JP2017072554A - X線検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
搬送部500は、被検査物Aを搬送する。搬送部500には、ベルトコンベア、トップチェーンコンベア、回転テーブル等、様々な搬送機構を適用することが可能である。
X線照射部200は、搬送部500によって搬送される被検査物AにX線を照射する。X線照射部200から照射されるX線には、軟X線(第1エネルギー帯のX線)及び硬X線(第2エネルギー帯のX線)が含まれている。
X線検出部300は、搬送部500によって搬送される被検査物Aに照射されたX線を検出する。X線検出部300は、直接変換型X線検出器310と、間接変換型X線検出器320と、フィルタ350と、を備えている。直接変換型X線検出器310は、搬送部500を挟んでX線照射部200と対向するように配置されており、軟X線を検出する。間接変換型X線検出器320は、搬送部500及び直接変換型X線検出器310を挟んでX線照射部200と対向するように配置されており、硬X線を検出する。フィルタ350は、直接変換型X線検出器310と間接変換型X線検出器320との間に配置されており、軟X線と硬X線との間のエネルギー帯のX線を吸収する。
図3に示されるように、画像処理部400は、X線検出部300から出力された検出信号に基づいて被検査物AのX線透過画像を生成し、そのX線透過画像に画像処理を施す。画像処理部400は、画像生成部401、エッジ検出部402、水平方向ぼかし部403、合成部404、画像拡縮部405、画像位置合わせ部406、ヒストグラム作成部407、ヒストグラム積算部408、輝度変換テーブル作成部409、データ補完部410、平滑化部411、画像変換部412、仮想データ調整部413、除算部414、フィルタ部415及び2値化部416、を有している。
画像生成部401は、各直接変換型X線検出素子アレイ311から出力された軟X線検出信号(第1検出信号)に基づいて被検査物Aの軟X線透過画像(第1X線透過画像)P100を生成すると共に、各間接変換型X線検出素子アレイ321から出力された硬X線検出信号(第2検出信号)に基づいて被検査物Aの硬X線透過画像(第2X線透過画像)P200を生成する。図4の(a)に示されるように、軟X線透過画像P100は、相対的にコントラストが高く、全体的に暗くなっている。また、図4の(b)に示されるように、硬X線透過画像P200は、相対的にコントラストが低く、全体的に明るくなっている。更に、図4の(a)及び(b)に示されるように、軟X線透過画像P100における異物Sと被検査物A(被検査物Aの重なりの無い領域)とのコントラストに比べて、硬X線透過画像P200における異物Sと被検査物A(被検査物Aの重なりの無い領域)とのコントラストが、小さくなっている。これは、異物Sと被検査物Aとに、X線吸収率の違いがあることに起因する。
図5に示されるように、エッジ検出部402は、軟X線透過画像P100にエッジ検出処理を施してエッジ検出画像P101を生成する。より具体的には、エッジ検出部402は、軟X線透過画像P100に、被検査物Aの像の輝度と背景の輝度とを均一化する線形補正処理を施し、当該軟X線透過画像P100にエッジ検出処理を施し、更に、当該軟X線透過画像P100に2値化処理及び反転処理を施して、エッジ検出画像P101を生成する。エッジ検出処理には、例えば、ラプラシアンフィルタ、ソーベルフィルタ等が用いられる。これにより、エッジ検出画像P101では、被検査物Aのエッジが除去され、白に反転させられた異物Sのエッジ及び輝度低下ラインLが残る。
図5に示されるように、水平方向ぼかし部403は、エッジ検出画像P101に、搬送方向D1に沿っての水平方向ぼかし処理を施して水平方向ぼかし画像P102を生成する。搬送方向D1に沿っての水平方向ぼかし処理とは、例えば、エッジ検出画像P101を構成する1つの画素に対し、輝度低下ラインLが延在する方向(すなわち、搬送方向D1に相当する方向)を長手方向とする画素領域を当該1つの画素を含むように設定し、当該画素領域における輝度値の平均値を当該1つの画素の輝度値とする処理であり、エッジ検出画像P101を構成する全ての画素に対して画素ごとに実施される。水平方向ぼかし処理は、段差除去処理である。水平方向ぼかし処理には、例えば、水平方向ブラーフィルタ、水平方向ガウシアンフィルタ等が用いられる。これにより、水平方向ぼかし画像P102では、異物Sのエッジが除去され、白に反転させられた輝度低下ラインLが残る。
