(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物のカラー画像を取り込む撮像手段と、
予め上記検査対象物のカラー画像における各色成分の出現頻度に基づいて該検査対象物の正常色の色成分領域を求める正常色領域検出手段と、
この正常色領域検出手段により検出された上記正常色の色成分領域以外の色成分領域を第１の検査色情報として設定する第１の検査色情報設定手段と、
前記検査対象物のカラー画像における各色成分の出現頻度に基づいて所定の出現頻度範囲に含まれる色成分をまとめて、その色成分領域を第２の検査色情報として設定する第２の検査色情報設定手段と、
前記撮像手段により求められた検査対象物のカラー画像を色選別して上記第１および第２の検査色情報設定手段によりそれぞれ登録された第１および第２の検査色情報に該当する特定の色成分の画像領域を求める色判別手段と、
この色判別手段により求められた上記特定の色成分の画像領域の大きさを判定して前記検査対象物に含まれる異物を検出する異物検出手段と
を具備したことを特徴とする異物検査装置。
【請求項２】
前記正常色領域検出手段は、検査対象物のカラー画像における各色成分の出現頻度分布を求め、この出現頻度分布から所定の頻度閾値以上の１つのまとまりをなす色成分領域を前記検査対象物の正常色領域として求めるものである請求項１に記載の異物検査装置。
【請求項３】
前記第２の検査色情報設定手段は、検査対象物のカラー画像における各色成分の出現頻度分布から、前記正常色領域を含む所定の頻度閾値範囲内にある色成分領域を異物が持つ色成分を含む色成分領域として設定するものである請求項１に記載の異物検査装置。
【請求項４】
前記第２の検査色情報は、１つまたは複数の色成分領域として求められるものである請求項３に記載の異物検査装置。
【請求項５】
前記カラー画像は、ＲＧＢの三原色成分に色分解して求められるものであって、各色成分の出現頻度分布は、ＲＧＢ３次元テーブルへの各色成分の登録回数をそれぞれ計数して求められるものである請求項１に記載の異物検査装置。
【請求項６】
前記カラー画像の色成分は、その波長成分として求められるものである請求項１に記載の異物検査装置。
【請求項７】
検査対象物は、たばこの刻葉、食品原料やその半製品からなる請求項１に記載の異物検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たばこの刻葉や板ガム等に混入する虞のある異物を確実に検査するに好適な異物検査装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
食品原料やその半製品への異物の混入を検査し、その異物の排除に用いられる異物検査装置は、専ら、その検査対象物の色に着目して異物検出を行っている。具体的には検査対象物を撮像して求められるカラー画像の色成分を求め、その色成分が検査対象物が持つ正常な色成分（第１の検査色情報）であるか、或いは検査対象物に混入する虞のある異物が持つ異常な色成分（第２の検査色情報）であるかをそれぞれ判定することで異物検出を行っている。
【０００３】
ちなみに上記第１の検査色情報は、予め異物を含むことのない正常な検査対象物のカラー画像を目視検査することにより、出現頻度の高い色成分を正常色としてできるだけ多く指定し、前記検査対象物が持つ正常色の色成分領域を設定することによってなされる。この際、出現頻度が高い正常色としての色成分であっても異物が持つ虞のある色成分については、その設定対象から除外することが必要である。また第２の検査色情報は、予め異物のカラー画像を目視検査することにより、出現頻度の高い色成分を異常色としてできるだけ多く指定して前記異物が持つ異常色の色成分領域を設定することによってなされる。この際、出現頻度の高い異常色としての色成分であっても前記検査対象物が持つ正常色については、その設定対象から除外することが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した第１および第２の検査色情報を設定するには、異物を含むことのない正常な検査対象物だけのカラー画像を準備したり、異物のカラー画像を準備する必要がある上、その設定作業に多大な労力と手間が掛かることが否めない。しかも検査対象物が有する色成分（正常色）のバラツキの範囲（分布傾向）と、異物が有する色成分（異常色）のバラツキの範囲との関係を正確に把握した上で、その設定作業を行うことが必要である。
【０００５】
