(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク送り出し機構により繰り出されるワークの平面上の立体的な欠陥を検査する装置において、
互いに平行な棒状で三原色のうち異なる色の照明光を異なる角度からワークの検査対象の平面に向けて照射する一対の光源と、異なる色の照明光の下でワークの検査対象の平面をワークの上方から撮像するＲＧＢ対応のカラーラインＴＶカメラと、このカラーラインＴＶカメラからの異なる色毎の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の比からワークに対する観測点の傾斜角φyを求め、この傾斜角φyの正接値から求められる高さの増分をＸ軸方向に順次累積することによりワークの平面上の欠陥の立体形状を検出する画像処理装置と、を具備し、
基準面において異なる色毎の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和を事前に求めておき、それに対する観測点の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和を求め、すでに計算済みのｙ軸まわりの傾斜角φyのcos（φy）を用いて、式φx ＝±cos-1［（観測点の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和）／｛（基準面において異なる色毎の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和) ・cos（φy）｝］により、観測点のｘ軸まわりの傾斜角φxの絶対値を求めることを特徴とする欠陥の立体形状検出装置。
【請求項２】
一対の光源の異なる色の照明光をＲ（赤）とＢ（緑）との組み合わせ、Ｒ（赤）とＧ（青）と組み合わせ、およびＧ（青）とＢ（緑）と組み合わせのうち、いずれか１つの組み合わせとすることを特徴とする請求項１記載の欠陥の立体形状検出装置。
【請求項３】
予め切り出したワークのサンプルとしての資料片を順次傾けながら、その傾き角の正接値と観測点の明るさ（濃度値）との比（各色の画像と画像との同一点の濃度値の比）を事前に対応表として記録しておき、この対応表を参照して、傾斜角の正接値を求めることを特徴とする請求項１記載の欠陥の立体形状検出装置。
【請求項４】
ワーク送り出し機構にエンコーダを取り付け、そのエンコーダからの出力パルスを画像処理装置の同期制御部に入力し、この同期制御部からエンコーダからの出力パルスに同期してカラーラインＴＶカメラの撮像間隔を制御することにより、ワークの定速でない繰り出し速度に対応することを特徴とする請求項１記載の欠陥の立体形状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、繰り出されるワークの平面上の立体的な欠陥の立体形状を画像処理技術により高速で検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の技術による平面状のワークの欠陥形状計測装置を示す。その欠陥形状計測装置は、ワークの平面上の立体的な欠陥を検出するために、レーザスリット発射器、エリアＴＶカメラ、および画像処理装置を用いている。なお、ワークは、コンベア等のワーク送り出し手段により定速（一定の速度）で送り出されているものとする。
【０００３】
ここでエリアＴＶカメラの視野内の画像サイズをH512×V480pixelとし、１画素（pixel）の分解能を0.1mmとする。レーザスリット光は、斜め上方から照射され、エリアＴＶカメラは、ワークの平面の法線方向から観察するとしたとき、ワークが完全な平面であれば、レーザスリット光は、エリアＴＶカメラから見て直線状に観察されるのに対して、ワークに窪み欠陥があるときには、エリアＴＶカメラの画像上のレーザスリット光は、エリアＴＶカメラで観察すると、ゆがんで見える。そこで、画像処理装置は、上記のゆがみ量、レーザスリット発射器の位置、エリアＴＶカメラの位置から、三角測量の原理を応用して、画像処理により、ワークの平面上の欠陥の立体形状を判別する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のケースでは、平面分解能を画素の分解能と同じに保つには、撮像サイクル毎に、ワークを0.1mmづつしか繰り出せない。H512×V480pixel程度のエリアＴＶカメラよると、撮像サイクルは、せいぜい1/120秒であるから、ワークの繰出し速度は、12mm/sec＝720mm／minが限界である。このため、高速での処理が不可能である。