求項１または２に係るテンプレート設定方法において、前記領域選択過程は、前記所定方向以外のエッジを除去した後、前記所定方向のエッジを多く含む前記基準画像の領域をテンプレートとして選択する過程であるようにしたものである。本発明によれば、選択したテンプレートにおいては所定方向以外のエッジが除去されている。したがって、特に顕著な高精度と安定性を得ることができる適切なテンプレートが設定される。
【００１０】
また、本発明の請求項４に係るテンプレート設定方法は、請求項１〜３のいずれかに係るテンプレート設定方法において、前記領域選択過程は、位置ずれ補正領域内に類似絵柄がない領域をテンプレートとして選択する過程であるようにしたものである。位置ずれ補正領域内は、テンプレートと画像の相対位置を変化させ一致度を演算する範囲である。すなわち、位置ずれ補正領域内に類似絵柄が存在すると、その類似絵柄の近辺で一致度が極大となり本物絵柄と取り違えて位置ずれ量を演算する恐れがある。したがって、本発明によれば、類似絵柄と本物絵柄とを取り違えて位置ずれ量を演算する誤りを回避することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について実施の形態を説明する。本発明のテンプレート設定方法におけるデータ処理の過程を図１に示す。図１において、基準画像は検査の基準となる物品（たとえば印刷物）を撮像して得た画像である。この基準画像を、本発明のテンプレート設定方法を適用するデータ処理システムの記憶装置に、あらかじめ記憶しておく。
【００１２】
まず、図１のステップＳ１において、基準画像に対して水平微分処理を行う。この水平微分処理は、基準画像において水平方向（行方向）に画素を辿るとき（関連付けるとき）、画素値を画素の位置の関数値と見做して微分係数を演算する処理である。実際は、ディジタル画像であるから、差分を演算することである。また、ここでは差分の符号の正負を区別する意味がないから差分の絶対値が演算される。この水平微分処理を基準画像の全体に対して行うと水平差分画像が得られる。
【００１３】
この水平微分処理により得られる水平差分画像は、基準画像において水平方向の画素値の変化が大きい部分は差分の絶対値が大きく、その画素値の変化が小さい部分は差分の絶対値が小さくなる。すなわち、水平差分画像は基準画像における垂直方向（列方向）のエッジが強調された画像である。図１の▲１▼に模式的に示すように、完全な垂直方向のエッジでなくても、斜めのエッジでその成分を含んでいる場合には、それなりに差分の絶対値が得られるためエッジが強調される。
【００１４】
次に、ステップＳ２において、水平差分画像を２値化し水平２値化差分画像を得る。この２値化を行う場合の閾値（境界値）の決定方法によって本発明は限定されない。たとえば、多変量解析における判別分析を閾値決定に適用した判別分析法、画像の画素値ヒストグラムにおける谷に対応する画素値を閾値とするモード法、等を適用することができる。この水平２値化差分画像は、画素値において画像を２つの部分に区分することができる。すなわち、絵柄の部分（たとえば画素値を”１”とする）と背景の部分（たとえば画素値を”０”とする）の２つの部分である。
【００１５】
次に、ステップＳ３において、水平２値化差分画像に対し垂直縮小処理を行い垂直エッジ画像を得る。この垂直縮小処理は、水平２値化差分画像において垂直方向（列方向）に画素を辿るとき（関連付けるとき）、絵柄の部分（たとえば画素値を”１”とする）の画素が所定の画素数を超えて連続していない場合には、そこを背景の部分（画素値を”０”とする）に置き換える処理である。すなわち、所定の画素数と比較して、画素値”１”の画素が垂直方向に連続する数がそれ以下の場合には、その画素は消去され、画素値”０”となる。この所定の画素数としては、垂直縮小処理において、斜めのエッジを消去し垂直エッジを残す大きさの画素数を適用する。
【００１６】
次に、ステップＳ４において、垂直エッジ画像に対し所定のテンプレートサイズの領域を所定の位置で（または所定の間隔を置いて）走査し、その位置（アドレス）における垂直エッジ画素数を計数し、その垂直エッジ画素数を保存する。
次に、ステップＳ５において、垂直エッジ画素数が多い順番に前述の位置を並べ替えて（ソートし）、その位置列を垂直位置列として保存する。
【００１７】
以上、図１において、基準画像に対する水平微分処理（Ｓ１）から始まる処理過程について説明した。次に、それ同様であるが、基準画像に対する垂直微分処理（Ｓ６）から始まる処理過程について説明する。
まず、図１のステップＳ６において、基準画像に対して垂直微分処理を行う。この垂直微分処理は、基準画像において垂直方向（列方向）に画素を辿るとき（関連付けるとき）、画素値を画素の位置の関数値と見做して微分係数を演算する処理である。実際は、ディジタル画像であるから、差分を演算することである。また、ここでは差分の符号の正負を区別する意味がないから差分の絶対値が演算される。この垂直微分処理を基準画像の全体に対して行うと垂直差分画像が得られる。
【００１８】
