JPH10170451A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検査対象物の形状や大小にかかわらず、欠
陥の有無を正確に検査することができる欠陥検査装置を
提供する。 【解決手段】 被検査対象物に特定パターンの照明を当
て、画像入力部１でその被検査対象物を撮像し、方向算
出部２で入力画像の明るさの変化する方向を求め、良品
方向算出部３で良品の明るさの変化する方向を求め、方
向差評価部４で方向算出部２及び良品方向算出部３によ
り得られた方向データの差値を画素毎に評価し、方向差
評価画像を求め、欠陥検出部５で方向差評価画像に基づ
き、欠陥の度合いと位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、缶やシート状物
（紙や布等）等の製品の欠陥の有無を検査する欠陥検査
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検査対象物の汚れや傷等の欠陥を検査
する欠陥検査装置として次のようなものがある。即ち、
被検査対象物をカメラによって撮像することにより得ら
れるアナログビデオ信号をＡ／Ｄ変換して被検査対象物
を表す濃淡画像データを得る。被検査対象物の欠陥は、
その欠陥を表す画素がその回りの画素に比べて濃度が異
なる。従って、濃淡画像を微分処理し、エッジ強度画像
を得た後、所定の大きさのウインドウを画像内で走査
し、ウインドウ内のエッジ強度の和を欠陥度とし、欠陥
度が所定のしきい値よりも大きい場合を欠陥として検出
する装置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような装置におい
ては、欠陥を表す画素とその回りの画素との濃度差が大
きい場合と濃度差が小さい場合とでは、欠陥度の大きさ
が異なる。このため、汚れや傷等の多種類の欠陥が画像
内に混在する場合には、しきい値の決定が困難である。
又、濃度差が小さい傷を見落とすという問題点がある。
更に、被検査対象物の曲面を検査する場合には、一様な
照明を当てることが困難な場合があり、そのような場合
には、シェーディングの影響により欠陥以外の部分を欠
陥とみなすという問題点がある。

【０００４】従って、本発明は、そのような従来の問題
点に着目してなされたもので、被検査対象物の形状や大
小にかかわらず、欠陥の有無を正確に検査することがで
きる欠陥検査装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の欠陥検査装置は、被検査対象物
に特定パターンの照明を当てる照明手段と、照明された
被検査対象物を撮像する画像入力手段と、入力画像の明
るさの変化する方向を求める方向算出手段と、良品の明
るさの変化する方向を求める良品方向算出手段と、方向
算出手段と良品方向算出手段より得られる方向データの
差値を画素毎に評価し、方向差評価画像を求める方向差
評価手段と、方向差評価画像に基づき、欠陥の度合いと
位置を検出する欠陥検出手段とを備えることを特徴とす
る。

【０００６】この装置によれば、明るさの変化する方向
を用いて欠陥を検出する構成であるので、欠陥とその周
囲の画素の濃度値の差に影響されず、従来困難であった
低コントラストの欠陥の検出が可能となる。又、欠陥の
種別に影響されず、一定のしきい値での欠陥の判定が可
能となる。又、請求項５の欠陥検査装置は、被検査対象
物に特定パターンの照明を当てる照明手段と、照明され
た被検査対象物を撮像する画像入力手段と、入力画像よ
り或る特定の基準位置を算出する基準位置算出手段と、
基準位置からの相対位置より良品の明るさの変化する方
向を求める良品方向算出手段と、方向算出手段と良品方
向算出手段より得られる方向データの差値を画素毎に評
価し、方向差評価画像を求める方向差評価手段と、方向
差評価画像に基づき、欠陥の度合いと位置を検出する欠
陥検出手段とを備えることを特徴とする。

