JP2006258582A - 画像入力装置および画像入力方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小な凹凸と濃度変化部分の双方において、より高感度な検出を行うことができる画像入力装置を提供する。
【解決手段】被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像部１０１と、撮像部１０１が撮影した二次元画像における反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす部分画像を二次元画像から取得する部分画像取得部１０２と、部分画像取得部１０２により連続して取得された複数の部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、ライン画像を算出するライン画像算出部１０３と、ライン画像算出部１０３が算出したライン画像を主走査画像として副走査し被測定物の二次元画像を取得する画像取得部１０４と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学的手段を使用し、材料の表面形状の二次元画像を得る画像入力装置および画像入力方法に関する。

一様な照明手段からの投射光を被測定物表面に照射し、その反射光分布から得られる画像に対して、物体表面の傷や凹凸および汚れ等を検出もしくは検査する方法は、従来から一般的に行われている。特に、ロール紙やシート等の平面状広がる物体や円筒状の物体においては、撮像素子としてラインセンサを用いて、物体の相対的な移動や回転によって副走査し、表面画像を得る方法は広く利用されている。

このような方法では、複写機内部の部品である感光体ドラムや帯電ロールのような円筒状の被検査物に対して、ライン状の光を被検査物に照射するとともに該被検査物を回転し該被検査物により反射される前記ライン状の光をラインセンサで検出し、該ラインセンサで得られる画像を処理して欠陥処理を行っている。このような方法においては、正反射光により近い位置で画像を取得したほうが、表面形状による光量の変化が激しくなり、より微小な凹凸の検出が可能となる。

しかし、実際の表面欠陥検出装置においては、被検査物の形状の歪みや、回転のムラや振動によって反射光の受光位置とラインセンサの位置が変動し、この相対位置変動を表面凹凸として検出することによる検出誤差が生じるため、少し離すことにより感度を下げざるを得ないという課題がある。

この課題を解消するため、実際に反射光量分布を測定するセンサと、ラインセンサを移動させる移動手段を備え、反射光量分布の測定によりラインセンサを実際に移動追従させる技術や、照明手段および撮像手段による照射角度および撮像角度が一定になるように、被検査面角度位置を制御する装置が提案されている。

このような装置においては、実際に撮像系もしくは被測定物を移動することによる動作遅れ、装置構成の複雑化、移動機構の振動による誤差等のさらなる課題が存在する。このような課題を解決する方法として、部分読みだし可能な二次元光学素子を用いて、略一定な感度の画素を選択する画像入力方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

一方、従来のラインセンサにおいて、凹凸の検出だけでなく、濃度変化を検出するため、時間遅延積算型であるＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙｅｄ ＩｎｔｅＧｒａｔｉｏｎ）型のセンサを用いることによって、少ない拡散反射光であっても積算することにより濃度変化を高精度に検出し、直接反射光の輝度変化成分として現れる凹凸欠陥と濃度欠陥を両方検知する技術が提案されている。

特許文献１に示したような、部分読みだし可能な二次元光学素子を用いる方法においては、欠陥レベルおよび対象物の表面状態によっては、凹凸に対する感度と濃度欠陥に対する感度を調整することにより、両方の欠陥を良好に検出できる。

また、特許文献２においては、速度変動のある撮像対象に対し、安定して画像を入力するために、撮像するターゲットの移動量を検知する手段を持ち、その移動量をもとにＴＤＩのシフト量を変更する画像入力装置が提案されている。

特開２００４−１０８８２８号公報 特開２００３−３２４６５８号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、微小な凹凸に対する検出感度を上げるために輝度変化の高い輝線近傍部分の画素を選択する必要があり、直接反射光成分が増えるため光量を下げる必要があるという問題があった。

一方、濃度変化は拡散反射成分を検出する必要があるが、光量を下げると拡散反射成分が低下し、濃度欠陥の検出が難しくなるという問題があった。すなわち、微小な凹凸の検出と、濃度変化の検出を同時に行うことが困難であるという問題があった。同様の問題は対象の表面状態が鏡面に近づくことによっても生じうる。