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、繰り出されるワークの平面上の立体的な欠陥の立体形状を画像処理技術により高速で、具体的には１m／min〜２００m／min程度の繰り出し速度で繰り出されるワークの平面上にある欠陥の立体形状を平面分解能0.1mm程度、高さ0.2mm程度の分解能のもと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、ワーク送り出し機構により繰り出されるワークの平面上の立体的な欠陥を検査する装置において、互いに平行な棒状で三原色のうち異なる色の照明光を異なる角度からワークの検査対象の平面に向けて照射する一対の光源と、異なる色の照明光の下でワークの検査対象の平面をワークの上方から撮像するＲＧＢ対応のカラーラインＴＶカメラと、このカラーラインＴＶカメラからの異なる色毎の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の比からワークに対する観測点の傾斜角φyを求め、この傾斜角φyの正接値から求められる高さの増分をＸ軸方向に順次累積することによりワークの平面上の欠陥の立体形状を検出する画像処理装置と、により欠陥の立体形状検出装置を構成している。
【０００７】
特に、本発明は、基準面において異なる色毎の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和を事前に求めておき、それに対する観測点の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和を求め、すでに計算済みのｙ軸まわりの傾斜角φyのcos（φy）を用いて、式φx ＝±cos-1［（観測点の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和）／｛（基準面において異なる色毎の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和) ・cos（φy）｝］により、観測点のｘ軸まわりの傾斜角φxの絶対値を求めている（請求項１）。
【０００８】
そして、本発明は、一対の光源の異なる色の照明光をＲ（赤）とＢ（緑）との組み合わせ、Ｒ（赤）とＧ（青）と組み合わせ、およびＧ（青）とＢ（緑）と組み合わせのうち、いずれか１つの組み合わせとする（請求項２）。
【０００９】
また、本発明は、予め切り出したワークのサンプルとしての資料片を順次傾けながら、その傾き角の正接値と観測点の明るさ（濃度値）との比（各色の画像と画像とのの同一点の濃度値の比）を事前に対応表として記録しておき、この対応表を参照して、傾斜角の正接値を求める（請求項３）。
【００１０】
さらに、本発明は、ワーク送り出し機構にエンコーダを取り付け、そのエンコーダからの出力パルスを画像処理装置の同期制御部に入力し、この同期制御部からエンコーダからの出力パルスに同期してカラーラインＴＶカメラの撮像間隔を制御することにより、ワークの定速でない繰り出し速度に対応することを特徴とする請求項１記載の欠陥の立体形状検出装置（請求項４）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図２および図３は、本発明による欠陥の立体形状検出の原理を示している。図２および図３で、ワーク１の平面を基準面とし、この基準面に対し法線方向にカラーラインＴＶカメラ２を置き、基準面に対し傾き角θ1の点光源であるＲ（赤色）の光源３、基準面に対し傾き角θ2の点光源であるＢ（青）の光源４をカラーラインＴＶカメラ２の光軸を挟んで、互いに向かい合わせに設置するものとする。また、基準面の高さに完全拡散面の資料片５を、基準面に対して傾き角φで置く。
【００１２】
カラーラインＴＶカメラ２は、３板式のＲＧＢ方式のＴＶカメラで、図４のような光の三原色の各Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）に関する相対感度特性を持つ。Ｒの光源３とＢの光源４の各発光波長域（発光スペクトル）は、それぞれカラーラインＴＶカメラ２のＲ（赤色）受光部、Ｂ（青色）受光部のみに反応するような赤色、青色の光とする。それらの光源３、４は、たとえば高周波蛍光灯の前面にカラーフィルターを装着したもの、カラーネオン管または発光スペクトルの限られる高輝度カラーLEDを用いて構成する。
【００１３】
また図４では、カラーラインＴＶカメラ２のＲ（赤色）受光部とＧ（緑色）受光部との相対感度周波数域、またＢ（青色）受光部とＧ（緑色）受光部との相対感度周波数域が一部交わっている。もし、照明光として、赤色点光源と緑色点光源、または青色点光源と緑色点光源を用いるとし、これを高周波蛍光灯の前面にカラーフィルターを装着したものや、カラーネオン管で構成したとすると、赤色の照明光がＧ（緑）受光部に感応したり、緑色の照明光がＲ（赤）受光部に感応したり、青色の照明光がＧ（緑）受光部に感応したり、緑色の照明光がＢ（緑）受光部に感応したりして、各色の受光部から得られる画像とそれに対応する色の照明光とが１００％対応しなくなってしまうという問題がある。というのも、ある色の照明光が一定の傾き角度を持つ光源３、４と対応していなければならないからである。
【００１４】