【０００７】この装置によれば、上記請求項１の効果に
加えて、基準位置からの相対位置の情報より簡単に良品
方向を算出することが可能である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて説明する。 ＜実施形態１＞図１は、一実施形態に係る欠陥検査装置
の構成を示すブロック図である。この実施形態の欠陥検
査装置は、照明手段（図示せず）により照明された被検
査対象物の濃淡画像を入力する画像入力部１と、入力さ
れた画像より明るさの変化する方向（以下、「入力濃度
勾配方向」と呼ぶ）を各画素毎に求める方向算出部２
と、良品において本来あるべき明るさの変化する方向
（以下、「モデル濃度勾配方向」と呼ぶ）を各画素毎に
求める良品方向算出部３と、各画素毎に入力濃度勾配方
向とモデル濃度勾配方向との差値の評価値を求め、評価
値画像を作成する方向差評価部４と、或るウインドウを
評価値画像上で走査し、そのウインドウ内の評価値の合
計値をしきい値と比較することにより、欠陥の位置とそ
の度合いを検出する欠陥検出部５とからなる。

【０００９】次に、このように構成した欠陥検査装置を
用いてシート（紙、布等）上の欠陥の有無を検査する例
について説明する。照明手段としては、シートの左から
右にかけて濃淡値が変化するような照明を当てることと
する。画像入力部１では、このような照明を当てたシー
トをカメラで撮影し、アナログビデオ信号をＡ／Ｄ変換
し、メモリに記憶する。

【００１０】方向算出部２では、メモリに記憶された入
力画像の画素値Ｉ（ｘ，ｙ）より入力濃度勾配方向Ｉθ
（ｘ，ｙ）を以下の式により求める。 Ｉθ(x,y) ＝atan２｛Ｄ_x (x,y) ，Ｄ_y (x,y) ｝ ここで、Ｄ_x (x,y) ＝Ｉ(x+1,y-1) ＋２Ｉ(x+1,y) ＋Ｉ
(x+1,y+1)−Ｉ(x-1,y-1) −２Ｉ(x-1,y) −Ｉ(x-1,y+1) Ｄ_y (x,y) ＝Ｉ(x+1,y+1) ＋２Ｉ(x,y+1) ＋Ｉ(x-1,y+
1)−Ｉ(x+1,y-1) −２Ｉ(x,y-1) −Ｉ(x-1,y-1) atan２とは、Ｄ_x ，Ｄ_y で表されるＤ_x −Ｄ_y 座標の逆
正接関数を指す（図３参照）。入力濃度勾配方向算出手
法としては、Prewitt オペレータ等の他のオペレータで
も良い。この際、Ｄ_x （ｘ，ｙ）とＤ_y （ｘ，ｙ）の値
が共に所定のしきい値以下の場合には、画像入力部１に
おけるＡ／Ｄ変換時におけるノイズの影響を受けて方向
が正確に求められていない可能性が高いので、方向が不
定であるとみなし、方向なし（ＮＤ）フラグを付ける。
又、方向が算出不能である画像端においても方向なし
（ＮＤ）フラグを付ける。

【００１１】良品方向算出部３では、モデル濃度勾配方
向を各画素について求め、メモリに記憶しておく。この
実施形態の場合には、画像の左側より照明を当てている
ため、各画素におけるモデル濃度勾配方向Ｍθ（ｘ，
ｙ）は左向き、即ち１８０°である。方向差評価部４に
おいては、各画素位置（ｘ，ｙ）における入力濃度勾配
方向Ｉθ（ｘ，ｙ）とモデル濃度勾配方向Ｍθ（ｘ，
ｙ）との差値ω（ｘ，ｙ）が以下の式により算出され
る。

【００１２】 ω（ｘ，ｙ）＝Ｉθ（ｘ，ｙ）−Ｍθ（ｘ，ｙ） このとき、Ｉθ（ｘ，ｙ）とＭθ（ｘ，ｙ）のいずれか
がＮＤの場合には、ω（ｘ，ｙ）＝ＮＤとする。又、ω
（ｘ，ｙ）の評価値ｆ［ω（ｘ，ｙ）］が以下の式によ
り算出される。これは、請求項９に従えば、 請求項１０に従えば、 請求項１１に従えば、一例として、 請求項１２に従えば、一例として、 となる。算出後のｆ［ω（ｘ，ｙ）］は評価値画像Ｅ
（ｘ，ｙ）としてメモリに記憶される。