特許文献２に示された手法を用いて拡散反射光を積算することができれば、濃度変化も精度よく検出することができるが、特許文献２の方法は被検査物の速度変動からＴＤＩのシフト量を算出する方法であるため、突起や傾きによって生じる画像の位置の変動からＴＤＩのシフト量を算出する必要のある二次元光学素子を用いた方法に適用することができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、二次元光学素子を用いた画像入力方法において、検出した反射光をＴＤＩの手法を用いて積算することにより、微小な凹凸と濃度変化部分の双方において、より高感度な検出を行うことができる画像入力装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、画像入力装置において、被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段と、前記撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得手段と、前記部分画像取得手段により連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、ライン画像を算出するライン画像算出手段と、前記ライン画像算出手段が算出したライン画像を主走査画像として副走査し被測定物の二次元画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２にかかる発明は、画像入力装置において、被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段と、前記撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす少なくとも１画素の幅を有するライン画像である第１のライン画像を算出する第１のライン画像算出手段と、前記第１のライン画像から予め定められたオフセット位置に存在する部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得手段と、前記部分画像取得手段により連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、第２のライン画像を算出する第２のライン画像算出手段と、前記第１のライン画像算出手段が算出した前記第１のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第１の画像取得手段と、前記第２のライン画像算出手段が算出した前記第２のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第２の画像取得手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項３にかかる発明は、画像入力装置において、被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段と、前記撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす少なくとも１画素の幅を有するライン画像である第１のライン画像を算出する第１のライン画像算出手段と、前記二次元画像において予め定められた位置に存在する部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得手段と、前記部分画像取得手段により連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、第２のライン画像を算出する第２のライン画像算出手段と、前記第１のライン画像算出手段が算出した前記第１のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第１の画像取得手段と、前記第２のライン画像算出手段が算出した前記第２のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第２の画像取得手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項４にかかる発明は、請求項２または３に記載の画像入力装置において、前記第１のライン画像算出手段は、前記第１のライン画像の取得を遅延させ、前記第２のライン画像算出手段が出力する第２のライン画像と被測定物の同一部分から算出した前記第１のライン画像を出力することを特徴とする。

また、請求項５にかかる発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記画素選択条件は、反射光の最も明るい部分である輝線から予め定められた位置離れた画素を選択する条件であることを特徴とする。

また、請求項６にかかる発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記画素選択条件は、予め定められた反射光量の画素を選択する条件であることを特徴とする。

また、請求項７にかかる発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記画素選択条件は、予め定められた反射光量の画素から、予め定められた位置離れた画素を選択する条件であることを特徴とする。

また、請求項８にかかる発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記画素選択条件は、反射光の変化率が予め定められた値である画素を選択する条件であることを特徴とする。

また、請求項９にかかる発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記被測定物の移動速度は、前記被測定物の移動速度に基づいて算出する画素数が１となる移動速度であることを特徴とする。

また、請求項１０にかかる発明は、請求項２または３に記載の画像入力装置において、第２のライン画像算出手段は、前記部分画像に含まれる複数の画素の平均値または積算値を算出し、算出した平均値または積算値を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、第２のライン画像を算出することを特徴とする。

また、請求項１１にかかる発明は、請求項２または３に記載の画像入力装置において、第２のライン画像算出手段は、前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算した値の平均値または積算値を算出し、第２のライン画像を算出することを特徴とする。

また、請求項１２にかかる発明は、画像入力方法において、被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得ステップと、前記部分画像取得ステップにより連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、ライン画像を算出するライン画像算出ステップと、前記ライン画像算出ステップが算出したライン画像を主走査画像として副走査し被測定物の二次元画像を取得する画像取得ステップと、を備えたことを特徴とする。

また、請求項１３にかかる発明は、画像入力方法において、被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす少なくとも１画素の幅を有するライン画像である第１のライン画像を算出する第１のライン画像算出ステップと、前記第１のライン画像から予め定められたオフセット位置に存在する部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得ステップと、前記部分画像取得ステップにより連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、第２のライン画像を算出する第２のライン画像算出ステップと、前記第１のライン画像算出ステップが算出した前記第１のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第１の画像取得ステップと、前記第２のライン画像算出ステップが算出した前記第２のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第２の画像取得ステップと、を備えたことを特徴とする。

また、請求項１４にかかる発明は、画像入力方法において、被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす少なくとも１画素の幅を有するライン画像である第１のライン画像を算出する第１のライン画像算出ステップと、前記二次元画像において予め定められた位置に存在する部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得ステップと、前記部分画像取得ステップにより連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、第２のライン画像を算出する第２のライン画像算出ステップと、前記第１のライン画像算出ステップが算出した前記第１のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第１の画像取得ステップと、前記第２のライン画像算出ステップが算出した前記第２のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第２の画像取得ステップと、を備えたことを特徴とする。

請求項１にかかる発明によれば、ＴＤＩ的手法を導入することにより、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を、被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行ってライン画像を算出し、当該ライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得することができる。このため、光量が大きく、凹凸に感度の高い検出を行いながらも、反射光量の低い表面濃度変動も良好に検出できるという効果を奏する。

