(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物を含む空間領域を撮像して得られた濃淡画像から被検査物の外観上の欠陥を検出する外観検査方法において、前記濃淡画像である原画像を演算処理して微分絶対値画像、微分方向値画像並びにエッジ画像を求め、前記エッジ画像内に検査領域を設定するとともに該検査領域内におけるエッジ画像の輪郭線上の画素に対して当該画素が持つ微分方向値の方向から時計回り又は反時計回りに略９０°回転した方向に隣接する画素の原画像における濃度を求め、この濃度が所定の条件を満たす場合に当該画素を欠陥候補点とし、さらに、前記時計回り又は反時計回りに９０°回転した何れか一方の方向に隣接する画素を含んだスティックマスクを設定して欠陥候補点を抽出するとともに、前記輪郭線上の画素の微分絶対値の総和を求め、欠陥候補点の個数が規定数を超え且つ前記総和が規定値を超えた場合に当該画素で形成される輪郭線で囲まれた領域を欠陥と判定することを特徴とする外観検査方法。
【請求項２】
前記画素の濃度が前記被検査物の表面を表す背景部分よりも明るい又は暗いレベルに設定されたしきい値を超えていることを前記所定の条件とすることを特徴とする請求項１記載の外観検査方法。
【請求項３】
前記画素の濃度が前記被検査物の表面を表す背景部分よりも明るい又は暗いレベルに設定された第１のしきい値と、欠陥部分の濃度のピーク値よりも明るい又は暗いレベルに設定された第２のしきい値との間に存在することを前記所定の条件とすることを特徴とする請求項１記載の外観検査方法。
【請求項４】
前記輪郭線上の画素のうちで所定の微分方向値を有する画素のみから欠陥候補点を抽出することを特徴とする請求項１又は２又は３記載の外観検査方法。
【請求項５】
前記欠陥候補点とした輪郭線上の画素の周辺で別の欠陥候補点を探索することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の外観検査方法。
【請求項６】
前記欠陥候補点の濃度の平均値を求め、該平均値が所定のしきい値よりも大きい又は小さい場合に欠陥と判定することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の外観検査方法。
【請求項７】
前記エッジ画像を求める際に、不連続となる輪郭線の端点から始めて注目する画素とその周囲の画素とを比較し、所定の評価関数がもっとも大きくなる方向に線を延長し、他の線の端点に衝突するまでこれを続けることで輪郭線を連続線とするエッジ延長処理を行うことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の外観検査方法。
【請求項８】
前記欠陥候補点とした画素で形成される輪郭線の周囲長を求め、該周囲長が規定値以上の場合に欠陥と判定することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の外観検査方法。
【請求項９】
前記輪郭線で囲まれた欠陥候補点の集合からなる欠陥候補領域の射影幅を求め、該射影幅が所定の条件を満たす場合に欠陥と判定することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の外観検査方法。
【請求項１０】
前記輪郭線上の画素の個数を求め、該個数が規定数を超えるとともに欠陥候補点の個数が規定数を超え且つ前記総和が規定値を超えた場合に当該画素で形成される輪郭線で囲まれた領域を欠陥と判定することを特徴とする請求項１記載の外観検査方法。
【請求項１１】
欠陥候補点の集合からなる欠陥候補領域が途切れている場合に当該欠陥候補領域を拡大した拡大領域を設定し、該拡大領域内に少なくとも一部が存在する別の欠陥候補領域を元の欠陥候補領域と同じ欠陥候補領域として取り扱って欠陥の判定を行うことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象を撮像して得た画像に画像処理を施すことによって検査対象の外観上の欠陥の有無を検出する外観検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の外観検査方法として、光源からの光を検査対象に照射し、光源から検査対象への光の照射方向とは異なる方向の光軸を有した撮像装置によって検査対象の表面の陰影を撮像し、撮像された画像に画像処理を施すことによって、検査対象の外観上の欠陥（表面に生じたクラックなど）の有無を検出する技術が知られている。撮像された画像から検査対象の欠陥部分を抽出する画像処理技術としては、特開平４−３１７５１号公報に記載されているように、ＣＣＤカメラのような撮像装置からの画像信号をＡ／Ｄ変換部によりデジタル化した後、濃淡画像である原画像に空間微分を施して微分絶対値および微分方向値を求め、欠陥候補の画素を微分絶対値および微分方向値を用いて追跡する技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載された画像処理技術では、欠陥候補画素の追跡において、微分絶対値が規定値以上の各画素について、その微分方向値が所定範囲内に収まるような連続性を有している画素群を欠陥候補画素として抽出しているため、検査対象がその表面に模様を有している場合に抽出した欠陥候補画素群が模様の部分と欠陥部分との何れであるかを判別することができず、誤検出の確率が高くなって欠陥部分を正しく検出できなくなる可能性を有している。