この問題を避けるため、光源３、４からの照明光およびカラーラインＴＶカメラ２の受光部の感応色は、Ｒ（赤色）とＢ（青色）との組み合わせとすると、得られた画像は、明確に一定方向からの光源３、４によるものであるという保証を得ている。なぜなら図４では、カラーラインＴＶカメラ２のＲ（赤色）受光部とＢ（青色）受光部との相対感度周波数域は、決して交わらないからである。
【００１５】
ただし、光源３、４にLEDを用いる場合には、発光スペクトル幅が数十nmと狭く、たとえば赤色LEDと緑色LEDを用いたときに、得られたＲ受光部の画像は、明確に赤色LEDだけからの反射光となり、また、Ｇ受光部の画像は、明確に緑色LEDだけからの反射光となる。これは、青色LEDと緑色LEDを用いても同じである。
【００１６】
ただ一般に高輝度カラーLEDは、高周波蛍光灯やネオン管と比べて光量が小さく、その照明光の下で、10m/min以上で高速に移動する物体をカラーラインＴＶカメラ２で高速に画像の取り込みを行おうとすると、絶対光量が不足する。このため、高輝度カラーLEDを用いる場合には、数十〜数百個を束ねて１ユニットとして用いるなど、光量確保が必要となる。また、高周波蛍光灯やネオン管でも同様な考え方で、それぞれ450nm、550nm、650nmにピーク波長を持つような帯域が数十nmのＲ，Ｇ，Ｂ色の帯域フィルターを置くことによって、同様に実現が可能である（請求項２）。
【００１７】
さて図３で、Ｒの光源３からのサンプルとしての資料片５に対する入射光の輝度をＩ1、Ｂの光源４からの資料片５に対する入射光の輝度をＩ2、資料片５の反射率をρ、資料片５とＲの光源３のなす角度をｓ1、資料片５とＢの光源４のなす角度をｓ2とする。この時、カラーラインＴＶカメラ２に入射する入射光の輝度Iは、光学反射モデルのよく知られたLambertの余弦則またはランバートの法則を用いて、下記の式により表される。
【００１８】
Ir＝ I1・ρ・cos（90°−ｓ1）
＝ I1・ρ・sin（ｓ1）
＝ I1・ρ・sin（θ1＋φ）
Ib＝ I2・ρ・cos（90°−ｓ2）
＝ I2・ρ・sin（ｓ2）
＝ I2・ρ・sin（θ2−φ）                                    (1)
【００１９】
ここに輝度ＩrはカラーラインＴＶカメラ２に入射する入射光輝度Iのうち、Ｒの光源３による成分で、Ｒ受光部によるＲ画像の濃度値（明るさ）ｆrに変換されるものである。輝度ＩbはＴＶカメラ２に入射する入射光輝度Iのうち、Ｂの光源４による成分で、Ｂ受光部によるＢ画像の濃度値（明るさ）ｆbに変換されるものである。
【００２０】
さて、今度は点状の光源３、４ではなく、互いに平行な棒状（直線状）の光源３、４を用いる場合を考える。点状の光源３、４というのは光源から全方向に光を照射するので、ライン状の視野を持つカラーラインＴＶカメラ２を用いる場合には、絶対光量が不足し不向きである。棒状の光源３、４は、スリット状の開口部を通して照射光をカラーラインＴＶカメラ２の視野に向けて照射するようになっている。
【００２１】
図５において、ワーク１の基準面をＸＹ平面とし、カラーラインＴＶカメラ２の光軸をＺ軸に平行に置くとする。Ｙ軸方向から見た時のＲの光源３とＢの光源４とが基準面となす角度θ1、θ2および基準片５の基準面に対する傾きφは、図３と同一とする。
【００２２】
ここで、カラーラインＴＶカメラ２の光軸が基準面と交わる点をPo、この点Poを含むＸＺ平面がＲの光源３と交わる点をP1(0)とする。点P1(0)は、線状光源の微小要素であって点光源とみなせるから、ここからのカラーラインＴＶカメラ２に入射する入射光の輝度Ir（0）は、点光源P1(0)からの入射光の点P0における輝度をI1(0)として、(1)式より次式で与えられる。
Ir（0）＝I1(0)・ρ・sin（θ1＋φ）                            (2)
【００２３】
同様にＲの光源３上のある点と点Poを結ぶ線分がP1(0)と点Poを結ぶ線分となす角度をαとした時、このＲの光源３上のある点をP1（α）とする。ここからのカラーラインＴＶカメラ２に入射する入射光の輝度Ir（α）は、点光源P1（α）からの入射光の点P0における輝度をI1(α)として、次式で与えられる。
Ir（α）＝I1(α)・ρ・sin（θ1＋φ）・cos（α）              (3)
【００２４】
さて、明るさは、光源からの距離の二乗に反比例する。このため、カラーラインＴＶカメラ２への入射光の輝度I1（0）とI1(α)との比は、点光源P1(0)と点Poとを結ぶ線分の長さと、点光源P1(α)と点Poとを結ぶ線分の長さとの比である１／cos（α）の二乗に反比例する。これより次式が得られる。
I1(α)＝ I1（0）・cos2（α）                                (4)
【００２５】
よって、(4)式を(2)式に入れて、次式が得られる。
Ir（α）＝  I1（0）・cos2（α）・ρ・sin（θ1＋φ）・cos（α）
＝  I1（0）・ρ・sin（θ1＋φ）・cos3（α）          (5)
【００２６】