また、請求項２にかかる発明によれば、ＴＤＩ的手法を導入することにより、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を第１のライン画像とするとともに、当該第１のライン画像から予め定められたオフセット位置に存在する部分画像を被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行って第２のライン画像を算出し、第１および第２のライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得することができる。このため、光量が大きく、凹凸に感度の高い検出と、反射光量の低い表面濃度変動の検出がより良好に実行できるという効果を奏する。

また、請求項３にかかる発明によれば、ＴＤＩ的手法を導入することにより、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を第１のライン画像とするとともに、二次元画像の予め定められた固定領域に存在する部分画像を被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行って第２のライン画像を算出し、第１および第２のライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得することができる。このため、光量が大きく、凹凸に感度の高い検出と、反射光量の低い表面濃度変動の検出がより良好に実行でき、濃度変化の検出対象が凹凸に比べて大きなことに着目することで、構成を簡略化することができるという効果を奏する。

また、請求項４にかかる発明によれば、凹凸に感度の高い検出と、反射光量の低い表面濃度変動の検出が同じ場所に対して同じタイミングとなるようにすることができ、異なる撮像条件の複数枚の画像の対応位置検出が簡単に行えるようになるという効果を奏する。

また、請求項５にかかる発明によれば、正反射光成分により最も明るくなる輝線から規定のオフセット位置に存在する画素を選択するため、光学的な測定条件を輝線に対して一定にすることができるという効果を奏する。

また、請求項６にかかる発明によれば、予め定められた反射光量の画素を選択するため、光学的な測定条件を特定輝度に対して一定にすることができるという効果を奏する。

また、請求項７にかかる発明によれば、予め定められた反射光量である画素から、規定のオフセット位置に存在する画素を選択するため、光学的な測定条件を特定輝度に対して一定にすることができるという効果を奏する。

また、請求項８にかかる発明によれば、移動方向にほぼ平行方向の反射光の変化率が予め定められた位置に存在する画素を選択するため、光学的な測定条件を反射光量分布の変化率に対して一定にすることができるという効果を奏する。

また、請求項９にかかる発明によれば、時間遅延の基本シフト量が１となるように被検査物の移動速度を設定することができるため、低コスト化、装置の簡略化ができるという効果を奏する。

また、請求項１０にかかる発明によれば、積算を隣接複数画素の平均値もしくは積算値にすることができるため、回路規模を小さくすることによる低コスト化、装置の簡略化、およびＳ/Ｎ向上ができるという効果を奏する。

また、請求項１１にかかる発明によれば、積算を隣接複数画素の平均値もしくは積算値にすることができるため、回路規模を小さくすることによる低コスト化、装置の簡略化、およびＳ/Ｎ向上ができるという効果を奏する。

また、請求項１２にかかる発明によれば、ＴＤＩ的手法を導入することにより、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を、被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行ってライン画像を算出し、当該ライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得することができる。このため、光量が大きく、凹凸に感度の高い検出を行いながらも、反射光量の低い表面濃度変動も良好に検出できるという効果を奏する。

また、請求項１３にかかる発明によれば、ＴＤＩ的手法を導入することにより、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を第１のライン画像とするとともに、当該第１のライン画像から予め定められたオフセット位置に存在する部分画像を被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行って第２のライン画像を算出し、第１および第２のライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得することができる。このため、光量が大きく、凹凸に感度の高い検出と、反射光量の低い表面濃度変動の検出がより良好に実行できるという効果を奏する。

また、請求項１４にかかる発明によれば、ＴＤＩ的手法を導入することにより、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を第１のライン画像とするとともに、二次元画像の予め定められた固定領域に存在する部分画像を被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行って第２のライン画像を算出し、第１および第２のライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得することができる。このため、光量が大きく、凹凸に感度の高い検出と、反射光量の低い表面濃度変動の検出がより良好に実行でき、濃度変化の検出対象が凹凸に比べて大きなことに着目することで、構成を簡略化することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像入力装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態にかかる画像入力装置は、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を、被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行ってライン画像を算出し、当該ライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得するものである。

図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる画像入力装置１００の構成を示す説明図である。同図に示すように、画像入力装置１００は、撮像部１０１と、部分画像取得部１０２と、ライン画像算出部１０３と、画像取得部１０４とを備えている。

撮像部１０１は、照明手段により照射された照明光が被測定物で反射された反射光を、エリアセンサなどの二次元に配列された光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮像するものであり、撮影した二次元画像から部分画像を読み出すことができるものである。