ちなみに穀類等の食品原料やその半製品、更にはたばこ葉等は農産物であり、品種や産地、生産時期等に依存して多様な色成分を持つ。また板ガム等の練り製品においても、砂糖等の添加物が固まりのまま残ることがあり、その色成分は一様ではない。そして検査対象物に混入する虞のある異物の中には、検査対象物と似た色成分を持つものや、検査対象物としての正常な色成分の範囲に含まれる色成分を持つものもある。これ故、検査対象物に応じて第１および第２の検査色情報を精度良く設定することが非常に困難であり、ひいては高精度な異物検査を妨げる要因となっている。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、正常な検査対象物の色成分と異物の色成分とが似ている場合であっても、検査対象物が持つ正常な色成分（色成分領域）と、その検査対象物に混入する虞のある異物が持つ色成分（色成分領域）とを検査色情報として的確に定義し、この検査色情報を用いて、例えばたばこの刻葉や板ガム等の検査対象物に混入した異物を確実に検出することのできる異物検査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る異物検査装置は、例えばたばこの刻葉、食品原料やその半製品等からなる検査対象物のカラー画像を取り込む撮像手段を備え、上記カラー画像に対する画像処理によって検査対象物に混入した異物を確実に検出するものであって、
予め上記検査対象物のカラー画像における各色成分の出現頻度に基づいて該検査対象物の正常色の色成分領域を求め（正常色領域検出手段）、この正常色の色成分領域から外れた領域の色成分（異常色）を第１の検査色情報として求めて設定し（第１の検査色情報設定手段）、更に前記検査対象物のカラー画像における各色成分の出現頻度に基づいて所定の出現頻度範囲に含まれる色成分をまとめ、その色成分領域を異物としての可能性のある色成分を示す第２の検査色情報として設定する（第２の検査色情報設定手段）。
【０００８】
次いで前記撮像手段により求められた検査対象物のカラー画像を色選別して上記第１および第２の検査色情報設定手段によりそれぞれ登録された第１および第２の検査色情報に該当する特定の色成分の画像領域を求め（色判別手段）、上記特定の色成分の画像領域の大きさを判定して前記検査対象物に含まれる異物を検出する（異物検出手段）ことを特徴としている。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記正常色領域検出手段は、検査対象物のカラー画像における各色成分の出現頻度分布を求め、この出現頻度分布から所定の頻度閾値以上の１つのまとまりをなす色成分領域を前記検査対象物の正常色領域として求めるものとして実現される（請求項２）。また前記第２の検査色情報設定手段は、異物を含む検査対象物のカラー画像における各色成分の出現頻度分布から、前記正常色領域を含む所定の頻度閾値範囲内にある色成分領域を異物が持つ色成分を含む色成分領域として求めるものとして実現される（請求項３）。
【００１０】
ちなみに前記第２の検査色情報は、所定の頻度閾値範囲を異ならせることで、１つまたは複数の色成分領域として求められる（請求項４）。更には前記カラー画像は、例えばＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）からなる三原色成分に色分解して求められ、このカラー画像の各色成分の出現頻度分布は、ＲＧＢ３次元テーブルへの各色成分の登録回数をそれぞれ計数することにより求められる（請求項５）。
【００１１】
尚、前記カラー画像における各色成分については、例えば近赤外領域における波長成分として求めることも勿論可能である（請求項６）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る異物検査装置について説明する。
図１はこの実施形態に係る異物検査装置の要部概略構成を示す図で、１は検査対象物Ｓを撮像してそのカラー画像を求めるカメラであり、２は検査対象物Ｓを照明する照明光源（蛍光灯）である。尚、検査対象物Ｓとしての、例えばたばこの刻葉は、予めたばこ葉を所定幅の葉片として裁刻した複数種のたばこ刻を、シガレットの銘柄に応じて葉組み（ブレンド）したものからなる。
【００１３】