図５は、資料片５がＹ軸のまわりに傾き角φだけ傾いた場合であるが、これを傾斜角φyとする。またこれと同時に基準片がＸ軸まわりにも傾斜角φｘだけ傾いた場合を考える。このとき、カラーラインＴＶカメラ２に入射する入射光の輝度は、傾斜角φｘが０である場合に比べ、cos（φx）倍となるため、(2) 式および(5) 式の右辺にcos（φx）を掛けて、次式が得られる。
Ir（0）＝I1(0)・ρ・sin（θ1＋φy）・cos（φx）            (6)
Ir（α）＝I1（0）・ ρ・ sin（θ1＋φy）・cos3（α）・cos（φx）
(7)
【００２７】
よって、カラーラインＴＶカメラ２に入射するＲの光源３による入射光の輝度Irは、点光源P1(α)によるカラーラインＴＶカメラ２への入射光I1(α)の積分値と考えて次式が得られる。
Ir＝∫Ir（α）dα
＝∫[ I1（0）・ρ・sin（θ1＋φy）・cos3（α）・cos（φx）]dα  ＝I1（0）・ρ・sin（θ1＋φy）・cos（φx）・∫cos3（α）dα
【００２８】
Ｒの光源３の長さと位置は一定であるから、上記式で∫cos3（α）dαは、一定値となる。それを定数C1とおけばつぎの式となる。
Ir＝  C1・I1（0）・ρ・sin（θ1＋φy）・cos（φx）          (8)
【００２９】
同様にＢの光源４についても、一定値の定数C2とおけばつぎの式となる。
Ib＝  C2・I2（0）・ρ・sin（θ2−φy）・cos（φx）          (9)
【００３０】
なお、Ｂの光源４の長さがＲの光源３と等しく、カラーラインＴＶカメラ２の光軸に対し、線対称の位置にあるものとすれば、C2＝C1、θ2＝θ1となる。また光源３、４の光量が等しいとすれば、I2（0）＝  I1（0）となり、次の式が得られる。
Ib＝  C1・I1（0）・ρ・sin（θ1−φy）・cos（φx）        （10)
【００３１】
さて輝度Irや輝度Ibは、カラーラインＴＶカメラ２でのＲ受光部とＢ受光部での輝度値であり、カラーラインＴＶカメラ２の観測値ｆrおよび観測値ｆbは、それぞれ対応の輝度Irおよび輝度Ibと比例関係にあから、この比例定数をＣ0として、つぎのように表せる。
ｆr＝Ｃ0・Ｉr
ｆb＝Ｃ0・Ｉb
【００３２】
今度は逆に、これらの観測値から、資料片５の傾斜角φｘ、傾斜角φｙを求めてみる。まず、入射光の観測値ｆrと観測値ｆbとの比Ｒ0を計算する。（９）式と（10）式とから、次式が得られる。
Ｒ0＝ｆr／ｆb＝Ｉr／Ib
＝sin（θ1＋φy）／sin（θ1−φy）                      (11)
これより、φy＝tan-1｛tan（θ1)・( Ｒ0−１）／（Ｒ0＋１）｝  (12)
また、 tan （φy）＝tan（θ1)・（Ｒ0−１）／（Ｒ0＋１）     (12a)
傾き角θ1は、０°〜９０°までの範囲内であるが、これは一定値であるから、tan（θ1)も一定値となるので、比Ｒ0が決まれば、傾斜角φｙは、ただ一義的に（12）式によって決まる。
【００３３】
さて、基準面としてφy＝0°、φx＝0°の時に、輝度ＩrをIr0とする。（8）式を用いて、それは次式となる。
Ir0＝  C1・I1（0）・ρ・sin（θ1）                            (13)
【００３４】
また、φy＝0°、φx＝0°の時に、輝度ＩbをIb0とする。（10）式を用いて、それは次式となる。
Ib0＝C1・I1（0）・ρ・sin（θ1）                            (14)
【００３５】
ここで輝度Ir0のカラーラインＴＶカメラ２での観測値をｆr0、Ｉb0の観測値をｆb0として、
（ｆr＋ｆb）／（ｆr0＋ｆb0）
＝（Ｉr＋Ｉb）／（Ｉr0＋Ｉb0）
＝[ ｛sin（θ1＋φy）＋sin（θ1−φy）｝／２sin（θ1）]
・cos（φx）
＝cos（φy）・cos（φx）                                      (15)
【００３６】
観測値ｆr0と観測値ｆb0を事前に計測しておけば、（ｆr＋ｆb）／（ｆr0＋ｆb0）が求まり、また、すでに傾斜角φyも求まっているから、cos（φy）も算出でき、（15）式からcos（φｘ）が算出できる。故に
cos（φx）＝（ｆr＋ｆb）／｛（ｆr0＋ｆb0）・cos（φy）｝    (16)
であり、これから逆余弦関数を用いて、傾斜角φｘの計算ができる。
φx ＝±cos-1［（ｆr＋ｆb）／｛（ｆr0＋ｆb0) ・cos（φy）｝］(16a)
【００３７】
この後で説明するように、欠陥の立体形状は、Ｘ軸に沿って、Ｚ軸方向の増分値を順次積み重ねていくことにより算出できるが、その時に用いる傾斜角はφyだけでよい。もちろん同様に、Ｙ軸に沿って、Ｚ軸方向の増分値を順次積み重ねても欠陥の立体形状を算出できるが、この時に用いる傾斜角はφxである。
【００３８】