部分画像取得部１０２は、撮像部１０１が撮影した二次元画像の反射光の分布から、検出感度を一定に保つための予め定められた画素選択条件に従って、部分画像を取得するものである。部分画像取得部１０２が取得する画像は、ライン状の一定の幅を有する画像であるが、この画像を複数取得して時間遅延積算を行うことにより後述するライン画像算出部１０３が算出するライン画像と区別するため、部分画像と呼ぶことにする。

ライン画像算出部１０３は、部分画像取得部１０２が連続して取得した複数の部分画像を、被測定物の移動速度から算出した画素数分ずらして加算することにより、ライン画像を算出するものである。このように、従来から用いられているＴＤＩ型のラインセンサと同様の手法を適用することにより、反射光の検出感度を上げることが可能となる。

画像取得部１０４は、ライン画像算出部１０３が算出したライン画像を主走査画像とし、被測定物の移動方向に副走査することにより被測定物の二次元画像を取得するものである。

次に、第１の実施の形態における画像入力処理の詳細について説明する。図２から図４は、平面状の被測定物体に対して、ライン光源から照射した光をカメラで撮像する時の状態の一例を示した説明図である。

図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）のような撮像条件で光源２１１から被測定物表面２１０に照射光を照射し、カメラ部に二次元のカメラ２１２を使用したときに得られる画像をそれぞれ図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示す。図２（ａ）は被測定物の傾きや突起が存在しない条件、図３（ａ）は被測定物が光学系に対して傾いている条件、図４（ａ）は被測定物上に突起が存在する条件を表している。

通常表面に突起等の異常部が存在する場合は、散乱方向が一定ではなくなるため、反射光分布はより広い範囲にわたるか、正反射光の生ずる角度が変化する。また、光学系および撮像系と、被検査物表面の相対位置および角度の変動によっても、反射光分布は変わる。図５、図６は、反射光分布を重ね合わせて示した説明図である。ただし、図５より図６の方が微小な凹凸であり、形状変化が小さいため分布の差も小さい。両図から次の事項がわかる。

１．Ａ点にラインセンサを置いた場合には、正常時は突起との光量差が出るため検出できるが、相対位置変動時は突起との光量差がなく突起を画像にて検出することができない。

２．Ｂ点にラインセンサを置いた場合は、図５では正常時、相対位置変動時とも欠陥が検出できるが、図６では光量差があまりなく検出ができない。

３．Ａ点とＢ点では、正常時の反射光分布と、突起が存在するときの反射光分布では、Ａ点の方が、光量差が大きい。

従来は、相対位置変動時が起きても凹凸が検出できるように、Ｂ点にて表面画像を取得していたため、図６のような微小な凹凸に関しては検出することができなかった。本発明においては、特許文献１と同様に、二次元に配列された光学素子からなるカメラを用いた以下のような手法により、この問題を解決している。

図２から図４に示すように、散乱光の反射光量分布は、副走査方向に分布がシフトしていることがわかる。このシフト量を二次元画像から演算し、一定な反射光分布になるように予め定められた画素選択条件によって画像を順次取得することによって、光学系の相対位置変動を補正することができる。

この際、各画素データにランダムアクセスし部分読み出し可能なエリアセンサを用いて、ライン画像を求めることができる。図７は、エリアセンサから反射光分布を求めるときの、エリアセンサアクセス方法の一例を示す説明図である。

図７に符号Ｙで示す画素のように、過去の輝線Ｇ位置からその近傍のみ読み出して反射光量分布を求める方法（図７（ａ））、副走査方向に数ライン毎に読み出す方法（図７（ｂ））、間引き読み出しする方法（図７（ｃ））などの手法を用いて読み出すデータ量を削減した上で、反射光分布を検出することによって、実時間でライン画像Ｓを求めることが可能となる。

特許文献１の方法においては、輝線部Ｇと出力するラインデータＳの距離関係および反射光分布の状態によっては、光量の比が１０倍以上になることがあり、このような場合、ラインデータＳのＳ/Ｎが非常に悪くなるという課題が生じる。また、凹凸を検出するために輝線部に近い値のみを検出することは表面の凹凸による散乱光の変化を顕著にとることになり、相対的に表面の濃度変化（色むら）等の検出が難しいという課題も生ずる。

これは、１枚の画像中から１ラインの画像のみを求めていることによる弊害と考えられる。本発明では、従来から用いられている時間遅延積算の手法を取り入れ、より広い検出範囲で表面の濃度分布を検出できるようにすることにより、上記課題の解決を図っている。

図８は、第１の実施の形態における画像の積算領域の一例を示した説明図である。図８の上部は、図７（ａ）に対応する積算領域を示している。これはある１瞬間において撮影された画像データである。図８の下部は、時間方向の積算に関する説明図であり、輝線の変動の無いときの積算モデルを表している。ここで、ｔは撮像サイクルを示す。また基本シフト量は積算による被測定物の移動量相当となる。なお、この積算領域は部分画像取得部１０２にて取得された部分画像に相当する。