【０００４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、欠陥の有無の判定精度を高めた外観検査方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、被検査物を含む空間領域を撮像して得られた濃淡画像から被検査物の外観上の欠陥を検出する外観検査方法において、前記濃淡画像である原画像を演算処理して微分絶対値画像、微分方向値画像並びにエッジ画像を求め、前記エッジ画像内に検査領域を設定するとともに該検査領域内におけるエッジ画像の輪郭線上の画素に対して当該画素が持つ微分方向値の方向から時計回り又は反時計回りに略９０°回転した方向に隣接する画素の原画像における濃度を求め、この濃度が所定の条件を満たす場合に当該画素を欠陥候補点とし、さらに、前記時計回り又は反時計回りに９０°回転した何れか一方の方向に隣接する画素を含んだスティックマスクを設定して欠陥候補点を抽出するとともに、前記輪郭線上の画素の微分絶対値の総和を求め、欠陥候補点の個数が規定数を超え且つ前記総和が規定値を超えた場合に当該画素で形成される輪郭線で囲まれた領域を欠陥と判定することを特徴とし、被検査物が表面に濃淡むら等の模様を有し、その模様に混じってクラックのように低コントラストな欠陥部分が存在している場合であっても、被検査物の模様と背景部分とでそれぞれに含まれる画素の濃度が異なり、且つ模様に含まれる画素の濃度が背景部分に含まれる画素の濃度よりも低く（又は高く）なっていれば、クラックのような低コントラストの欠陥部分に含まれる画素の濃度が背景部分に含まれる画素の濃度よりも高く（又は低く）なるから、背景部分に含まれる画素の濃度よりも高く（又は低く）なる画素を欠陥候補点として抽出することにより、模様と欠陥とを識別することができ、その結果、模様を欠陥と誤判定することを防ぐことができて欠陥の有無の判定精度を高めることができる。また、欠陥部分の濃度が背景部分の濃度よりも高いか、あるいは低いかが予め明確になっている場合、微分方向値が示す方向から時計回り又は反時計回りにそれぞれ９０°回転した方向に隣接する２つの画素の何れか一方のみの濃度についてしきい値との比較を行うことによって、欠陥候補点を検出する処理が簡素化され、全体の処理時間が短縮でき、さらに、クラックなどの欠陥部分は背景部分との境界近傍に濃度が略等しい画素が連続して存在するから、スティックマスクを走査して濃度をしきい値と比較する画素数を増やすことによって欠陥候補点を数多く抽出することができ、良否判定がし易くなるとともに検査精度の向上が図れるとともに、前記輪郭線上の画素の微分絶対値の総和を求め、欠陥候補点の個数が規定数を超え且つ前記総和が規定値を超えた場合に当該画素で形成される輪郭線で囲まれた領域を欠陥と判定することより、欠陥候補点の個数のみから良否判定を行う場合に比較して検出精度の向上が図れる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記画素の濃度が前記被検査物の表面を表す背景部分よりも明るい又は暗いレベルに設定されたしきい値を超えていることを前記所定の条件とすることを特徴とし、請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記画素の濃度が前記被検査物の表面を表す背景部分よりも明るい又は暗いレベルに設定された第１のしきい値と、欠陥部分の濃度のピーク値よりも明るい又は暗いレベルに設定された第２のしきい値との間に存在することを前記所定の条件とすることを特徴とし、濃度が第２のしきい値を超えるようなごみなどのノイズ要因を除去することが可能となり、検査精度の向上が図れる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１又は２又は３の発明において、前記輪郭線上の画素のうちで所定の微分方向値を有する画素のみから欠陥候補点を抽出することを特徴とし、特定の条件を満たす画素のみを抽出して良否判定を行うことで、原画像から予めエッジ画像を求めて良否判定を行う場合に比較して検査時間の短縮が図れる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記欠陥候補点とした輪郭線上の画素の周辺で別の欠陥候補点を探索することを特徴とし、１つの欠陥候補点の周辺から欠陥候補点を追跡して数多くの欠陥候補点を抽出することによって、クラックのような低コントラストの欠陥を安定して検出することができる。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかの発明において、前記欠陥候補点の濃度の平均値を求め、該平均値が所定のしきい値よりも大きい又は小さい場合に欠陥と判定することを特徴とし、欠陥候補点の個数のみから良否判定を行う場合に比較して検出精度の向上が図れる。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかの発明において、前記エッジ画像を求める際に、不連続となる輪郭線の端点から始めて注目する画素とその周囲の画素とを比較し、所定の評価関数がもっとも大きくなる方向に線を延長し、他の線の端点に衝突するまでこれを続けることで輪郭線を連続線とするエッジ延長処理を行うことを特徴とし、エッジ延長処理によってエッジ画像を連続線として求めることができ、このような連続線のエッジ画像に対して欠陥候補点を抽出することによって検査精度を向上させることができる。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１〜７の何れかの発明において、前記欠陥候補点とした画素で形成される輪郭線の周囲長を求め、該周囲長が規定値以上の場合に欠陥と判定することを特徴とし、欠陥候補点の個数のみから良否判定を行う場合に比較して検出精度の向上が図れる。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１〜８の何れかの発明において、前記輪郭線で囲まれた欠陥候補点の集合からなる欠陥候補領域の射影幅を求め、該射影幅が所定の条件を満たす場合に欠陥と判定することを特徴とし、通常クラックは片方の幅寸法がもう片方の幅寸法よりも十分に小さい形状となるから、欠陥候補領域の射影幅によって当該欠陥候補領域が欠陥部分であるか、ごみなどの異物であるかを識別することができて、クラックのような低コントラスとの欠陥を安定して検出することができる。