ところで、(16a)式の逆余弦関数を用いて求まるＸ軸まわりの傾斜角φxの正負の符号（傾きの方向）は不明である。このためここでは、傾斜角φxを用いた欠陥の立体形状算出方法の詳細な説明を割愛する。ただ符号の判定は、カラーラインＴＶカメラ２の光軸に対し、Ｙ軸まわりに傾いたところに緑色Ｇの点光源を置き、これからの光も同時にカラーラインＴＶカメラ２に取り込むことによって可能となる。なぜなら、同じcos（φx）をとる２つの角度＋φxと角度−φxでも、緑色受光部の輝度値Ｉｇが大きく異なるためである。
【００３９】
以上を整理すると、つぎのことが言える。
１）入射光の輝度値の観測値ｆrと観測値ｆbとの比Ｒ0を求め、これから前記（12）式により傾斜角φｙが算出できる。
２）また入射光の輝度値の観測値ｆrと観測値ｆbとの和（ｆr＋ｆb）と、資料片５が傾いていない場合の同和（ｆr0＋ｆb0）との比を求めれば、（16）式と上記傾斜角φyとを用いて、これからcos（φｘ）が算出できる。
【００４０】
本発明は、欠陥の立体形状を算出する手順（方法）を示している。それは、基準面のある基準高さに対して一定の高さの凹凸があるときに、それを欠陥と判断するためである。
【００４１】
これに対して、高さＺの変化の増分、すなわちＸ軸方向の高さの変化量△Zx＝△ｘ・tan（φy）や、Ｙ軸方向の高さの変化量△Zy＝△ｙ・tan（φx）が一定の大きさ以上であれば、それを欠陥とみなすという簡単な欠陥の判定方法も考えられる。この場合に、△ｘや、△ｙは一定であるから、単に｜tan（φy）｜と｜tan（φx）｜を求めればよい。｜tan（φy）｜は、（12a）式から求めることができ、｜tan（φx）｜も前記の（16a）式から求めることができる。｜tan（φx）｜の計算においては、傾斜角φxの符号は関係ないので、それはただ一義的に求まる。
【００４２】
それでは以上の原理を用いて、図６に基づいて具体的に欠陥の立体形状を再現する方法について述べる。図６は、本発明による欠陥の立体形状検出装置１０を示している。欠陥の立体形状検出装置１０は、ワーク送り出し機構６により一定の速度または一定しない速度により繰り出されるワーク１の平面上の立体的な欠陥を検査するために、一対の光源３、４、ＲＧＢ対応のカラーラインＴＶカメラ２、画像処理装置７からなる。ここでは、ワーク１がＸ軸方向の向きに対して反対に一定速度で繰り出されているものとする。
【００４３】
一対の光源３、４は、互いに平行な棒状で三原色のうち異なる色例えばＲの照明光およびＢの照明光を異なる角度からワーク１の検査対象の平面に向けて照射する。カラーラインＴＶカメラ２は、ＲＧＢ対応のカラーラインＴＶカメラであり、異なる色の照明光の下でワーク１の検査対象の平面をワーク１の上方から撮像する。カラーラインＴＶカメラ２の光軸は、ワーク１の検査対象の平面つまり基準面に垂直であり、Ｒの光源３およびＢの光源４は、カラーラインＴＶカメラ２の光軸を挟んで線対称に置かれているものとする。２つの光源３、４はＹ軸と平行であり、基準面に対する傾き角はともにθ1である。
【００４４】
カラーラインＴＶカメラ２は、各Ｒ，Ｇ，Ｂのラインデータを画像処理装置７に順次送る。画像処理装置７は、各Ｒ，Ｇ，Ｂのラインデータを各Ｒ，Ｇ，Ｂのプレーン毎に順次ラインをつなぎ合わせて、２次元の画像データとして記録するものとする。また、画像処理装置７は、カラーラインＴＶカメラ２からの異なる色毎の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の比からワーク１に対する観測点の傾斜角φyを求め、この傾斜角φyの正接値から求められる高さの増分をＸ軸方向に順次累積することによって、ワーク１の平面上の欠陥の立体形状を検出する。なお、前記のように、傾斜角φyは、ワーク１の繰出し方向がＸ軸方向の向きと反対としたとき、このＸ軸に対する傾き角、すなわちｙ軸まわりの傾き角である。
【００４５】
図７は、画像処理装置７の具体的な構成を示している。以下、画像処理装置７の各部の機能に沿って説明する。カラーラインＴＶカメラ２からのカラー映像信号は、画像処理装置７に送られる。これらのカラー映像信号は、各色毎にＡ／Ｄ変換器１１、１２、１３を介して、各色毎のＲプレーン１４、Ｇプレーン１５、Ｂプレーン１６に記録される。
【００４６】
Ｒプレーン１４、Ｇプレーン１５、Ｂプレーン１６は、各色の１ライン（１ラインはｎ＝５１２画素、１０２４画素、２０４８画素、５０００画素などからなる。）のデータをｍライン（ｍはハード的またはソフト的に決められる。）格納できる専用のメモリ領域であって、各色のＲプレーン１４、Ｇプレーン１５、Ｂプレーン１６は、No.1のバッファおよびNo.2のバッファ（ダブルバッファ）により構成されている。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Ｒプレーン１４、Ｇプレーン１５、Ｂプレーン１６は２×ｎ×ｍバイトのサイズである。
【００４７】
各映像データは、No.1のバッファの先頭から順次１ラインづつ格納され、映像データがNo.1のバッファを満たすと、次に各映像データは、No.2の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のバッファを満たすと、今度はNo.1のバッファの先頭から格納される。