また、図９は、シフト量が輝線変動により変化する積算モデルを示した説明図である。図８および図９に示す積算領域の画像データが、規定回数を積算した後、ライン画像として出力される。なお、図８の下部および図９は、図８の画像全体から説明のため画像の一部を切り出した模式図であり、実際には撮像領域全体において同様の処理を行う。

このように、第１の実施の形態においては、積算する場所を基本シフト量＋画素選択条件の変動量として変化させることができ、これにより、反射光の少ない拡散光の分布すなわち表面の濃度分布を、従来の散乱光成分に加えて検出でき、さらに光量をさげることが可能となる。

画素選択を行うための演算領域としては、図７（ａ）のほか、図７（ｂ）、図７（ｃ）もあるが、時間遅延積算するということに関して同等なので、対応図は省略する。また、積算する回数に関しても図中は三回であるが、実際はより多くの回数を設定してもよいし、さらに対象によって変動させるような構成とすることも可能である。

なお、積算領域の画素は、特許文献１と同様に、以下のような条件により選択するように構成する。まず、オフセット量の大きさは、結像される像に対する副走査方向の画素の大きさで決まるため、その反射光分布の変化の度合いと、画素の大きさから最適値を求めるように構成することができる。

また、予め定められた反射光量となる反射光分布の位置を画素選択位置としてもよい。図１０は、このときの画素選択位置を示した模式図である。この際、副走査方向の分布に対して、反射光量近傍を直線近似するか、ローパスフィルタを掛けることにより、微小な変化に対して追従しすぎないように設定する。

また、予め定められた反射光量となる反射光分布の位置から、さらに所定のオフセット量ｄはなれた画素のデータを選択するように構成してもよい。図１１は、このときの画素選択位置を示した模式図である。上述の通り、表面凹凸により反射光の分布が異なるため、副走査方向の変化率が変わる。このため規定反射光量から離れることによって、その変化率の違いが画像として捉えられる。

また、反射光量の副走査方向の変化率から画素選択位置を決定するように構成してもよい。図１２は、このときの画素選択位置を示した模式図である。変化率として、反射光分布の微分値の分布を利用している。図１２の（ａ）においては、その変化率が最大な点を利用し、（ｂ）においては、規定値により選択する時の概念を示す。

このように、第１の実施の形態にかかる画像入力装置においては、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を、被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行ってライン画像を算出し、当該ライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得することができる。このため、光量が大きく、凹凸に感度の高い検出を行いながらも、反射光量の低い表面濃度変動も良好に検出することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態にかかる画像入力装置は、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を第１のライン画像とするとともに、当該第１のライン画像から予め定められたオフセット位置に存在する部分画像を被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行って第２のライン画像を算出し、第１および第２のライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得するものである。

図１３は、本発明の第２の実施の形態にかかる画像入力装置１３００の構成を示す説明図である。同図に示すように、画像入力装置１３００は、撮像部１０１と、部分画像取得部１３０２と、第２のライン画像算出部１３０３と、第２の画像取得部１３０４と、第１のライン画像算出部１３０５と、第１の画像取得部１３０６とを備えている。

第２の実施の形態における画像入力装置１３００は、第２のライン画像算出部１３０３と、第２の画像取得部１３０４と、第１のライン画像算出部１３０５と、第１の画像取得部１３０６とを追加したこと、および、部分画像取得部１３０２の機能が第１の実施の形態における画像入力装置１００と異なっている。その他の構成および機能は、第１の実施の形態にかかる構成を表すブロック図である図１と同様であるので、同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

第１のライン画像算出部１３０５は、撮像部１０１が撮影した二次元画像の反射光の分布から、検出感度を一定に保つための予め定められた画素選択条件に従って、少なくとも１画素の幅を有する第１のライン画像を取得するものである。

第１の画像取得部１３０６は、第１のライン画像算出部１３０５が算出したライン画像を主走査画像とし、被測定物の移動方向に副走査することにより被測定物の二次元画像を取得するものである。

部分画像取得部１３０２は、第１のライン画像算出部１３０５が算出した第１のライン画像から、予め定められたオフセット位置に存在する部分画像を取得するものである。

第２のライン画像算出部１３０３は、部分画像取得部１０２が連続して取得した複数の部分画像を、被測定物の移動速度から算出した画素数分ずらして加算することにより、ライン画像を算出するものである。

第２の画像取得部１３０４は、第２のライン画像算出部１３０３が算出したライン画像を主走査画像とし、被測定物の移動方向に副走査することにより被測定物の二次元画像を取得するものである。