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１の発明において、前記輪郭線上の画素の個数を求め、該個数が規定数を超えるとともに欠陥候補点の個数が規定数を超え且つ前記総和が規定値を超えた場合に当該画素で形成される輪郭線で囲まれた領域を欠陥と判定することを特徴とし、検出精度をさらに向上させることができる。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項１〜１０の何れかの発明において、欠陥候補点の集合からなる欠陥候補領域が途切れている場合に当該欠陥候補領域を拡大した拡大領域を設定し、該拡大領域内に少なくとも一部が存在する別の欠陥候補領域を元の欠陥候補領域と同じ欠陥候補領域として取り扱って欠陥の判定を行うことを特徴とし、輪郭線の途切れた欠陥候補領域が抽出された場合でも欠陥候補領域の見逃しを防ぐことができ、検査精度の向上が図れる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明方法の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
以下では、本発明の実施形態を説明する前に本発明の参考例について説明する。
（参考例１）
図２及び図３は本発明方法を用いた外観検査装置の概略構成を示すもので、照明ランフＬａにて斜め方向から照明された検査対象たる被検査物Ｏを撮像するＣＣＤカメラ１と、ＣＣＤカメラ１から出力される画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２と、Ａ／Ｄ変換された画像データを前処理（特異データの除去等）する前処理回路３と、前処理された画像データを被検査物Ｏの原画像として記憶する原画像メモリ４と、原画像の各画素に対応して演算される微分絶対値を記憶する微分絶対値画像メモリ５と、演算された微分方向値を記憶する微分方向値画像メモリ６と、原画像の濃度（明るさ）の変化点を線画として抽出したエッジ画像を記憶するエッジ画像メモリ７と、原画像を演算処理して各メモリ５〜７に所定のデータを記憶させ、各メモリ４〜７に記憶されているデータに基づいて被検査物Ｏの輪郭を認識するとともに欠陥候補画素を追跡して被検査物Ｏの欠陥の有無をチェックするマイクロプロセッサ（あるいはマイクロコンピュータ）８とで構成されている。なお、この外観検査装置は、本参考例以外の後述する他の参考例並びに本発明の実施形態においても用いるものである。
【００２１】
以下、上述の外観検査装置を用いて被検査物Ｏの外観上の欠陥を検出する方法について具体的に説明する。
【００２２】
図４及び図５は動作説明図であり、まず、ＣＣＤカメラ１にて撮像された図４（ａ）に示すような被検査物Ｏの原画像ｆ１を、マイクロプロセッサ８で演算処理し、図４（ｂ）に示すようなエッジ画像ｆ４に変換する画像処理が必要であり、この画像処理はマイクロプロセッサ８において以下のように行なわれる。
【００２３】
ここで、マイクロプロセッサ８による上記画像処理については、当社の特公平７−９７４１０号公報に詳しく開示されているが、その要点を改めて説明すると、以下の通りである。まず、被検査物Ｏを含む空間領域を撮像して得られた原画像ｆ１は濃淡画像であって、図４（ａ）に示すように、被検査物Ｏ、欠陥部分Ｋ、異物Ｘを含む画像となっている。ここに、各画素は例えば濃度が８ビットで表わされて２５６階調に設定される。この濃淡画像から被検査物Ｏの輪郭線等のエッジを抽出する処理は、「エッジの部分は濃度変化が大きい部分に対応している」という考え方を基本にしている。したがって、濃度を微分することによってエッジの抽出を行なうのが一般的である。微分処理は、図５に示すように、濃淡画像を３×３画素の局所並列ウィンドウＷに分割して行なう。つまり、注目する画素Ｅと、その画素Ｅの周囲の８画素（８近傍）Ａ〜Ｄ、Ｆ〜Ｉとで局所並列ウィンドウを形成し、局所並列ウィンドウ内の画素Ａ〜Ｉの濃度の縦方向の濃度変化ΔＶと横方向の濃度変化ΔＨとを次式によって求め、
ΔＶ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）−（Ｇ＋Ｈ＋Ｉ）
ΔＨ＝（Ａ＋Ｄ＋Ｇ）−（Ｃ＋Ｆ＋Ｉ）
さらに、微分絶対値｜ｅE｜と微分方向値∠ｅEとを次式によって求めるのである。
【００２４】
｜ｅE｜＝（ΔＶ2＋ΔＨ2）1/2
∠ｅE＝tan-1（ΔＶ／ΔＨ）＋π／２
ただし、Ａ〜Ｉは対応する画素の濃度を示している。上式から明らかなように、微分絶対値｜ｅ｜は、原画像の着目する画素の近傍領域における濃度の変化率を表し、微分方向値∠ｅは、同近傍領域における濃度変化の方向に直交する方向を表している。
【００２５】
以上の演算を原画像ｆ１の全画素について行なうことにより、被検査物Ｏの輪郭や欠陥Ｋ、異物Ｘ等が存在しているような濃度変化が大きい部分と、その変化の方向とを抽出することができるのである。ここに、各画素の濃度を、微分絶対値｜ｅ｜で表現した画像を微分絶対値画像、微分方向値∠ｅで表現した画像を微分方向値画像と呼ぶ。そして、微分絶対値画像ｆ２（６ビット）、微分方向値画像ｆ３（４ビット）としてそれぞれ微分絶対値画像メモリ５および微分方向値画像メモリ６に記憶される。
【００２６】
次に細線化処理が行なわれる。細線化処理は、微分絶対値が大きいほど濃度変化が大きいことを表わしている点に着目して行なわれる。すなわち、各画素の微分絶対値を周囲の画素の微分絶対値と比較し、周囲の画素よりも大きくなるものを連結していくことにより、１画素の幅を有したエッジが抽出されるのである。つまり、図６に示すように、各画素の位置をＸ−Ｙ座標で表わし、微分絶対値をＺ軸に取った微分絶対値画像を考えれば、細線化処理は、この曲面における稜線を求めることに相当する。ここまでの処理により、微分絶対値の大小にかかわらず、すべての稜線が抽出される。この段階で得られている稜線には、ノイズ等による不要な小さな山も含まれているから、図７に示すように、適宜しきい値を設定し、このしきい値以上の値のみを採用してノイズ成分を除去する。