【００４８】
Ｒプレーン１４の画像データをｆr（i，j）、Ｇプレーン１５の画像データをｆｇ（ｉ,ｊ）Ｂプレーン１６の画像データをｆb（ｉ,ｊ）でそれぞれ表すものとする。例えばｎ＝５１２画素の場合、ラインレート（撮像間隔△tの逆数）は、一般に40KHzが可能であるから、１秒間に40000ラインの取得が可能であり、ラインピッチが0.1mmとすれば4000mm、１分間に240mの処理が可能である。すなわちこれは240m/minの繰出し速度に対応する。
【００４９】
演算ＬＳＩ８は、Ｒプレーン１４の１つのバッファと、Ｂプレーン１６の同一No.のバッファとの間で画素間演算を行い、結果プレーン１７にその結果を格納する。この画素間演算は、まず、Ｒ0＝ｆr（i，j）／ｆb（i，j）を演算した上で、（12a）式で、tan（φy）を単精度実数で計算する。
tan(φy)＝tan（θ1）・（Ｒ0−１）／（Ｒ0＋１）               (12a)
【００５０】
(12a)式で計算したtan(φy)は、バス１８を経由して、結果プレーン１７のバッファαに格納される。バッファαの大きさは、各色のＲプレーン１４、Ｇプレーン１５、Ｂプレーン１６と同じで、１データあたり単精度実数長である４バイトなので、（ｎ×ｍ×４バイト）となる。
【００５１】
なお、Ｙ軸方向のカラーラインＴＶカメラ２の分解能△Ｙと、１ラインのスキャン時間△ｔあたりのＸ方向の繰出し量△Ｘとが等しくなるように、ワーク１の繰出し速度ｖを一定の速度（定速）に保つものとする。分解能△Ｙは、視野サイズを１ラインの画素数（ex. 512 画素）で割ったもの、繰出し量△Ｘは繰出し速度ｖにスキャン時間△tをかけたものである。
【００５２】
さて図６の欠陥部は、図８のように１マス△ｘ、△ｙの格子で位置を表現するものとする。図９は、図８のＸＹ座標系の格子で表された欠陥イメージを取得した後、演算ＬＳＩ８で演算したtan(φy)を結果プレーン１７のαバッファに入れた図である。ＸＹ座標系で、ｘ方向はi、ｙ方向はｊをカウンタとする。網かけ部は、欠陥のある部分（欠陥部）を重ね描きしたもので、これを含む該当セルのデータのtan(φy)は０以外の値を取る。網かけ部を含まないセルのデータtan(φy)は０である。
【００５３】
ここで、あるi＝m列において、欠陥の手前（ｘ値が小さい点）にある点の配列データをｇ（ｍ,1）＝０とし、また欠陥の後ろ（ｘ値が大きい点）にある点の配列データｇ（m,n）＝０とする。これらの点は欠陥ではないため、高さが基準面高さ０である。ｇ（m,1）とｇ（m,n）が基準面高さにあることを確かめるには、その点まわりの４近傍や８近傍の点の配列データが０であることを確かめればよい。
【００５４】
さて、点（ｉ，j）のＺ方向の高さをＺ（ｉ，j）で表すとすると、高さの増分△Ｚx＝Ｚ（m,ｊ）−Ｚ（m,ｊ−１）は、１ラインデータ送り量△Ｘに、−ｇ（m,ｊ）＝−tan（φy）をかけたものに等しい。なぜなら、ｙ軸まわりの傾斜角φyは、該当点のＸ軸に対する傾きだからである。よって、つぎの式が成り立つ。
Ｚ（m,1）＝  Ｚ（m,n）＝０                                    （17）
Ｚ（m,ｊ）＝Ｚ（m,ｊ−１）−△ｘ・ｇ（m,ｊ）                    （18）
【００５５】
（17）式と（18）式とを用いて、Ｚ（m,ｊ）を順次求めることができる。最後の点Ｚ（m,n）は、次式により求められる。
Ｚ（m,n）＝Ｚ（m,1）−△ｘ・（ｇ（m,2）＋ｇ（m,3）＋…＋ｇ（m,n））          ＝−△ｘ・Σ（ｇ（m,j））                            （19）
【００５６】
ところで、（17）式から、Ｚ（m,n）＝０であるから、（19）式の右辺も０になるはずであり、本来は、−△ｘ・Σ（ｇ（m,j））＝０になるべきであるが、tan（φy）を計算する基のデータであるｆr（ｉ，ｊ）やｆb（ｉ，ｊ）は、８bit＝１バイトしかないデータであるため、tan（φy）も有効桁が不足している。特に、φyが90°または−90°に近い場合には、tan（φy）の誤差はかなり大きくなる。このため（19）式の右辺は一般に０にはならない。
【００５７】
それゆえに、ｇ（m，j）がもともと誤差を含むデータと考え、その誤差が点（m,２）から点（m,ｎ）まで等しく、誤差△ｇだけあると考えて、Ｚ（m,n）＝−△ｘ・Σ（ｇ（m,j）＋△ｇ）＝０とする。これよって、（ｎー１）・△ｇ＝−Σ（ｇ（m,j））であり、よって、下記の式が得られる。
△ｇ＝−Σ（ｇ（m,j））／（ｎ−１）                            （20）
【００５８】
この△ｇを用いて、最後の点Ｚ（m,ｊ）は次式で与えられる。
Ｚ（m,ｊ）＝−△ｘ・Σ（ｇ（m,j）＋△ｇ）                      （21）
【００５９】