次に、第２の実施の形態における画像入力処理の詳細について説明する。図１４は、第２の実施の形態における画像の積算領域の一例を示した説明図である。

図１４の上部は、図７（ａ）に対応する積算領域を示している。これはある１瞬間において撮影された画像データである。図１４の下部は、時間方向の積算に関する説明図であり、輝線の変動の無いときの積算モデルを表している。ここで、ｔは撮像サイクルを示す。また基本シフト量は積算による被測定物の移動量相当となる。出力するラインデータ２が積算される対象である。

また、図１５は、シフト量が輝線変動により変化する積算モデルを示した説明図である。図１４および図１５に示す積算領域の画像データが、規定回数を積算した後、ライン画像として出力される。なお、図１４の下部および図１５は、図１４の画像全体から説明のため画像の一部を切り出した模式図であり、実際には撮像領域全体において同様の処理を行う。

このように、第２の実施の形態においては、より輝線部Ｇに近いラインデータ１により表面の凹凸に対して感度の良い検出を行うと同時に、輝線部Ｇから離れたラインデータ２により濃度変化に対して感度のよい検出を行うことが可能となる。なお、ラインデータ１においてもラインデータ２と同様の積算機能を実行するように構成してもよい。

このように、第２の実施の形態にかかる画像入力装置においては、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を第１のライン画像とするとともに、当該第１のライン画像から予め定められたオフセット位置に存在する部分画像を被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行って第２のライン画像を算出し、第１および第２のライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得することができる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態にかかる画像入力装置は、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を第１のライン画像とするとともに、二次元画像の予め定められた固定領域に存在する部分画像を被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行って第２のライン画像を算出し、第１および第２のライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得するものである。

図１６は、本発明の第３の実施の形態にかかる画像入力装置１６００の構成を示す説明図である。同図に示すように、画像入力装置１６００は、撮像部１０１と、部分画像取得部１６０２と、第２のライン画像算出部１３０３と、第２の画像取得部１３０４と、第１のライン画像算出部１３０５と、第１の画像取得部１３０６とを備えている。

第３の実施の形態における画像入力装置１６００は、部分画像取得部１６０２の機能が、第２の実施の形態における画像入力装置１３００と異なっている。その他の構成および機能は、第２の実施の形態にかかる構成を表すブロック図である図１３と同様であるので、同一符号を付し、ここでの説明は省略する。

部分画像取得部１６０２は、撮像部１０１が撮影した二次元画像から、予め定められた位置に存在する部分画像を取得するものである。

次に、第３の実施の形態における画像入力処理の詳細について説明する。図１７は、第３の実施の形態における画像の積算領域の一例を示した説明図である。

一般に凹凸欠陥は、他の部品との接触等の問題があり、小さな像を検出する必要があるのに対して、濃度欠陥として広い分布を検出する場合においては、第２の実施の形態におけるラインデータ２の積算位置を固定しても大きな問題とならない場合もある。

図１７の上部は、図７（ａ）に対応する積算領域を示している。これはある１瞬間において撮影された画像データである。図１７の下部は、時間方向の積算に関する説明図であり、輝線の変動の無いときの積算モデルを表している。ここで、ｔは撮像サイクルを示す。また基本シフト量は積算による被測定物の移動量相当となる。

また、図１８は、シフト量が輝線変動により変化する積算モデルを示した説明図である。図１７および図１８に示す積算領域の画像データが、規定回数を積算した後、ライン画像として出力される。出力するラインデータ２が積算される対象である。ラインデータ１が輝線変動により読み出し画素が変化するのに対して、ラインデータ２の積算位置は変化しない。なお、図１７の下部および図１８は、図１７の画像全体から説明のため画像の一部を切り出した模式図であり、実際には撮像領域全体において同様の処理を行う。

このように、第３の実施の形態においては、ラインデータ２の積算場所を固定化することにより、処理量を減らすことができ、ハードウエアにおいては回路規模を削減できるため、コストダウンが可能となる。その他、対象とする被検査物の径が小さい場合なども反射光は凸レンズ効果により実際の被測定物の移動量よりも輝線位置の変化が大きくなる場合もあり、このような場合にも第３の実施の形態を適用することができる。なお、ラインデータ１においてもラインデータ２と同様の積算機能を実行するように構成してもよい。

以上のように、第３の実施の形態にかかる画像入力装置においては、二次元光学素子により取得した二次元画像から予め定められた条件に従い選択した画素を第１のライン画像とするとともに、二次元画像の予め定められた固定領域に存在する部分画像を被測定物の移動速度によりシフトしながら時間遅延積算を行って第２のライン画像を算出し、第１および第２のライン画像を主走査画像として副走査を行い、二次元画像を取得することができる。