この垂直微分処理により得られる垂直差分画像は、基準画像において垂直方向の画素値の変化が大きい部分は差分の絶対値が大きく、その画素値の変化が小さい部分は差分の絶対値が小さくなる。すなわち、垂直差分画像は基準画像における水平方向（行方向）のエッジが強調された画像である。図１の▲６▼に模式的に示すように、完全な水平方向のエッジでなくても、斜めのエッジでその成分を含んでいる場合には、それなりに差分の絶対値が得られるためエッジが強調される。
【００１９】
次に、ステップＳ７において、垂直差分画像を２値化し垂直２値化差分画像を得る。この２値化を行う場合の閾値（境界値）の決定方法によって本発明は限定されない。たとえば、多変量解析における判別分析を閾値決定に適用した判別分析法、画像の画素値ヒストグラムにおける谷に対応する画素値を閾値とするモード法、等を適用することができる。この垂直２値化差分画像は、画素値において画像を２つの部分に区分することができる。すなわち、絵柄の部分（たとえば画素値を”１”とする）と背景の部分（たとえば画素値を”０”とする）の２つの部分である。
【００２０】
次に、ステップＳ８において、垂直２値化差分画像に対し水平縮小処理を行い水平エッジ画像を得る。この水平縮小処理は、垂直２値化差分画像において水平方向（行方向）に画素を辿るとき（関連付けるとき）、絵柄の部分（たとえば画素値を”１”とする）の画素が所定の画素数を超えて連続していない場合には、そこを背景の部分（画素値を”０”とする）に置き換える処理である。すなわち、所定の画素数と比較して、画素値”１”の画素が垂直方向に連続する数がそれ以下の場合には、その画素は消去され、画素値”０”となる。この所定の画素数としては、水平縮小処理において、斜めのエッジを消去し水平エッジを残す大きさの画素数を適用する。
【００２１】
次に、ステップＳ９において、水平エッジ画像に対し所定のテンプレートサイズの領域を所定の位置で（または所定の間隔を置いて）走査し、その位置（アドレス）における水平エッジ画素数を計数し、その水平エッジ画素数を保存する。
次に、ステップＳ１０において、水平エッジ画素数が多い順番に前述の位置を並べ替えて（ソートし）、その位置列を水平位置列として保存する。
【００２２】
以上、図１において、基準画像に対する垂直微分処理（Ｓ６）から始まる処理過程について説明した。次に、実際に用いるべきテンプレートの位置（アドレス）を決定する処理（ステップＳ１１）について説明する。
ステップＳ１１において、垂直エッジ画素数が多い順番の垂直位置列と、水平エッジ画素数が多い順番の水平位置列とにおいて、垂直エッジ画素数または水平エッジ画素数のいずれかが多い順番にテンプレートの位置を比較する。そして、最初に現れる共通の位置をテンプレートの位置として選択する。
【００２３】
より具体的に説明すると、垂直位置列と水平位置列における第１列（先頭列）の位置を比較する。同じ位置であれば、その位置をテンプレートの位置として選択する。同じ位置でなければ、垂直位置列と水平位置列における第１列（先頭列）と第２列の位置を比較する。その第１列（先頭列）と第２列に共通の位置が含まれていれば、その位置をテンプレートの位置として選択する。共通の位置が含まれていなければ、垂直位置列と水平位置列における第１列（先頭列）から第３列の位置を比較する。その第１列（先頭列）から第３列に共通の位置が含まれていれば、その位置をテンプレートの位置として選択する。共通の位置が含まれていなければ、垂直位置列と水平位置列における第１列（先頭列）から第４列の位置を比較する。その第１列（先頭列）から第４列に共通の位置が含まれていれば、その位置をテンプレートの位置として選択する。というように、共通の位置が含まれているところまで比較を続ける。
【００２４】
以上、テンプレート設定方法の実施の形態について一例を挙げて説明した。上述において、水平微分処理（Ｓ１）、垂直微分処理（Ｓ６）、２値化（Ｓ２，Ｓ７）は、エッジ抽出過程（請求項）の一例である。また、垂直縮小処理（Ｓ３）、水平縮小処理（Ｓ８）、エッジ画素数保存（Ｓ４，Ｓ９）、アドレス列作成（Ｓ５，Ｓ１０）、テンプレートアドレス設定（Ｓ１１）は、領域選択過程（請求項）の一例である。
【００２５】
次に、上述の実施の形態について変形例（その１）を説明する。上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１１）において選択されたテンプレートの位置において、位置ずれ補正領域内に類似絵柄が存在する場合には、その類似絵柄の近辺で一致度が極大となり本物絵柄と取り違えて位置ずれ量を演算する恐れがある。そこで、テンプレートアドレス設定（Ｓ１１）において、位置ずれ補正領域内に類似絵柄がない領域をテンプレートとして選択するようにする。
【００２６】
そのため、類似絵柄の有無をチェックする処理を行う。上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１１）において選択されたテンプレートを適用し、位置ずれ補正領域内において、そのテンプレートと基準画像との位置を相対的に変化しテンプレートマッチングを行う。位置ずれ補正領域内に類似絵柄が存在しない場合には、一個所においてだけ一致度が極大となる。たとえば、一致度の評価値を相関係数とすると、そのままのテンプレートの位置（基準位置；本物絵柄の位置）において相関係数は極大値かつ最大値であり、当然、”１”となる。