【００１３】欠陥検出部５においては、図４に示すよう
に、ｗｘ×ｗｙの大きさのウインドウ〔基準位置（ｘ，
ｙ）を左上隅座標とする〕を評価値画像（大きさｘｓ×
ｙｓ）上の検査可能領域（０，０）−（ｘｓ−ｗｘ，ｙ
ｓ−ｗｙ）で走査し、各ウインドウ位置においてウイン
ドウ内の評価値の総和Ｓ（ｘ，ｙ）、 を求める。その後、Ｓ（ｘ，ｙ）が所定のしきい値以上
であれば、その位置（ｘ，ｙ）に欠陥度Ｓ（ｘ，ｙ）の
欠陥があるとの判定を行う。

【００１４】例えば、図５の（ａ）のように入力画像の
一部に欠陥（網掛け部分）がある場合を考える。その場
合の入力濃度勾配方向は図５の（ｂ）のようになる。モ
デル濃度勾配方向は画像の左側より照明を当てているた
め図６の（ｃ）とする。入力濃度勾配方向とモデル濃度
勾配方向との差は図６の（ｄ）のようになる。請求項９
に従った評価関数ｆを用いた評価値画像は図７の
（ｅ）、請求項１０に従った評価関数ｆを用いた評価値
画像は図７の（ｆ）、請求項１１に従った評価関数ｆを
用いた評価値画像は図８の（ｇ）、請求項１２に従った
評価関数ｆを用いた評価値画像は図８の（ｈ）のように
なる。それぞれの評価値画像上で４×４の大きさのウイ
ンドウを走査した場合の欠陥度は、図９の（ｉ）、
（ｊ）、（ｋ）、図１０の（ｌ）のようになり、それぞ
れ欠陥検出のしきい値を６，１０，８，１０とすると、
網掛けの位置で欠陥が検出される。入力画像上での欠陥
が検出されたウインドウ位置は、図１１の（ｍ）の網掛
け位置であり、確かに欠陥部を検出できている。 ＜実施形態２＞図１２は、別実施形態に係る欠陥検査装
置の構成を示すブロック図である。この実施形態の欠陥
検査装置は、照明手段（図示せず）により照明された被
検査対象物の濃淡画像を入力する画像入力部１と、入力
された画像より明るさの変化する方向（以下、「入力濃
度勾配方向」と呼ぶ）を各画素毎に求める方向算出部２
と、入力画像中より或る特定の位置（以下、「基準位
置」と呼ぶ）を検出する基準位置算出部６と、良品にお
いて本来あるべき明るさの変化する方向（以下、「モデ
ル濃度勾配方向」と呼ぶ）を基準位置からの相対位置に
より各画素毎に求める良品方向算出部７と、各画素毎に
入力濃度勾配方向とモデル濃度勾配方向との差値の評価
値を求め、評価値画像を作成する方向差評価部４と、或
るウインドウを評価値画像上で走査し、そのウインドウ
内の評価値の合計値をしきい値と比較することにより、
欠陥の位置とその度合いを検出する欠陥検出部５とから
なる。

【００１５】次に、このように構成した欠陥検査装置を
用いて缶内面の欠陥の有無を検査する例について説明す
る。照明手段としては、缶の中心から放射状に明るさが
変化するような照明を当てることとする〔図１３の
（ａ）参照〕。画像入力部１及び方向算出部２の処理
は、実施形態１で説明したものと同一であり、説明は省
略する。

【００１６】基準位置算出部６では、缶の中心を基準位
置として検出する。検出手法の一例としては、図１３の
（ｂ）のように、入力画像中より、缶底面のエッジ上の
３点（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３）
をテンプレート８，９，１０を用いて求め、以下の連立
方程式を解くことにより基準位置（ｘｃ，ｙｃ）を求め
る。