【００２７】
ところで、上記細線化処理で得られたエッジ画像ｆ４は、原画像ｆ１のコントラストが不十分であるときや、ノイズが多いようなときには、不連続線になりやすい。一方、後述する模様Ｍやクラックのような欠陥部分Ｋでは、図１０及び図１１に示すように微分方向値（図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）の丸数字）が一定範囲内の値を持つ画素が連続すると考えられるから、エッジが不連続になっている部分でも８近傍に微分方向値が上記一定範囲内の値である画素が存在すれば、エッジの一部であるとみなし、このように微分方向値が一定範囲内の値である画素を連結することでエッジ画像ｆ４を連続線とすることができる。
【００２８】
以上の画像処理により、図４（ｂ）に示すように、被検査物Ｏ、欠陥部分Ｋ、異物Ｘ等の輪郭線ｌ０〜ｌ２が閉曲線のパターンとなった１ビット（“１”をエッジフラッグと称する）のエッジ画像ｆ４が得られ、エッジ画像メモリ７に記憶される。以下の説明では、各画像の画素の位置をＸ−Ｙ座標で表現するものとし、各画像における画素の濃度をそれぞれｆ１（ｘ，ｙ）、ｆ２（ｘ，ｙ）、ｆ３（ｘ，ｙ）、ｆ４（ｘ，ｙ）とする。
【００２９】
ここで、原画像は濃淡画像であって、濃度は通常８ビットで表されるから、各画素における濃度ａ（＝ｆ１（ｘ，ｙ））は、０≦ａ≦２５５となる。また、微分絶対値画像の濃度（すなわち、微分絶対値）ｂ（＝ｆ２（ｘ，ｙ））は、例えば６ビットで表され、０≦ｂ≦６３となり、微分方向値画像の濃度（すなわち、微分方向値）ｃ（＝ｆ３（ｘ，ｙ））は、例えば８方向で表され、１≦ｃ≦８となる。エッジ画像については、線の有無のみであるから、線となる画素は“１”、それ以外の画素は“０”として表される。つまり、ｆ４（ｘ，ｙ）の値域は｛０，１｝となる。なお、以下の説明においては、濃度という用語は白の濃度を表し、濃度値が大きいほど明るいものとする。
【００３０】
次に、マイクロプロセッサ８では、エッジ画像について検査領域を適宜設定する。検査領域が設定されると、エッジ画像の検査領域内をラスター走査することにより、ｆ４（ｘ，ｙ）＝１となる画素を検出しフラグ点とする。このフラグ点を始点として、８近傍についてｆ４（ｘ，ｙ）＝１となる画素を抽出しながら輪郭線の追跡を行う。こうして輪郭線を追跡することにより、輪郭線の上の全画素の座標がわかる。なお、従来例で説明した特開平４−３１７５１号公報に記載されている外観検査方法では、フラグ点の８近傍にｆ４（ｘ，ｙ）＝１となる画素が存在しない場合、フラグ点の微分方向値を含む一定範囲内の微分方向値を有する画素が存在するならば、そのような画素のうち微分絶対値が最大になる画素をエッジとして輪郭線の追跡を行っている。しかしながら、被検査物Ｏが表面に濃淡むら等の模様を有し、その模様に混じってクラックのように低コントラストな欠陥部分が存在している場合、模様以外の地の部分（以下、「背景部分」という）と模様の境界、及び背景部分と欠陥部分の境界が略同じ濃度変化であれば、何れの境界（エッジ）の微分絶対値もほぼ同じ値になってしまうため、上記従来の方法では輪郭線のみから模様であるのか、欠陥部分であるのかを判別することが非常に困難であった。
【００３１】
そこで本発明の外観検査方法では、以下のようにして模様と欠陥部分とを判別するものである。例えば図９に示すように原画像ｆ１において、被検査物Ｏの模様Ｍと背景部分ＢＫとでそれぞれに含まれる画素の濃度ａが異なっており、模様Ｍに含まれる画素の濃度が背景部分ＢＫに含まれる画素の濃度よりも低くなっている場合には、クラックのような低コントラストの欠陥部分Ｋに含まれる画素の濃度は背景部分ＢＫに含まれる画素の濃度よりも高くなるという特徴があり、本発明方法では上記特徴を利用して模様Ｍと欠陥部分Ｋとの判別を行う。
【００３２】
すなわち、微分方向値ｃ（＝１〜８）は、図８に示すように微分方向値ｃの値に応じて８近傍のうちで着目画素Ｅを挟んで対向する２つの画素Ａ〜Ｄ，Ｆ〜Ｉの濃度ａの間に一定の関係、つまり微分方向値ｃが示す方向（図８において矢印で示す方向）から時計回りに９０°回転した方向に隣接する画素の濃度が、反時計回りに９０°回転した方向に隣接する画素の濃度よりも常に高くなる（明るくなる）という性質を有している。例えば、図８（ａ）に示すように着目画素Ｅの微分方向値ｃが１であれば、微分方向値ｃが示す方向から時計回りに９０°回転した方向に隣接する画素Ｈの濃度ａHが、反時計回りに９０°回転した方向に隣接する画素Ｂの濃度ａBよりも常に高くなる（ａB＜ａH）。また、同図（ｂ）に示すように着目画素Ｅの微分方向値ｃが２であれば、微分方向値ｃが示す方向から時計回りに９０°回転した方向に隣接する画素Ｉの濃度ａIが、反時計回りに９０°回転した方向に隣接する画素Ａの濃度ａAよりも常に高くなる（ａA＜ａI）。なお、同図（ｃ）〜（ｈ）に示すように微分方向値ｃが３〜８の場合も同様に着目画素Ｅを挟んで対向する２つの画素Ａ〜Ｄ，Ｆ〜Ｉの濃度ａA〜ａD，ａF〜ａI間に上述のような大小関係が成立する。
【００３３】