【００２７】
位置ずれ補正領域内に類似絵柄が存在する場合には、複数個所において一致度が極大となる。たとえば、一致度の評価値を相関係数とすると、類似絵柄の位置において、”１”よりも小さい極大値となる。そこで、所定の閾値を設定し、複数箇所において一致度が極大となった場合に、その所定の閾値よりも一致度が高い場合には、そのテンプレートは不適当として、実際に用いるべきテンプレートから除外する処理を行う。たとえば、相関係数が”０．７”以上の極大値が２つ以上存在する場合には、そのテンプレートを除外する。この閾値は、検査対象物が正規のもの（良品）であるときの相関係数の下限よりも小さな値となるように設定する。
【００２８】
上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１１）において選択されたテンプレートの領域に対して、類似絵柄の有無をチェックする前述の処理を行う。そして、類似絵柄が存在する場合には、そのテンプレートを除外し、上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１１）をさらに継続する。そして、選択されたテンプレートの領域に類似絵柄が存在しない場合に、そのテンプレートを実際に用いるべきテンプレートとする。
【００２９】
次に、上述の実施の形態について変形例（その２）を説明する。上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１１）において選択されたテンプレートの位置において、テンプレートのサイズを小さくすることができると、一致度の演算において演算量が縮小されるため検査速度を高速化することができる。すなわち、所定方向のエッジが密接して存在する領域を選択するとテンプレートのサイズは小さくて済む。そこで、テンプレートアドレス設定（Ｓ１１）において、前述の所定方向のエッジが連結している領域をテンプレートとして選択するようにする。
【００３０】
そのため、所定方向のエッジが連結している領域であるか否かをチェックする処理を行う。上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１１）において選択されたテンプレートを適用し、そのテンプレート領域の垂直エッジ画像と水平エッジ画像について、共通する画素が存在するか否かを判定する。たとえば、絵柄（エッジ）の部分の画素値を”１”とし、背景の部分の画素値を”０”とする。そのとき、垂直エッジ画像と水平エッジ画像について、対応する画素ごとに、論理演算の”ＡＮＤ”を実施すると。共通する画素の画像としてエッジ共通部分画像を得ることができる。
【００３１】
このエッジ共通部分画像において、エッジの共通部分を示す画素値が”１”の部分が存在する場合には、垂直エッジ画像と水平エッジ画像とは連結していることになる。なお、連結しているか否かの判定は上述の方法に限らない。たとえば、２値画像処理における連結数（connectivity number）を演算して判定してもよい。
【００３２】
上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１１）において選択されたテンプレートの領域に対して、連結しているか否かをチェックする前述の処理を行う。そして、連結していない場合には、そのテンプレートを除外し、上述のテンプレートアドレス設定（Ｓ１１）をさらに継続する。そして、選択されたテンプレートの領域において垂直エッジ画像と水平エッジ画像とが連結している場合に、そのテンプレートを実際に用いるべきテンプレートの原型とする。
【００３３】
そして、その実際に用いるべきテンプレートの原型について領域を縮小する処理を行う。たとえば、エッジ共通部分画像において、エッジの共通部分を示す画素値が”１”の部分を包み込む所定の大きさの領域としてテンプレートの領域を縮小する。その縮小したテンプレートを実際に用いるべきテンプレートとする。
【００３４】
【発明の効果】
以上のとおりであるから、本発明の請求項１に係るテンプレート設定方法によれば、位置ずれ量を演算するためのテンプレートとして、高精度と安定性を得ることができる適切なテンプレートが設定される。
また、本発明の請求項２に係るテンプレート設定方法によれば、一致度の演算において演算量が縮小されるため検査速度を高速化することができる。
また、本発明の請求項３に係るテンプレート設定方法によれば、特に顕著な高精度と安定性を得ることができる適切なテンプレートが設定される。
また、本発明の請求項４に係るテンプレート設定方法によれば、類似絵柄と本物絵柄とを取り違えて位置ずれ量を演算する誤りを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のテンプレート設定方法におけるデータ処理の過程を示す図である。
【図１】
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