これにより、i＝ｍの時の欠陥の立体形状を再現すると、図１０の点Px1から点Pxnまでを結んだ折れ線のようになる。同様にして、すべてのiにおいて立体形状を求めた結果が図１０である。これらの処理は、バッファαを用いて上記手順によりＣＰＵ９によって計算され、計算されたデータは、βバッファにＺ軸方向の高さとして記録される。
【００６０】
なお、以上の説明では、検査対象のワーク１を光学特性として完全拡散面としたが、鏡面に近いつややかな反射率の高い面では、（12a）式は成立しない。ただこの場合でも、完全鏡面反射でない限り、観測点からの入射光の輝度値の明るさｆｒと明るさｆb との比Ｒ0と、観測点のｙ軸まわりの傾斜角φyとは、一対一の対応である。すなわち比Ｒ0を求めれば、これに対応する傾斜角φyがわかる。
【００６１】
これを求めるためには予め切り出したワーク１のサンプル（資料片５）を順次ｙ軸まわりに傾けながら、その傾斜角φyの正接値tan（φy）と観測点の明るさ（濃度値）との比Ｒ0（２枚の画像ＲプレーンとＢプレーンの同一点の濃度値の比）を事前に図７のパラメータテーブル１９に記録しておき、検査時に前記の（12a）式を計算する代わりに、記録してあるパラメータテーブル１９を参照すれば、観測点の明るさ（濃度値）の比Ｒ0から正接値tan（φy）が求まり、あとは完全拡散面と同様の計算手続きにより、立体形状を求めることができる（請求項３）。
【００６２】
基準面において、Ｒ画像の撮像データとＢ画像の撮像データとの間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和を事前に求めておき、それに対する観測点のＲ画像の撮像データとＢ画像の撮像データとの間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和を求め、つぎにこれらの２つの和の比を計算し、すでに計算済みのｙ軸まわりの傾斜角φyとを用いて、（16a）式により、観測点のｘ軸まわりの傾斜角φxの絶対値を求める（請求項１）。続いてこの傾斜角φxの正接値の絶対値を計算し、結果プレーン１７のγプレーンに順次に格納する。
【００６３】
これより、結果プレーン１７のαプレーン、γプレーンを参照すれば、傾きの増分の絶対値｜△Ｚx｜および傾きの増分の絶対値｜△Ｚy｜が下記の式から求められる。
｜△Ｚx｜＝△ｘ・｜tan（φy）｜
｜△Ｚy｜＝△ｙ・｜tan（φx）｜
これにより傾きの増分の絶対値が規定値より大きい画素には、その観測点に欠陥ありとみなすような欠陥判別も行うことができる。
【００６４】
また、以上の説明では、ワーク１が一定の速度（定速）であるという前提があった。これは、単位時間△tあたりのｘ軸方向の増分△ｘを一定とするためである。この場合（一定速）のカラーラインＴＶカメラ２の撮像タイミング（１ラインを取り込む間隔）△ｔは、画像処理装置７からの信号によらず、カラーラインＴＶカメラ２自体がもつ内部クロックによる内部同期信号を用いる。
【００６５】
これに対し、ワーク１が一定の速度でない場合には、ワーク送り出し機構６にエンコーダ２０を取り付け、そのエンコーダ２０からの出力パルスを画像処理装置７の同期制御部２１に入力し、同期制御部２１からの出力パルスに同期してカラーラインＴＶカメラ２の撮像タイミング（スキャン時間）△ｔを制御すれば、やはりｘ軸方向の増分△ｘは一定となる（請求項４）。
【００６６】
ところで、カラーラインＴＶカメラ２で観測された観測点の明るさ（濃度値）は、輝度Ｉと同一とみなしたが、露光時間（スキャン時間）△ｔが変化するときに、それは一定ではない。なぜなら、カラーラインＴＶカメラ２で観測された観測点の明るさ（濃度）は、撮像時の露光時間に比例するからである。露光時間が長いと、カラーラインＴＶカメラ２で観測された観測点の明るさ（濃度値）は大きくなり、露光時間が短いと、カラーラインＴＶカメラ２で観測された観測点の明るさ（濃度値）は小さくなる。
【００６７】
一般に露光時間は、カラーラインＴＶカメラ２の撮像タイミング（スキャン時間）△ｔと同一であるから、ワーク１が定速でない場合には、カラーラインＴＶカメラ２で観測される観測点の明るさ（濃度値）もカラーラインＴＶカメラ２の撮像タイミング（スキャン時間）△ｔの影響を受ける。ただ、Ｒ画像の撮像データおよびＢ画像の撮像データの同一対応点における明るさ（濃度値）の比からワーク１に対する観測点の傾斜角φy（繰出し方向がＸ軸方向とは反対とした時、このＸ軸に対する傾斜角、すなわちｙ軸まわりの傾斜角）を（12）式により計算する手段においては、明るさの比は、撮像タイミング△ｔによらず一定になるので、欠陥の立体形状検出の目的は達成できる。
【００６８】
もちろん画像処理装置７の露光時間制御部２６が一定の露光時間制御タイミングをカラーラインＴＶカメラ２に送るときには、カラーラインＴＶカメラ２で観測される観測点の明るさ（濃度値）は、ワーク１の繰り出し速度の変化の影響を受けないので、傾斜角φyや傾斜角φｘも安定して求めることができる。
【００６９】