このような刻葉（検査対象物）Ｓに混入した異物を検査する異物検査装置は、上記刻葉（検査対象物）Ｓを搬送するベルトコンベア３からなる搬送ラインに組み込まれる。そしてベルトコンベア３上に載置されて搬送されるたばこの刻葉を該ベルトコンベア３の上方から前記カメラ１を用いて撮像し、そのカラー画像をコンピュータ（ＰＣ）からなる画像処理装置４に取り込み、後述する色成分に基づく画像処理を施すことで、上記たばこ刻葉中に混入した異物を検出するように構成される。ちなみにカメラ１によるたばこの刻葉の撮像は、図１に斜線部５として示すようにベルトコンベア３の全幅に亘る帯状の領域を１枚のカラー画像として順次取り込むことにより行われる。そしてそのカラー画像は、例えばＲ（赤）,Ｇ（緑）,Ｂ（青）からなる３原色に分解された色信号として画像処理装置４に与えられる。
【００１４】
さてコンピュータからなる画像処理装置４は、例えば図２に示すようにカラー画像を構成する複数の画素（絵素）毎にその色成分を求める色選別機能１１を備える。特に上記色選別機能１０により選別した色成分を、ＲＧＢの各色成分をそれぞれ軸（パラメータ）とする３次元テーブル１１に順次登録し、各色成分の登録回数を前記カラー画像を構成する全画素に亘ってそれぞれ計数してその出現頻度を求め、頻度分布テーブル１２に登録してその出現頻度分布を求める頻度計数機能１３を備える。
【００１５】
そして検査色設定機能１４は、後述するように前記頻度分布テーブル１２に登録した各色成分の出現頻度分布に基づいて検査対象物Ｓに混入した異物を検出する為の検査色を求め、検査対象物Ｓが持つことのない色成分（異色成分）を示す検査色情報を第１の検査色デーブル１５に、また検査対象物Ｓに混入する異物が持つ色成分を示す検査色情報（近似色成分）を第２の検査色テーブル１６ａ,〜１６ｎにそれぞれ登録する役割を担う。
【００１６】
即ち、検査色設定機能１４は、異物を含む検査対象物Ｓのカラー画像から求められる色成分の出現頻度の高い色成分のまとまりを、該検査対象物Ｓが持つ正常色の色成分領域として求める正常色領域検出手段と、この正常色の色成分領域から外れた領域（補領域）の色成分を該検査対象物Ｓが持つことのない色成分（異常色）を示す第１の検査色情報Ａとして求め、この検査色情報Ａを第１の検査色テーブル１５に登録する第１の検査色情報設定手段を備える。
【００１７】
また前記検査色設定手段１４は、前記異物を含む検査対象物Ｓのカラー画像前記頻度分布テーブル１２に登録した各色成分の出現頻度分布に基づいて、検査対象物Ｓが持つ色成分でもあり、また異物が持つ色成分でもあるような曖昧な色成分（近似色）の領域を第２の検査色情報Ｂとして求めて第２の検査色テーブル１６（１６ａ,〜１６ｎ）に登録する第２の検査色情報設定手段を備える。尚、第２の検査色情報Ｂについては、その色成分領域を互いに異ならせて複数設定することも可能である。この場合には各第２の検査色情報Ｂａ,〜Ｂｎを、予め準備した複数の第２の検査色テーブル１６ａ,〜１６ｎにそれぞれ登録するようにすれば良い。
【００１８】
このような検査色テーブル１５,１６ａ,〜１６ｎへの第１および第２の検査色情報Ａ,Ｂａ,〜Ｂｎの設定（登録）は、例えば異物検査装置を立ち上げたときの準備処理（初期設定処理）として実行される。尚、複数種の検査対象物毎に異物検査をバッチ処理する場合には、各バッチ開始時に自動的に上記検査色情報Ａ,Ｂａ,〜Ｂｎの設定を行うようにすれば良い。
【００１９】
この際、上記各検査色テーブル１５,１６ａ,〜１６ｎには、各検査色情報Ａ,Ｂａ,〜Ｂｎが異物として存在するときの大きさ、つまり同じ色のまとまりとして上記各検査色情報Ａ,Ｂａ,〜Ｂｎを持つ画素が、それぞれ或る面積を持つ画素領域として存在するときの大きさの情報が、異物判定の為の閾値として同時に登録される。この大きさの情報（閾値）は、異物に対する目視検査結果やその後の学習処理により最適設定される。
【００２０】
さて上述した如く第１および第２の検査色テーブル１５,１６ａ,〜１６ｎにそれぞれ検査色情報Ａ,Ｂａ,〜Ｂｎを設定したならば、異物検査装置は前記カメラ１にて順次撮像される検査対象物Ｓのカラー画像を用いて該検査対象物Ｓに異物が含まれているか否かの検査を実行する。この検査の実行は色比較機能１７を用いて、前記色選別機能１０にて求められる上記検査対象物Ｓのカラー画像の各色成分が前述した如く第１および第２の検査色テーブル１５,１６ａ,〜１６ｎにそれぞれ登録した検査色情報Ａ,Ｂａ,〜Ｂｎに該当するか否かを比較照合することによってなされる。そして第１および第２の検査色情報Ａ,Ｂａ,〜Ｂｎに該当する色成分の画素（絵素）が検出されたとき、画素統合機能１８を用いて同じ検査色情報（色成分領域）のグループに含まれる画素の互いに隣接する画素を１つのまとまりとして統合し、更に大きさ判定機能１９を用いてその大きさ（面積）を判定することで、検査対象物Ｓに混入した異物を検出している。