【００１７】 （ｘ１−ｘｃ）² ＋（ｙ１−ｙｃ）² ＝ｒ² （ｘ２−ｘｃ）² ＋（ｙ２−ｙｃ）² ＝ｒ² （ｘ３−ｘｃ）² ＋（ｙ３−ｙｃ）² ＝ｒ² 良品方向算出部７においては、以下の式より基準位置か
らの相対位置よりモデル濃度勾配方向Ｍθ（ｘ，ｙ）が
各画素毎に求められる。

【００１８】 Ｍθ（ｘ，ｙ）＝ａｔａｎ２（ｘ−ｘｃ，ｙ−ｙｃ） ａｔａｎ２は、実施形態１に示したものと同一である。
又、（ｘ，ｙ）＝（ｘｃ，ｙｃ）の場合には、方向不定
となるため、 Ｍθ（ｘｃ，ｙｃ）＝ＮＤ とする。

【００１９】方向差評価部４においては、実施形態１と
同様の手法で評価値画像Ｅ（ｘ，ｙ）が求められる。こ
の実施形態においては、評価関数として請求項１０及び
請求項１２に従ったもののみを用いる。これは、モデル
濃度勾配方向においては図１４の（ａ）のように、全て
の画素が中心から放射状外向きに方向が広がっているの
に対し、入力濃度勾配方向においては、図１４の（ｂ）
のように、缶の底面エッジ部（点線部）において放射状
内向きに方向が発生する可能性があるからである。即
ち、方向が１８０°反転する可能性があるからである。
このため、方向差ωが１８０°の場合は、欠陥とみなさ
ない処理を入れる必要性があるためである。

【００２０】欠陥検出部５の処理は、実施形態１と同一
である。例えば、図１５の（ａ）のように入力画像の一
部に欠陥（濃度値３０の網掛け部分）がある場合を考え
る。又、入力画像中には、缶の底面エッジ（濃度値５の
網掛け部分）が映っているものとする。その場合の入力
濃度勾配方向は図１５の（ｂ）のようになる。一方、基
準位置算出部６において缶の底面エッジ上の３点をサー
チにより求め、中心位置（ｘｃ，ｙｃ）＝（８，８）を
求める。よって、モデル濃度勾配方向は図１６の（ｃ）
のようになる。又、入力濃度勾配方向とモデル濃度勾配
方向との差は図１６の（ｄ）のようになる。

【００２１】上記（方向差評価部４の説明）したよう
に、缶の底面エッジ部において、入力濃度勾配方向とモ
デル濃度勾配方向が１８０°異なる部分がある〔図１６
の（ｄ）の網掛け部分〕。請求項１０に従った評価関数
ｆを用いた評価値画像は図１７の（ｅ）、請求項１２に
従った評価関数ｆを用いた評価値画像は図１７の（ｆ）
のようになる。それぞれの評価値画像上で４×４の大き
さのウインドウを走査した場合の欠陥度は、図１８の
（ｇ），（ｈ）のようになり、それぞれの欠陥検出のし
きい値を８，９とすると、網掛けの位置で欠陥が検出さ
れる。入力画像上での欠陥が検出されたウインドウ位置
は、図１９の（ｉ）の網掛けの位置であり、確かに欠陥
部を検出できている。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１によれ
ば、明るさの変化する方向を用いて欠陥を検出する構成
としたので、欠陥とその周囲の画素の濃度値の差に影響
されず、従来困難であった低コントラストの欠陥の検出
が可能となる。又、欠陥の種別に影響されず、一定のし
きい値での欠陥の判定が可能となる。

【００２３】請求項２によれば、照明を当てる位置情報
より良品方向算出手段の方向データを簡単に算出するこ
とが可能となる。請求項３，４によれば、被検査対象物
のムラ等の低コントラストの欠陥を検出することが可能
となる。請求項５によれば、請求項１の効果に加えて、
基準位置からの相対位置の情報より簡単に良品方向を算
出することが可能となる。