而して、マイクロプロセッサ８では、図１２に矢印で示すようにエッジ画像の検査領域内をラスター走査することによってｆ４（ｘ，ｙ）＝１となるエッジフラグ（画素Ｅとする）の座標を検出し、この画素Ｅの座標に基づいて当該画素Ｅの微分方向値ｃを微分方向値画像メモリ６から読み出すとともに、その微分方向値ｃが示す方向から時計回り及び反時計回りにそれぞれ９０°回転した方向に隣接する画素Ａ〜Ｄ，Ｆ〜Ｉの濃度ａA〜ａD，ａF〜ａI、例えば読み出した微分方向値ｃが４であれば画素Ｃ，Ｇの濃度ａC，ａGを微分絶対値画像メモリ５から読み出す。そして、図１３に示すように背景部分ＢＫよりも濃度ａの高い欠陥部分Ｋを検出する場合であれば、読み出した画素Ｃ，Ｇの濃度ａC，ａGを、背景部分ＢＫの濃度ａBKよりも高い値に設定した所定のしきい値ａthと比較し、濃度ａC，ａGが上記しきい値ａthを超えていれば（明るければ）、当該画素Ｃ，Ｇを欠陥部分Ｋの候補点（以下、「欠陥候補点」という）としてカウントする。それに対して、両画素Ｃ，Ｇの濃度ａC，ａGが上記しきい値ａthを下回っていれば、当該画素Ｃ，Ｇが模様Ｍの輪郭線（背景部分ＢＫと模様Ｍとの境界）内に存在していると判断できるから、この場合には当該画素Ｃ，Ｇを欠陥候補点にカウントしない。なお、上述の微分絶対値画像、微分方向値画像並びにエッジ画像を求める処理から欠陥部分Ｋを模様Ｍと識別して検出する処理をまとめて図１のフローチャートに示している。
【００３４】
ここで、クラックなどの欠陥部分Ｋは、背景部分ＢＫとの境界（エッジ）近傍に濃度が略等しい画素が連続して存在するために上記欠陥候補点の数が多くなるという特徴がある。よって、上述のような処理により欠陥候補点に該当する画素のカウント数が規定数以上になれば、マイクロプロセッサ８では上記輪郭線で囲まれた領域を欠陥部分Ｋと判定するのである。その結果、従来では被検査物Ｏの表面に模様Ｍがある場合に、クラックのような低コントラストの欠陥部分Ｋと上記模様Ｍとを識別することが困難であったのに対して、本参考例では欠陥部分Ｋと模様Ｍとを判別して欠陥部分Ｋのみを検出することができ、従来よりも低コントラストの欠陥部分を安定して精度良く検出することができる。なお、背景部分ＢＫよりも濃度ａの低い欠陥部分Ｋを検出する場合であれば、エッジフラグの画素の微分方向値ｃが示す方向から時計回り及び反時計回りにそれぞれ９０°回転した方向に隣接する画素の濃度を、背景部分ＢＫの濃度ａBKよりも低い値に設定した所定のしきい値と比較し、その濃度が上記しきい値を下回っていれば（暗ければ）、当該画素を欠陥候補点としてカウントすればよい。
【００３５】
ところで、欠陥部分Ｋの濃度が背景部分ＢＫの濃度よりも高いか、あるいは低いかが予め明確になっている場合、上述の処理においてエッジフラグの画素の微分方向値ｃが示す方向から時計回り又は反時計回りにそれぞれ９０°回転した方向に隣接する２つの画素の何れか一方のみの濃度についてしきい値との比較を行えばよい。つまり、欠陥部分Ｋの濃度が背景部分ＢＫの濃度よりも高いことが判っている場合には、エッジフラグの画素の微分方向値ｃが示す方向から時計回りに９０°回転した方向に隣接する方の画素の濃度のみをしきい値と比較し、欠陥部分Ｋの濃度が背景部分ＢＫの濃度よりも低いことが判っている場合には、エッジフラグの画素の微分方向値ｃが示す方向から反時計回りに９０°回転した方向に隣接する方の画素の濃度のみをしきい値と比較する。例えば、欠陥部分Ｋの濃度が背景部分ＢＫの濃度よりも低い場合、図１４に示すように、各エッジフラグの画素Ｅ１〜Ｅ５の微分方向値ｃが示す方向から反時計回りに９０°回転した方向に隣接する方の画素Ｄ１〜Ｄ５の濃度のみを読み出してしきい値と比較する。このようにすれば、欠陥候補点を検出する処理が簡素化され、全体の処理時間が短縮できるという利点がある。
【００３６】
また、エッジフラグに隣接する１画素だけの濃度を求めるのではなく、当該画素を含めて、微分方向値ｃが示す方向に直交する方向へ並ぶ複数の画素の列（スティックマスク）を走査するようにしても良い。例えば、欠陥部分Ｋの濃度が背景部分ＢＫの濃度よりも低い場合、図１５に示すように、各エッジフラグの画素Ｅ１〜Ｅ５の微分方向値ｃが示す方向から反時計回りに９０°回転した方向に隣接する方の画素Ｄ１〜Ｄ５を含めた画素列Ｄ１ａ〜Ｄ１ｃ，Ｄ２ａ〜Ｄ２ｃ，…，Ｄ５ａ〜Ｄ５ｃからなるスティックマスクを走査してその濃度をしきい値と比較する処理を行う。すなわち、クラックなどの欠陥部分Ｋは、背景部分ＢＫとの境界（エッジ）近傍に濃度が略等しい画素が連続して存在するという特徴があるから、上述のようにスティックマスクを走査して濃度をしきい値と比較する画素数を増やすことによって欠陥候補点を数多く抽出することができ、良否判定がし易くなるとともに検査精度の向上が図れるという利点がある。
【００３７】
（参考例２）
上述の参考例１においては、予め求めたエッジ画像ｆ４に設定した検査領域をラスター走査しているが、本参考例は、微分方向値画像ｆ３に設定した検査領域をラスター走査し、所定の微分方向値を有する画素を探索するとともに当該微分方向値を有する画素のうちで微分絶対値が所定のしきい値よりも高い値を示す画素を抽出し、さらに抽出した画素に対して参考例１と同様に、当該画素の微分方向値ｃが示す方向から反時計回り及び反時計回りに９０°回転した方向に隣接する画素の濃度をしきい値と比較することで欠陥候補点を抽出する点に特徴がある。
【００３８】
而して、本参考例では、上述のように特定の条件を満たす画素のみを抽出して良否判定を行うので、原画像ｆ１から予めエッジ画像ｆ４を求めて良否判定を行う参考例１に比較して検査時間の短縮が図れるという利点がある。
【００３９】
（実施形態１）
上述の参考例１，２ではカウントした欠陥候補点の総数に基づいて良否判定を行っているが、本実施形態では、エッジフラグの画素の微分方向値ｃが示す方向から時計回り又は反時計回りに９０°回転した方向に隣接する画素の濃度がしきい値を超えていて欠陥候補点にカウントされた場合、当該エッジフラグの画素の微分絶対値を求めるとともにこのようなエッジフラグの画素についてその微分絶対値の総和を算出し、欠陥候補点の個数が規定数を超え、且つ上記微分絶対値の総和がしきい値を超えれば欠陥有りと判定する点に特徴がある。
【００４０】