図5に示されるように、合成部404は、軟X線透過画像P100と水平方向ぼかし画像P102とを合成して処理後軟X線透過画像(処理後X線透過画像)P103を生成する。より具体的には、合成部404は、軟X線透過画像P100を構成する全ての画素の輝度値と水平方向ぼかし画像P102を構成する全ての画素の輝度値とを、対応する画素間において足し合わせて、処理後軟X線透過画像P103を生成する。これにより、輝度低下ラインLが除去された処理後軟X線透過画像P103が得られる。
画像拡縮部405は、処理後軟X線透過画像P103における被検査物Aと硬X線透過画像P200における被検査物Aとの大きさを合わせる。X線照射部200から照射されるX線は、扇状に放射されると共に、X線照射部200から直接変換型X線検出器310までの距離とX線照射部200から間接変換型X線検出器320までの距離とが異なるので、処理後軟X線透過画像P103における被検査物Aと硬X線透過画像P200における被検査物Aとの大きさが異なる。すなわち、硬X線透過画像P200における被検査物Aが、処理後軟X線透過画像P103における被検査物Aより僅かに大きくなる。そこで、画像拡縮部405は、図6に示されるように、処理後軟X線透過画像P103を変換比Rだけラインセンサの配列方向に拡大する。この変換比Rは、X線照射部200から直接変換型X線検出器310までの距離をL1、X線照射部200から間接変換型X線検出器320までの距離をL2とすると、R=L2/L1で得られる。ここでは、処理後軟X線透過画像P103を拡大する例について説明したが、当然、硬X線透過画像P200をRの逆数(1/R)の比率で縮小してもよい。
画像位置合わせ部406は、処理後軟X線透過画像P103における被検査物Aと硬X線透過画像P200における被検査物Aとの位置を合わせる。具体的には、図7に示されるように、処理後軟X線透過画像P103を上下左右に移動させて、処理後軟X線透過画像P103と硬X線透過画像P200との差異が最小になるようにしている。本実施形態の画像位置合わせ部406は、両画像を重ね合わせて、各画素において両画像の輝度値の差の絶対値の総和を算出し、その総和が最小となるように自動的に位置合わせを行う。図8の(a)に示されるように、画像位置合わせ部406による位置合わせ前では、被検査物Aのエッジ部分E1及び異物Sのエッジ部分E2が現れる。なお、画像上のエッジ部分が、被検査物Aのエッジ部分E1か、異物Sのエッジ部分E2かは、判別不可能である。そして、図8の(b)に示されるように、画像位置合わせ部406による位置合わせ後では、被検査物A及び異物Sの位置ズレが解消されて、ほぼ黒一色の状態の画像となる。
ヒストグラム作成部407は、処理後軟X線透過画像P103の輝度分布を示す軟X線輝度ヒストグラムH100を作成すると共に、硬X線透過画像P200の輝度分布を示す硬X線輝度ヒストグラムH200を作成する。上述したように、処理後軟X線透過画像P103は、硬X線透過画像P200に比べて全体的に暗くなっているので、図9に示されるように、軟X線輝度ヒストグラムH100は、硬X線輝度ヒストグラムH200に比べて、図中の左側(画素明暗が明るい側)に寄っている。
ヒストグラム積算部408は、図10に示されるように、上述した軟X線輝度ヒストグラムH100を積分して軟X線輝度ヒストグラム積算曲線C100を算出すると共に、硬X線輝度ヒストグラムH200を積分して硬X線輝度ヒストグラム積算曲線C200を算出する。
輝度変換テーブル作成部409は、軟X線輝度ヒストグラム積算曲線C100と硬X線輝度ヒストグラム積算曲線C200とを比較して、軟X線輝度ヒストグラム積算曲線C100を硬X線輝度ヒストグラム積算曲線C200に一致又は近似させる輝度変換テーブルT100を作成する。具体的には、図11に示されるように、軟X線輝度ヒストグラム積算曲線C100の積算値I1と、硬X線輝度ヒストグラム積算曲線の積算値I2とが一致する輝度の変換比I=I1/I2を各輝度で求めることにより、図12に示される輝度変換テーブルT100を得る。