【００２４】請求項６，７によれば、基準位置を原点と
した場合の各画素の位置での位置ベクトルを、良品が本
来あるべき明るさの変化する方向とすることができ、簡
易に方向を算出することができる。請求項８によれば、
缶内面の汚れや傷等を検出することが可能である。請求
項９によれば、良品が本来あるべき方向と入力画像より
得られる方向が同一の方向であれば、良品とみなすこと
が可能である。又、その度合いを角度差に応じて連続的
に変化させることが可能である。

【００２５】請求項１０によれば、請求項９の効果に加
えて、良品が本来あるべき方向と１８０°異なる方向で
あっても、良品であるとみなすことが可能である。請求
項１１によれば、良品が本来あるべき方向と入力画像よ
り得られる方向が或る一定範囲の間であれば、良品とみ
なすことが可能である。又、良品の方向と同一の方向と
みなす範囲ｘを変化させることが可能である。

【００２６】請求項１２によれば、請求項１１の効果に
加えて、良品が本来あるべき方向と１８０°異なる方向
であっても、良品であるとみなすことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る欠陥検査装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】シート（被検査対象物）の左から右にかけて濃
淡値が変化するような照明を示す図である。

【図３】Ｄ_x −Ｄ_y 座標の逆正接関数を示す図である。

【図４】ｘｓ×ｙｓの大きさの評価値画像に対するｗｘ
×ｗｙの大きさのウインドウを示す図である。

【図５】一部に欠陥（網掛け部分）がある入力画像を示
す図、及びその入力濃度勾配方向を示す図である。

【図６】モデル濃度勾配方向を示す図、及び入力濃度勾
配方向とモデル濃度勾配方向との差を示す図である。

【図７】請求項９に従った評価関数ｆを用いた評価値画
像を示す図、及び請求項１０に従った評価関数ｆを用い
た評価値画像を示す図である。

【図８】請求項１１に従った評価関数ｆを用いた評価値
画像を示す図、及び請求項１２に従った評価関数ｆを用
いた評価値画像を示す図である。

【図９】図７の（ｅ），（ｆ）及び図８の（ｇ）の各評
価値画像上で４×４のウインドウを走査した場合の欠陥
度を示す図である。

【図１０】図８の（ｈ）の評価値画像上で４×４のウイ
ンドウを走査した場合の欠陥度を示す図である。

【図１１】入力画像上での欠陥が検出されたウインドウ
位置（網掛け位置）を示す図である。

【図１２】別実施形態に係る欠陥検査装置の構成を示す
ブロック図である。

【図１３】缶（被検査対象物）の中心から放射状に明る
さが変化するような照明を示す図、及び入力画像中より
缶底面のエッジ上の３点を示す図である。

【図１４】モデル濃度勾配方向において全ての画素が中
心から放射状外向きに方向が広がっていることを示す
図、及び缶の底面エッジ部（点線部）において放射状内
向きに方向が発生することを示す図である。