例えば、欠陥部分Ｋの濃度が背景部分ＢＫの濃度よりも低い場合、図１６に示すように、各エッジフラグの画素Ｅ１〜Ｅ５の微分方向値ｃが示す方向から反時計回りに９０°回転した方向に隣接する方の画素Ｄ１〜Ｄ５を含めたスティックマスクを走査してその濃度をしきい値と比較し、その画素Ｄ１〜Ｄ５の濃度がしきい値を超えていれば、欠陥候補点としてカウントするとともに、画素Ｅ１〜Ｅ５の微分絶対値（Ｅ１＝３０，Ｅ２＝４０，Ｅ３＝５０，Ｅ４＝３５，Ｅ５＝３０）を微分絶対値画像メモリ５から読み出して、その総和（＝１８５）を求める処理を行う。そして、欠陥候補点のカウント数が規定数を超えるとともに、上記微分絶対値の総和がしきい値を超えた場合に欠陥があると判定するのである。
【００４１】
上述のような処理を行うことによって、欠陥候補点の個数のみから良否判定を行う場合に比較して検出精度の向上が図れるという利点がある。なお、上記スティックマスクの何れかの画素の濃度がしきい値を超えている場合に当該エッジフラグの画素も欠陥候補点としてカウントするようにすれば、さらに検出精度の向上が図れるものである。
【００４２】
（実施形態２）
ところで、上述の参考例１では、図１３に示すように背景部分ＢＫよりも濃度ａの高い欠陥部分Ｋを検出する場合に、読み出した画素の濃度ａを背景部分ＢＫの濃度ａBKよりも高い値に設定した所定のしきい値ａthと比較し、しきい値ａthを超えていれば欠陥候補点としてカウントしているが、濃度の高いごみなどの異物によるノイズで欠陥候補点を誤ってカウントしてしまう虞がある。
【００４３】
そこで、本実施形態では、図１７に示すように欠陥部分Ｋの濃度のピーク値を挟む大小２つのしきい値ａth1，ａth2を設定し、上記読み出した画素の濃度ａが上記２つのしきい値ａth1，ａth2の間に入っている（ａth1≦ａ≦ａth2）場合に欠陥候補点Ｋとしてカウントするようにしている。したがって、大きい方のしきい値ａth2よりも高い濃度を有するごみなどのノイズ要因を除去することが可能となり、検査精度の向上が図れるという利点がある。
【００４４】
（実施形態３）
本実施形態は、参考例１に対して、求められた欠陥候補点Ｋの周辺を１画素ずつ追跡してしきい値ａthよりも高い（あるいは上記２つのしきい値ａth1，ａth2の間に入る）画素が存在するか否かを調べ、上記条件を満たす画素が存在する場合には当該画素を欠陥候補点Ｋとしてカウントする点に特徴がある。
【００４５】
ここで、欠陥候補点Ｋの周辺の画素を追跡する方法としては、欠陥候補点Ｋを中心とする居所並列ウィンドウに分割して８近傍の濃度をしきい値ａthと順次比較し、欠陥候補点Ｋが見つかればその点（画素）の８近傍の濃度をしきい値ａthと比較する手順を繰り返せばよい。
【００４６】
本実施形態の外観検査方法によれば、１つの欠陥候補点の周辺から欠陥候補点を追跡して数多くの欠陥候補点Ｋを抽出するようにしているので、クラックのような低コントラストの欠陥を安定して検出することができるという利点がある。
【００４７】
（実施形態４）
本実施形態は、参考例１，２と実施形態１〜３で説明した各方法により抽出された欠陥候補点Ｋの濃度の平均値ＡＶKを算出して背景部分ＢＫの濃度の平均値ＡＶBKと比較し、両平均値ＡＶK，ＡＶBKの差が規定値を超えている場合に不良と判定する点に特徴がある。
【００４８】
ここで、欠陥候補点Ｋの濃度平均値ＡＶKは、抽出された欠陥候補点Ｋの濃度の総和をその個数で除算することによって求められる。また、同様にして背景部分ＢＫの濃度平均値ＡＶBKは、抽出された欠陥候補点Ｋを除く検査領域内の画素の濃度の総和をその個数で除算することによって求められる。
【００４９】
上述のような処理を行うことによって、欠陥候補点の個数のみから良否判定を行う場合に比較して検出精度の向上が図れるという利点がある。
【００５０】
（実施形態５）
ところで参考例１で説明した細線化処理で得られるエッジ画像ｆ４は、原画像ｆ１のコントラストが不十分であるときや、ノイズが多いようなときには、不連続線になりやすい。そして、参考例１においては、エッジが不連続になっている部分でも８近傍に微分方向値が一定範囲内の値である画素が存在すれば、エッジの一部であるとみなし、このように微分方向値が一定範囲内の値である画素を連結することでエッジ画像ｆ４を連続線としている。
【００５１】
それに対して本実施形態は、以下に説明するようなエッジ延長処理を行なうことでエッジ画像ｆ４を連続線とすることを特徴としている。本実施形態のエッジ延長処理では、不連続線の端点から始めて、注目する画素とその周囲の画素とを比較し、次式で表わされる評価関数ｆ（ｅJ）がもっとも大きくなる方向に線（エッジ）を延長し、他の線の端点に衝突するまでこれを続けるものである。
【００５２】
ｆ（ｅJ）＝｜ｅJ｜cos（∠ｅJ−∠ｅ0）cos｛π（Ｊ−１）／４−∠ｅ0｝
ここに、ｅ0は中心画素の微分絶対値であり、ｅJは隣接画素（８近傍）の微分絶対値であって、Ｊ＝１，２，……，８である。
【００５３】
而して、上述のようなエッジ延長処理によってエッジ画像ｆ４を連続線として求めることができ、このような連続線のエッジ画像ｆ４に対して参考例１，２や実施形態１〜４で説明したような方法で欠陥候補点Ｋを抽出することによって検査精度を向上させることができる。
【００５４】
（実施形態６）
本実施形態は、エッジ画像について設定された検査領域内をラスター走査してｆ４（ｘ，ｙ）＝１となる画素（エッジフラグ）を検出し、その濃度から当該エッジフラグが欠陥候補点Ｋに該当するか否かを判定するとともに、欠陥候補点Ｋに該当するエッジフラグを始点として８近傍について欠陥候補点Ｋに該当するエッジフラグを抽出しながら欠陥候補点Ｋを結ぶ輪郭線の追跡を行い、この輪郭線で囲まれた領域（以下、「欠陥候補領域」という）ＫＲを求め、さらに上記輪郭線を形成する欠陥候補点Ｋの個数（画素数）をカウントすることで欠陥候補領域の周囲長を求め、求めた周囲長が規定値を超えている場合に不良と判定する点に特徴がある。
【００５５】