なお、画像処理装置７のメモリ２２は、プログラム、画像データや制御データなどを記憶しており、また、入出力部２３は、外部機器に必要なデータを送る。さらに、ビデオメモリ２４は、画像データをＤ／Ａ変換器２５を経てＣＲＴ  ８（デイスプレイ）に送り、目視できるようにする。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１によれば、紙、プラスチック、石膏ボードなど完全拡散反射材料のワークに関し、その平面上の欠陥の立体形状の測定が高速で行える。具体的には、２００ｍ/min程度の速度で繰り出されるワークの平面上にある欠陥の立体形状が分解能0.1mm程度、高さ0.2mm程度の分解能のもとに高速で検出することができる。
【００７１】
特に、請求項１において、基準面において異なる色毎の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和を事前に求めておけば、式（16a）に対応する式φx ＝±cos-1［（観測点の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和）／｛（基準面において異なる色毎の画像データ間で同一対応点における明るさ（濃度値）の和) ・cos（φy）｝］により、観測点のｘ軸まわりの傾斜角φxの絶対値を求めることができ、傾きの増分の絶対値が規定値より大きい画素では、その観測点に欠陥ありとみなすような欠陥判別も行える。
【００７２】
請求項２によれば、一対の光源の異なる色の照明光をＲ（赤）とＢ（緑）との組み合わせとすれば、受光部の相対感度周波数域が交わらないので、各色の画像の識別が確実となる。またカラーＬＥＤや帯域フイルターを使用すれば、Ｒ（赤）とＧ（緑）の組み合わせや、Ｇ（緑）とＢ（青）と組み合わせでも、受光部の相対感度周波数域が交わらない状態として、各色の画像の識別が可能となる。
【００７３】
請求項３によれば、予め切り出したワークのサンプル（資料片）を順次傾けながら、その傾き角の正接値と観測点の明るさ（濃度値）との比（２枚のＲ画像とＢ画像の同一点の濃度値の比）を事前に対応表として記録しておき、この対応表を参照して、傾斜角の正接値を求めから、式（12a)に対応する式の計算が省略でき、処理時間が一層高速化できる。
【００７４】
請求項４によれば、ワーク送り出し機構のエンコーダからの出力パルスを利用してカラーラインＴＶカメラの撮像間隔を制御することにより、ワークの定速でない繰り出し速度にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のレーザスリットを用い三角測量の原理による欠陥の形状計測装置の斜面図である。
【図２】  本発明による欠陥の形状検出装置の斜面図である。
【図３】  本発明による欠陥の形状検出装置で点光源を用いた原理の側面図である。
【図４】  カラーラインＴＶカメラの相対感度特性のグラフである。
【図５】  本発明による欠陥の形状検出装置の原理の斜面図である。
【図６】  本発明による欠陥の立体形状検出装置による欠陥の検出時の斜面図である。
【図７】  本発明による欠陥の立体形状検出装置における画像処理装置のブロック図である。
【図８】  欠陥をＸＹ座標系の格子で表したときの説明図である。
【図９】  バップァα上で見た欠陥の説明図である。
【図１０】  計算された立体形状の説明図である。
【符号の説明】
１  ワーク                          ２  カラーラインＴＶカメラ
３  光源                            ４  光源
５  資料片                          ６  ワーク送り機構
７  画像処理装置                    ８  演算ＬＳＩ
９  ＣＰＵ                          １０  欠陥の立体形状検出装置
１１  Ａ／Ｄ変換器                  １２  Ａ／Ｄ変換器
１３  Ａ／Ｄ変換器                  １４  Ｒプレーン
１５  Ｇプレーン                    １６  Ｂプレーン
１７  結果プレーン                  １８  バス
１９  パラメータテーブル            ２０  エンコーダ
２１  同期制御部                    ２２  メモリ
２３  入出力部                      ２４  ビデオメモリ
２５  Ｄ／Ａ変換器                  ２６  露光時間制御部
【図１】
0003935379.tif 000002
【図２】
0003935379.tif 000003
【図３】
0003935379.tif 000004
【図４】
0003935379.tif 000005
【図５】
0003935379.tif 000006
【図６】
0003935379.tif 000007
【図７】
0003935379.tif 000008
【図８】
0003935379.tif 000009
【図９】
0003935379.tif 000010
【図１０】
0003935379.tif 000011