【図１５】一部に欠陥（濃度値３０の網掛け部分）があ
る入力画像を示す図、及びその入力濃度勾配方向を示す
図である。

【図１６】モデル濃度勾配方向を示す図、及び入力濃度
勾配方向とモデル濃度勾配方向との差を示す図である。

【図１７】請求項１０に従った評価関数ｆを用いた評価
値画像を示す図、及び請求項１２に従った評価関数ｆを
用いた評価値画像を示す図である。

【図１８】図１７の（ｅ），（ｆ）の各評価値画像上で
４×４のウインドウを走査した場合の欠陥度を示す図で
ある。

【図１９】入力画像上での欠陥が検出されたウインドウ
位置（網掛け位置）を示す図である。

【符号の説明】

１ 画像入力部 ２ 方向算出部 ３，７ 良品方向算出部 ４ 方向差評価部 ５ 欠陥検出部 ６ 基準位置算出部

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査対象物に特定パターンの照明を当て
   る照明手段と、 照明された被検査対象物を撮像する画像入力手段と、 入力画像の明るさの変化する方向を求める方向算出手段
   と、 良品の明るさの変化する方向を求める良品方向算出手段
   と、 方向算出手段と良品方向算出手段より得られる方向デー
   タの差値を画素毎に評価し、方向差評価画像を求める方
   向差評価手段と、 方向差評価画像に基づき、欠陥の度合いと位置を検出す
   る欠陥検出手段とを備えることを特徴とする欠陥検査装
   置。
2. 【請求項２】前記特定のパターンの照明は、画像中にシ
   ェーディングを生じさせる照明であることを特徴とする
   請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 【請求項３】前記被検査対象物は、同一濃度値を持つ対
   象物であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
   の欠陥検査装置。
4. 【請求項４】前記被検査対象物は、同一濃度値を持つシ
   ート状物であることを特徴とする請求項１、請求項２又
   は請求項３記載の欠陥検査装置。
5. 【請求項５】被検査対象物に特定パターンの照明を当て
   る照明手段と、 照明された被検査対象物を撮像する画像入力手段と、 入力画像より或る特定の基準位置を算出する基準位置算
   出手段と、 基準位置からの相対位置より良品の明るさの変化する方
   向を求める良品方向算出手段と、 方向算出手段と良品方向算出手段より得られる方向デー
   タの差値を画素毎に評価し、方向差評価画像を求める方
   向差評価手段と、 方向差評価画像に基づき、欠陥の度合いと位置を検出す
   る欠陥検出手段とを備えることを特徴とする欠陥検査装
   置。
6. 【請求項６】前記特定のパターンの照明は、基準位置よ
   り放射状に明るさが変化する照明であることを特徴とす
   る請求項５記載の欠陥検査装置。
7. 【請求項７】前記照明手段は、基準位置から放射状に明
   るさが変化する照明であり、前記基準位置は、同心円の
   中心であり、前記被検査対象物は、同心円上に一様の濃
   度値を持つ対象物であることを特徴とする請求項５又は
   請求項６記載の欠陥検査装置。
8. 【請求項８】前記被検査対象物は、缶であることを特徴
   とする請求項５、請求項６又は請求項７記載の欠陥検査
   装置。
9. 【請求項９】前記方向差評価手段は、方向データの差値
   をωとした場合、−（９０＋３６０ｎ）°≦ω≦（９０
   ＋３６０ｎ）°の範囲（ｎは整数）では（１−ｃｏｓ
   ω）とし、それ以外の範囲では１とし、方向が不定の場
   合には０とすることを特徴とする請求項１、請求項２、
   請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７又
   は請求項８記載の欠陥検査装置。
10. 【請求項１０】前記方向差評価手段は、方向データの差
    値をωとした場合、−（４５＋１８０ｎ）°≦ω≦（４
    ５＋１８０ｎ）°の範囲（ｎは整数）では（１−ｃｏｓ
    ２ω）とし、それ以外の範囲では１とし、方向が不定の
    場合には０とすることを特徴とする請求項１、請求項
    ２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項
    ７又は請求項８記載の欠陥検査装置。
11. 【請求項１１】前記方向差評価手段は、方向データの差
    値をωとした場合、−（ｘ＋３６０ｎ）°≦ω≦（ｘ＋
    ３６０ｎ）°の範囲（ｎは整数、ｘは定数）では０と
    し、それ以外の範囲では１とし、方向が不定の場合には
    ０とすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
    ３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７又は請求
    項８記載の欠陥検査装置。
12. 【請求項１２】前記方向差評価手段は、方向データの差
    値をωとした場合、−（ｘ＋１８０ｎ）°≦ω≦（ｘ＋
    １８０ｎ）°の範囲（ｎは整数、ｘは定数）では０と
    し、それ以外の範囲では１とし、方向が不定の場合には
    ０とすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
    ３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７又は請求
    項８記載の欠陥検査装置。