（変形例）
なお、本発明は、上述した第１〜第３の実施の形態に限定されるものではなく、以下に例示するような種々の変形が可能である。

実施例２、３においては、ラインデータ２の検出とラインデータ１の検出の間に、被測定物の移動が伴うため、同一箇所を異なるフレームの出力とする課題がある。例えば、ある欠陥がラインデータ１で検出でき、ラインデータ２で検出できない像が存在する場合は、該当部が凹凸欠陥であるというように、異なる検出系の結果の相違により、欠陥の種類を分別できると考えられる。この場合、前記のようにフレームの違いが生ずると、位置誤差となるため、後段の画像処理部においてずれ量を補正する必要がある等、余計な作業が発生する。

さらに、各出力段のずれ量が設定で変更できる場合等、処理の都度、意識しなければならないという問題も生ずる。この問題を解決するため、先に撮像を行うラインの出力を一時的にバッファして、二系統のライン出力が同じ場所に対して同じタイミングとなるように出力するように構成してもよい。

さらに、上記時間遅延の基本シフト量が１となるように被検査物の移動速度を設定することにより、構成を単純化することができる。

また、上述したように、濃度変化の検出は凹凸変化に対して、広範囲でよい場合があり、このような場合に、請求項２、３のラインデータ２の積算を隣接複数画素の平均値もしくは積算値にすることによって、回路規模を小さくできコストダウンがはかれる。図１９は、平均化方法の一例を示した説明図である。平均化の方法としては、同図の（ａ）に示すように、積算してから最後に平均化し、積算出力の縦横をさらに平均化する方法や、同図の（ｂ）に示すように、最初に平均化してから積算する方法や、同図の（ｃ）に示すように、最初に輝線と平行方向のみ平均化し、最後に輝線と垂直方向に平均化する方法などを適用できる。また、平均化することにより、Ｓ/Ｎも向上する。

また、その他の例として、輝線部の回転成分を補正した画像を積算することによって、傾き方向の変動に関しても補正して積算し、検出精度を高めるように構成してもよい。図２０は、回転を補正して積算するときの画像の積算領域の一例を示した説明図である。

また、二次元光学素子を対数変換型とすることによって、光量の小さな積算部の分解能を高めるように構成してもよい。これは、対数変換型の出力を積算回路前でリニアに変換して積算することにより実現することができる。

以上のように、本発明にかかる画像入力装置、画像入力方法は、被検物の微小な凹凸、突起等の表面欠陥検出、さらに合わせて表面の濃度変化を伴う欠陥の検出・検査を行う表面欠陥検出装置に適している。

第１の実施の形態にかかる画像入力装置の構成を示す説明図である。 平面状の被測定物体に対して、ライン光源から照射した光をカメラで撮像する時の状態の一例を示した説明図である。 平面状の被測定物体に対して、ライン光源から照射した光をカメラで撮像する時の状態の一例を示した説明図である。 平面状の被測定物体に対して、ライン光源から照射した光をカメラで撮像する時の状態の一例を示した説明図である。 反射光分布を重ね合わせて示した説明図である。 反射光分布を重ね合わせて示した説明図である。 エリアセンサから反射光分布を求めるときの、エリアセンサアクセス方法の一例を示す説明図である。 第１の実施の形態における画像の積算領域の一例を示した説明図である。 シフト量が輝線変動により変化する積算モデルを示した説明図である。 画素選択位置を示した模式図である。 画素選択位置を示した模式図である。 画素選択位置を示した模式図である。 第２の実施の形態にかかる画像入力装置の構成を示す説明図である。 第２の実施の形態における画像の積算領域の一例を示した説明図である。 シフト量が輝線変動により変化する積算モデルを示した説明図である。 第３の実施の形態にかかる画像入力装置の構成を示す説明図である。 第３の実施の形態における画像の積算領域の一例を示した説明図である。 シフト量が輝線変動により変化する積算モデルを示した説明図である。 平均化方法の一例を示した説明図である。 回転を補正して積算するときの画像の積算領域の一例を示した説明図である。

符号の説明

１００ 画像入力装置
１０１ 撮像部
１０２ 部分画像取得部
１０３ ライン画像算出部
１０４ 画像取得部
２１０ 被測定物表面
２１１ 光源
２１２ カメラ
１３００ 画像入力装置
１３０２ 部分画像取得部
１３０３ ライン画像算出部
１３０４ 画像取得部
１３０５ ライン画像算出部
１３０６ 画像取得部
１６００ 画像入力装置
１６０２ 部分画像取得部