【００２１】
この異物検出は、画素統合機能１８を用いて統合された画素の固まりの大きさ（面積）が、前記検査色テーブル１５,１６ａ,〜１６ｎに予め設定された所定の大きさ（閾値）を越えるか否かを判定することで、その大きさが異常であるか否か、即ち、正常な検査対象物Ｓが取り得る大きさの範囲からずれているか否かを判定することによりなされる。このような判定により、前記第１の検査色情報Ａに含まれる検査対象物Ｓの正常色領域以外の色成分を持つものを異物として検出することのみならず、検査対象物Ｓの正常色領域に含まれる曖昧な色成分を持つような異物についても、これを確実に検出することが可能となる。
【００２２】
ここで前述した第１および第２の検査色情報Ａ,Ｂａ,〜Ｂｎの設定と、これらの検査色情報Ａ,Ｂａ,〜Ｂｎを用いた異物検出について今少し詳しく説明する。例えば検査対象物Ｓとしてのたばこの刻葉は農産物の加工品であり、概略的には同じような色成分を有するが一様ではなく、或る色成分範囲に亘って分布する。しかし何処までがたばこの刻葉が持つ正常な色であるかを特定する境界、つまり色成分の範囲を正確に規定することは甚だ困難である。またたばこの刻葉に混入する虞のある異物の中には、例えば刻み漏れのたばこ葉片やたばこの刻葉の輸送に用いた容器に付着していたゴミのように、たばこの刻葉と同じような色成分を持つものもある。
【００２３】
しかし検査対象物（たばこの刻葉）Ｓにおける色成分の出現頻度は、例えば図３に模式的に示すように或る色成分を中心とした裾拡がりの分布を有する。また検査対象物Ｓに異物が混入している場合であっても、上記色成分の出現頻度分布が大きく変わることはない。そこで前述した検査色設定機能１４においては、各色成分の出現頻度に対して、例えばその出現頻度が［５０画素］以上である等の閾値Ｃ１を設定し、この閾値Ｃ１を越える出現頻度の色成分の領域を正常な検査対象物（たばこの刻葉）Ｓが持つ正常色領域として設定している。つまり検査対象物（たばこの刻葉）Ｓを撮像したカラー画像における各色成分の出現頻度に基づいて、正常な検査対象物（たばこの刻葉）Ｓが確実に取り得る正常色の領域Ｔとして定義している。そしてこの正常色領域Ｔ以外の色成分領域を、異物としての可能性のある異常色領域Ｆとして設定し、この異常色領域の情報を第１の検査色情報Ａとしてテーブル１５に登録している。
【００２４】
このようにして定義（設定）される正常色領域Ｔおよび異常色領域Ｆは、例えばＲＢ成分だけに着目した２次元テーブル上においては、例えば図４(ａ)に示すように、或るまとまりをなす１つの領域Ｔと、その補領域Ｆとしてそれぞれ表される。また特に図示しないがＲＧＢの３次元テーブル上においては、上記正常色領域Ｔは或るまとまりをなす立体的な１つの色成分領域として表される。
【００２５】
しかしながら前述したように異物が持つ色成分の中には、上記正常色領域Ｔに含まれるものもあり、また正常な検査対象物（たばこの刻葉）であっても、その色成分が上記異常色領域Ｆに含まれるものもある。そこで前記検査色設定機能１４においては前述した色成分の出現頻度分布に着目し、２つの異なる出現頻度閾値Ｃ２,Ｃ３を設定し、その出現頻度閾値Ｃ２,Ｃ３範囲内に或る色成分を１つのグループとしてまとめて異物としての可能性のある色成分（近似色）として定義し、この情報を第２の検査色情報Ｂとして前記テーブル１６に登録している。
【００２６】
具体的には前述した正常色範囲を定義する頻度閾値Ｃ１を［５０画素］とした場合、上記出現頻度閾値Ｃ２,Ｃ３を［４０画素］,［６０画素］としてそれぞれ設定し、これらの出現頻度範囲に含まれる色成分の全てを図４(ｂ)に示すように異物としての可能性のある色成分（近似色）の領域Ｇとして定義している。尚、このようにして設定される色成分（近似色）領域Ｇに含まれる色成分の中には、その色相（色成分間の距離）が大きく離れ、似た色であるとは言い難いものもある。しかし上記領域Ｇは、一般的な色相間の近似の概念を離れて上述した如く求められる色成分の全てを１つのまとまり（グループ）をなす近似色成分（領域）として定義される。
【００２７】
またこのような近似色領域Ｇは、異物が持つ色成分に応じて上述した出現頻度閾値Ｃ２,Ｃ３を変えることで、例えば出現頻度が［５００画素］以上で［１０００画素］以下の範囲の色成分領域としても設定することも可能である。従って検査対象物Ｓに混入する虞のある異物の色成分に応じて複数の近似色領域Ｇを定義すれば、異物の色成分が正常な検査対象物（たばこの刻葉）Ｓの正常色範囲Ｔに含まれる場合であっても、その色成分を異物の可能性のある情報として捉えることが可能となる。