而して、図１８に示すようにエッジ画像ｆ４における欠陥候補領域ＫＲの周囲長を、実際の欠陥部分Ｋの大きさのパラメータに用いて良否判定を行うことにより、欠陥候補点の個数のみから良否判定を行う場合に比較して検出精度の向上が図れるという利点がある。
【００５６】
（実施形態７）
本実施形態は、実施形態６において欠陥候補領域ＫＲを求めた際に、欠陥候補領域ＫＲの輪郭線を形成する欠陥候補点ＫのＸＹ座標に基づいて欠陥候補領域ＫＲの射影幅を求め、この射影幅から当該欠陥領域ＫＲがクラックのような欠陥部分Ｋであるか、あるいはごみなどの異物であるかを識別する点に特徴がある。
【００５７】
欠陥候補領域ＫＲのＸ方向及びＹ方向の射影幅ＸKR，ＹKRは、図１９に示すようにその輪郭線を形成する欠陥候補点ＫのＸＹ座標の最小値Ｘmin，Ｙminと最大値Ｘmax，Ｙmaxの差分として以下のように求められる。
【００５８】
ＸKR＝Ｘmax−Ｘmin
ＹKR＝Ｙmax−Ｙmin
ここで、通常クラックは、図２０に示すように片方の幅寸法がもう片方の幅寸法よりも十分に小さい形状となる特徴があるので、例えば上記射影幅ＸKR，ＹKRの比率（ＸKR／ＹKR）が規定の範囲外となる場合にクラックのような欠陥部分Ｋと判定し、上記比率が規定の範囲内となる場合にはごみなどの異物と判定することができる。
【００５９】
上述のような本実施形態の外観検査方法によれば、欠陥候補領域ＫＲの射影幅ＸKR，ＹKRによって当該欠陥候補領域ＫＲが欠陥部分Ｋであるか、ごみなどの異物であるかを識別することができて、クラックのような低コントラスとの欠陥を安定して検出することができる。
【００６０】
（実施形態８）
ところで、参考例１，２や実施形態１〜７ではエッジ画像ｆ４の輪郭線で囲まれた欠陥候補領域毎に欠陥か否かの良否判定を行っているため、輪郭線の途切れた欠陥候補領域が抽出された場合、この欠陥候補領域を見逃してしまう虞がある。
【００６１】
そこで、本実施形態では、ある欠陥候補領域とその近傍に存在する別の欠陥候補領域とを同じ欠陥候補領域として取り扱い、各々の欠陥候補領域が有する欠陥候補点の個数、輪郭線を形成する画素の微分絶対値の総和、欠陥候補領域の周囲長並びに射影幅を求め、これらを集計した値に基づいて良否判定を行うようにした点に特徴がある。
【００６２】
具体的には、図２１に示すように抽出された欠陥候補領域ＫＲ１の周辺に所定の画素数だけ当該欠陥候補領域ＫＲ１の輪郭線を拡大した拡大領域ＫＲ１’を設定し、その拡大領域ＫＲ１’内に別の欠陥候補領域ＫＲ２の少なくとも一部が存在するか否かを探索し、存在する場合にその欠陥候補領域ＫＲ２を元の欠陥候補領域ＫＲ１と同じ欠陥領域として取り扱う。そして、各々の欠陥候補領域ＫＲ１，ＫＲ２が有する欠陥候補点の個数、輪郭線を形成する画素の微分絶対値の総和、欠陥候補領域ＫＲ１，ＫＲ２の周囲長並びに射影幅を求め、これらを集計した値に基づいて良否判定を行うことにより、輪郭線の途切れた欠陥候補領域が抽出された場合でも欠陥候補領域の見逃しを防ぐことができ、検査精度の向上が図れるという利点がある。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、被検査物を含む空間領域を撮像して得られた濃淡画像から被検査物の外観上の欠陥を検出する外観検査方法において、前記濃淡画像である原画像を演算処理して微分絶対値画像、微分方向値画像並びにエッジ画像を求め、前記エッジ画像内に検査領域を設定するとともに該検査領域内におけるエッジ画像の輪郭線上の画素に対して当該画素が持つ微分方向値の方向から時計回り又は反時計回りに略９０°回転した方向に隣接する画素の原画像における濃度を求め、この濃度が所定の条件を満たす場合に当該画素を欠陥候補点とし、さらに、前記時計回り又は反時計回りに９０°回転した何れか一方の方向に隣接する画素を含んだスティックマスクを設定して欠陥候補点を抽出するとともに、前記輪郭線上の画素の微分絶対値の総和を求め、欠陥候補点の個数が規定数を超え且つ前記総和が規定値を超えた場合に当該画素で形成される輪郭線で囲まれた領域を欠陥と判定するので、被検査物が表面に濃淡むら等の模様を有し、その模様に混じってクラックのように低コントラストな欠陥部分が存在している場合であっても、被検査物の模様と背景部分とでそれぞれに含まれる画素の濃度が異なり、且つ模様に含まれる画素の濃度が背景部分に含まれる画素の濃度よりも低く（又は高く）なっていれば、クラックのような低コントラストの欠陥部分に含まれる画素の濃度が背景部分に含まれる画素の濃度よりも高く（又は低く）なるから、背景部分に含まれる画素の濃度よりも高く（又は低く）なる画素を欠陥候補点として抽出することにより、模様と欠陥とを識別することができ、その結果、模様を欠陥と誤判定することを防ぐことができて欠陥の有無の判定精度を高めることができるという効果がある。また、欠陥部分の濃度が背景部分の濃度よりも高いか、あるいは低いかが予め明確になっている場合、微分方向値が示す方向から時計回り又は反時計回りにそれぞれ９０°回転した方向に隣接する２つの画素の何れか一方のみの濃度についてしきい値との比較を行うことによって、欠陥候補点を検出する処理が簡素化され、全体の処理時間が短縮でき、さらに、クラックなどの欠陥部分は背景部分との境界近傍に濃度が略等しい画素が連続して存在するから、スティックマスクを走査して濃度をしきい値と比較する画素数を増やすことによって欠陥候補点を数多く抽出することができ、良否判定がし易くなるとともに検査精度の向上が図れるとともに、前記輪郭線上の画素の微分絶対値の総和を求め、欠陥候補点の個数が規定数を超え且つ前記総和が規定値を超えた場合に当該画素で形成される輪郭線で囲まれた領域を欠陥と判定することより、欠陥候補点の個数のみから良否判定を行う場合に比較して検出精度の向上が図れるという効果がある。