Claims (14)

1. 被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段と、
   前記撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得手段と、
   前記部分画像取得手段により連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、ライン画像を算出するライン画像算出手段と、
   前記ライン画像算出手段が算出したライン画像を主走査画像として副走査し被測定物の二次元画像を取得する画像取得手段と、
   を備えたことを特徴とする画像入力装置。
2. 被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段と、
   前記撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす少なくとも１画素の幅を有するライン画像である第１のライン画像を算出する第１のライン画像算出手段と、
   前記第１のライン画像から予め定められたオフセット位置に存在する部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得手段と、
   前記部分画像取得手段により連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、第２のライン画像を算出する第２のライン画像算出手段と、
   前記第１のライン画像算出手段が算出した前記第１のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第１の画像取得手段と、
   前記第２のライン画像算出手段が算出した前記第２のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第２の画像取得手段と、
   を備えたことを特徴とする画像入力装置。
3. 被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段と、
   前記撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす少なくとも１画素の幅を有するライン画像である第１のライン画像を算出する第１のライン画像算出手段と、
   前記二次元画像において予め定められた位置に存在する部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得手段と、
   前記部分画像取得手段により連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、第２のライン画像を算出する第２のライン画像算出手段と、
   前記第１のライン画像算出手段が算出した前記第１のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第１の画像取得手段と、
   前記第２のライン画像算出手段が算出した前記第２のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第２の画像取得手段と、
   を備えたことを特徴とする画像入力装置。
4. 前記第１のライン画像算出手段は、前記第２のライン画像と被測定物の同一部分から算出した前記第１のライン画像を、前記第２のライン画像と同期して出力することを特徴とする請求項２または３に記載の画像入力装置。
5. 前記画素選択条件は、反射光の最も明るい部分である輝線から予め定められた位置離れた画素を選択する条件であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像入力装置。
6. 前記画素選択条件は、予め定められた反射光量の画素を選択する条件であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ記載の画像入力装置。
7. 前記画素選択条件は、予め定められた反射光量の画素から、予め定められた位置離れた画素を選択する条件であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像入力装置。
8. 前記画素選択条件は、反射光の変化率が予め定められた値である画素を選択する条件であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ記載の画像入力装置。
9. 前記被測定物の移動速度は、前記被測定物の移動速度に基づいて算出する画素数が１となる移動速度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ記載の画像入力装置。
10. 第２のライン画像算出手段は、前記部分画像に含まれる複数の画素の平均値または積算値を算出し、算出した平均値または積算値を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、第２のライン画像を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の画像入力装置。
11. 第２のライン画像算出手段は、前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算した値の平均値または積算値を算出し、第２のライン画像を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の画像入力装置。
12. 被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得ステップと、
    前記部分画像取得ステップにより連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、ライン画像を算出するライン画像算出ステップと、
    前記ライン画像算出ステップが算出したライン画像を主走査画像として副走査し被測定物の二次元画像を取得する画像取得ステップと、
    を備えたことを特徴とする画像入力方法。
13. 被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす少なくとも１画素の幅を有するライン画像である第１のライン画像を算出する第１のライン画像算出ステップと、
    前記第１のライン画像から予め定められたオフセット位置に存在する部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得ステップと、
    前記部分画像取得ステップにより連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、第２のライン画像を算出する第２のライン画像算出ステップと、
    前記第１のライン画像算出ステップが算出した前記第１のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第１の画像取得ステップと、
    前記第２のライン画像算出ステップが算出した前記第２のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第２の画像取得ステップと、
    を備えたことを特徴とする画像入力方法。
14. 被測定物の表面で反射された反射光を二次元に配列した光学素子により検出し、被測定物の二次元画像を撮影する撮像手段が撮影した前記二次元画像における前記反射光の分布に基づき、予め定められた画素選択条件を満たす少なくとも１画素の幅を有するライン画像である第１のライン画像を算出する第１のライン画像算出ステップと、
    前記二次元画像において予め定められた位置に存在する部分画像を前記二次元画像から取得する部分画像取得ステップと、
    前記部分画像取得ステップにより連続して取得された複数の前記部分画像を、被測定物の移動速度に基づいて算出した画素数分ずらして加算し、第２のライン画像を算出する第２のライン画像算出ステップと、
    前記第１のライン画像算出ステップが算出した前記第１のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第１の画像取得ステップと、
    前記第２のライン画像算出ステップが算出した前記第２のライン画像を主走査画像として副走査し被測定物表面の二次元画像を取得する第２の画像取得ステップと、
    を備えたことを特徴とする画像入力方法。

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