【００２８】
かくして上述したように構成される異物検査装置によれば、正常な検査対象物Ｓが持つ正常色の範囲（色成分領域）を簡易に設定すると共に、異物が持つ色の範囲（色成分領域）を簡易に設定することができる。特にこれらの色の範囲が互いに重なるような場合であっても、各色成分の出現頻度に基づいて異常色領域Ｆと近似色領域Ｇとをそれぞれ設定するので、これらの領域Ｆ,Ｇに含まれる色成分が検出されたとき、これを異物の可能性ありとして判断（検出）することが可能となる。
【００２９】
その上で上記各領域Ｆ,Ｇにそれぞれ含まれる色成分を持つ画素を隣接する画素間で統合して同じ近似色の画素のまとまりを形成し、検出した各検査色情報Ａ,Ｂａ,〜Ｂｎ毎にそのまとまり（画像領域）の大きさを判定するので、検査対象物Ｓに混入する或る程度の大きさを持つ異物を確実に検出することが可能となる。しかもその異物の色が検査対象物Ｓの正常色の範囲に含まれる場合であっても、その色成分を検査対象物Ｓの色であるか、或いは異物の色であるかを定義することなく、その異物の存在を確実に検出することが可能となる。即ち、異物として可能性のある色成分を有する画素が、所定の大きさの画像領域のまとまり（面積）をなしているか否かに応じて、その色成分が異物のものであるか否かを判定するので、検査対象物Ｓに混入した異物を確実に検出することが可能となる。
【００３０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば検査対象物Ｓとしては穀類等の農産物やその加工品であっても良く、また板ガム等の錬成食品類であっても良い。ちなみに板ガム等の錬成食品類の場合には、砂糖等の食品添加物が固まりとして残っているような場合、これを異物として検出することができる。また検査対象物Ｓのカラー画像を得る際、ベルトコンベア３の表面がその背景画像として撮像されるような場合には、その背景画像の色成分を求め、その色成分を異物検出の画像処理対象から除去するようにしておけば良い。
【００３１】
またカラー画像を色選別するに際しては、例えばＲＧＢの各色成分をそれぞれ２５６階調に分解して、その色成分を求めるようにすれば良い。また色成分の出現頻度に対する閾値Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３については、１枚のカラー画像の総画素数等や、異物の含有率等に応じて設定すれば良いものである。更にここではカラー画像のＲＧＢ成分に着目して色成分の判別を行う例について説明したが、例えば近赤外線領域における波長成分λ１,λ２,〜λｍに着目し、これらの波長成分からその色情報を識別することも勿論可能である。この場合には、前記カメラ１として赤外線カメラを用いるようにすれば良い。また各画素のスペクトルに着目して色判別を行うことも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、検査対象物に混入した異物の色が正常な検査対象物の色と似ている場合であっても、検査対象物を撮像したカラー画像における各色成分の出現頻度分布に基づいて異物検出の為の検査色情報を簡易に設定して異物検査を行うことができる。従って異物検査の為の検査色の設定処理の大幅な簡素化を図り得ることのみならず、検査対象物に混入した異物を信頼性良く確実に検出することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る異物検査装置の要部概略構成図。
【図２】図１に示す異物検査装置における画像処理装置の概略的な機能構成図。
【図３】検査対象物を撮像して求められるカラー画像における各色成分の出現頻度分布と、出現頻度に基づいて定められる色成分領域との関係を示す図。
【図４】ＲＢの２次元色空間における正常色領域、異常色領域、および近似色領域の関係を示す図。
【符号の説明】
１  カメラ（撮像手段）
４  画像処理装置（コンピュータ）
１０  色選別機能
１２  色成分の出現頻度テーブル
１４  検査色設定手段
１５,１６ａ,〜１６ｎ  検査色テーブル
１７  色比較機能
１９  大き判定機能
【図１】
0003985946.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003985946.tif 000004
【図４】
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