【００６４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記画素の濃度が前記被検査物の表面を表す背景部分よりも明るい又は暗いレベルに設定されたしきい値を超えていることを前記所定の条件とするので、請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００６５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記画素の濃度が前記被検査物の表面を表す背景部分よりも明るい又は暗いレベルに設定された第１のしきい値と、欠陥部分の濃度のピーク値よりも明るい又は暗いレベルに設定された第２のしきい値との間に存在することを前記所定の条件とするので、濃度が第２のしきい値を超えるようなごみなどのノイズ要因を除去することが可能となり、検査精度の向上が図れるという効果がある。
【００６８】
請求項４の発明は、請求項１又は２又は３の発明において、前記輪郭線上の画素のうちで所定の微分方向値を有する画素のみから欠陥候補点を抽出するので、特定の条件を満たす画素のみを抽出して良否判定を行うことで、原画像から予めエッジ画像を求めて良否判定を行う場合に比較して検査時間の短縮が図れるという効果がある。
【００７０】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記欠陥候補点とした輪郭線上の画素の周辺で別の欠陥候補点を探索するので、１つの欠陥候補点の周辺から欠陥候補点を追跡して数多くの欠陥候補点を抽出することによって、クラックのような低コントラストの欠陥を安定して検出することができるという効果がある。
【００７１】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかの発明において、前記欠陥候補点の濃度の平均値を求め、該平均値が所定のしきい値よりも大きい又は小さい場合に欠陥と判定するので、欠陥候補点の個数のみから良否判定を行う場合に比較して検出精度の向上が図れるという効果がある。
【００７２】
請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかの発明において、前記エッジ画像を求める際に、不連続となる輪郭線の端点から始めて注目する画素とその周囲の画素とを比較し、所定の評価関数がもっとも大きくなる方向に線を延長し、他の線の端点に衝突するまでこれを続けることで輪郭線を連続線とするエッジ延長処理を行うので、エッジ延長処理によってエッジ画像を連続線として求めることができ、このような連続線のエッジ画像に対して欠陥候補点を抽出することによって検査精度を向上させることができるという効果がある。
【００７３】
請求項８の発明は、請求項１〜７の何れかの発明において、前記欠陥候補点とした画素で形成される輪郭線の周囲長を求め、該周囲長が規定値以上の場合に欠陥と判定するので、欠陥候補点の個数のみから良否判定を行う場合に比較して検出精度の向上が図れるという効果がある。
【００７４】
請求項９の発明は、請求項１〜８の何れかの発明において、前記輪郭線で囲まれた欠陥候補点の集合からなる欠陥候補領域の射影幅を求め、該射影幅が所定の条件を満たす場合に欠陥と判定するので、通常クラックは片方の幅寸法がもう片方の幅寸法よりも十分に小さい形状となるから、欠陥候補領域の射影幅によって当該欠陥候補領域が欠陥部分であるか、ごみなどの異物であるかを識別することができて、クラックのような低コントラスとの欠陥を安定して検出することができるという効果がある。
【００７５】
請求項１０の発明は、請求項１の発明において、前記輪郭線上の画素の個数を求め、該個数が規定数を超えるとともに欠陥候補点の個数が規定数を超え且つ前記総和が規定値を超えた場合に当該画素で形成される輪郭線で囲まれた領域を欠陥と判定するので、検出精度をさらに向上させることができるという効果がある。
【００７６】
請求項１１の発明は、請求項１〜１０の何れかの発明において、欠陥候補点の集合からなる欠陥候補領域が途切れている場合に当該欠陥候補領域を拡大した拡大領域を設定し、該拡大領域内に少なくとも一部が存在する別の欠陥候補領域を元の欠陥候補領域と同じ欠陥候補領域として取り扱って欠陥の判定を行うので、輪郭線の途切れた欠陥候補領域が抽出された場合でも欠陥候補領域の見逃しを防ぐことができ、検査精度の向上が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例１の外観検査方法を説明するフローチャートである。
【図２】  同上を用いた外観検査装置の概略構成図である。
【図３】  同上外観検査装置のブロック回路図である。
【図４】  （ａ）及び（ｂ）は同上の説明図である。
【図５】  同上における局所並列ウィンドウを示す説明図である。
【図６】  同上の説明図である。
【図７】  同上の説明図である。
【図８】  （ａ）〜（ｈ）は同上の動作説明図である。
【図９】  同上の説明図である。
【図１０】  （ａ），（ｂ）は同上における模様の説明図である。
【図１１】  （ａ），（ｂ）は同上における欠陥部分の説明図である。
【図１２】  同上の説明図である。
【図１３】  同上の説明図である。
【図１４】  同上の説明図である。
【図１５】  同上の説明図である。
【図１６】  実施形態１の説明図である。
【図１７】  実施形態２の説明図である。
【図１８】  実施形態６の説明図である。
【図１９】  実施形態７の説明図である。
【図２０】  同上の説明図である。
【図２１】  実施形態８の説明図である。
【符号の説明】
１  ＣＣＤカメラ
２  Ａ／Ｄ変換器
３  前処理回路
４  原画像メモリ
５  微分絶対値画像メモリ
６  微分方向値画像メモリ
７  エッジ画像メモリ
８  マイクロプロセッサ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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