処理後軟X線透過画像P103及び硬X線透過画像P200に輝度値の低い画素(暗い画素)が無い場合には、当該輝度値の変換比Iを求めることができない。そのため、図12に示されるように、上述した輝度変換テーブル作成部409により作成された輝度変換テーブルT100の輝度値の低い領域Sには、変換データが存在しない。この場合、輝度値の低い画素については、輝度変換を行うことができない。そこで、データ補完部410は、上述した輝度変換テーブルT100に、輝度値の低い領域Sにおいて仮想の変換データDを補完する。以下、仮想の変換データDが補完された輝度変換テーブルを、「補完後輝度変換テーブルT101」とする。
平滑化部411は、図13に示されるように、補完後輝度変換テーブルT101を平滑化する。以下、この平滑化部411により平滑化された補完後平滑輝度変換テーブルを、「補完後平滑輝度変換テーブルT102」とする。上述した画像生成部401により生成された処理後軟X線透過画像P103及び硬X線透過画像P200の輝度分布が狭い場合等には、平滑化前の輝度変換テーブルT100が滑らかでない曲線でない場合がある。この場合、上述した処理後軟X線透過画像P103及び硬X線透過画像P200とは異なる輝度分布を有する被検査物Aを対象にした場合、妥当な輝度変換が行えない。そのため、平滑化部411は、種々の輝度分布を有する被検査物Aに対応可能な一般化された輝度変換テーブルを取得すべく、補完後輝度変換テーブルT101を平滑化して、滑らかな曲線を描く補完後平滑輝度変換テーブルT102を取得する。実験の結果から、2次関数で近似すれば十分実用的なテーブルを取得し得たことから、本実施形態の平滑化部411は、補完後輝度変換テーブルT101を2次関数で近似して、補完後平滑輝度変換テーブルT102を取得する。
画像変換部412は、図14の(a)及び(b)に示されるように、補完後平滑輝度変換テーブルT102に基づいて、処理後軟X線透過画像P103の輝度変換を行い、輝度変換後軟X線透過画像P104を取得する。
図15に示されるように、輝度変換後軟X線透過画像P104の輝度ヒストグラムH101と、硬X線透過画像P200の硬X線輝度ヒストグラムH200とを比較すると、厳密には一致していない。そこで、この仮想データ調整部413は、輝度変換後軟X線透過画像P104の輝度分布の各輝度値と、硬X線透過画像P200の輝度分布の各輝度値と、の差の総和が最小(最小2乗法)になるように、当該補完後平滑輝度変換テーブルT102を取得するのに用いた仮想の変換データDの値を調整する。これにより、最適化された補完後平滑輝度変換テーブルT102を取得することができ、当該テーブルT102により輝度変換された輝度変換後軟X線透過画像P104の輝度と、硬X線透過画像P200の輝度とが略一致するので、被検査物Aの消し込みが可能となる。なお、この最適化された補完後平滑輝度変換テーブルT102は、画像処理部400の記憶部(図示省略)に格納されている。
図16に示されるように、除算部414は、最適化された補完後平滑輝度変換テーブルT102により輝度変換された輝度変換後軟X線透過画像P104(図16の(a)参照)の輝度値と、硬X線透過画像P200(図16の(b)参照)の輝度値とを各画素で除算することによって、被検査物Aの消し込みを行う。輝度変換後軟X線透過画像P104の各画素の輝度値と、硬X線透過画像P200の各画素の輝度値との差を求めることによって、被検査物Aの消し込みを行ってもよいが、実験の結果から、除算する方が被検査物Aの消し込み精度が良いことが分かったので、本実施形態の除算部414は、除算を行うことにより、被検査物Aの消し込みを行う。ただし、単純に除算すると、画像処理部400が整数しか保持できない構成となっているので、殆どの演算結果が1となってしまう。例えば、その演算結果は、1.01、1.11、1.21等の値となる。そのため、除算部414は、両画像の輝度値を除算した結果を100倍にして、被検査物Aの消し込みがなされた結果画像P300(図16の(c)参照)を出力する。なお、当該結果画像P300は、後述するフィルタ部415による処理の後に、輝度値を100だけオフセットする処理が行われる。これにより、異物S以外の領域とは異なる輝度値を保持する異物Sが現れた結果画像P300を取得することができる。
フィルタ部415は、当該結果画像P300に含まれるランダムノイズを除去するために設けられている。通常、X線透過画像には、ランダムノイズが含まれており、被検査物Aの消し込みを行った結果画像P300(図17の(a)参照)にも当該ランダムノイズが含まれている。被検査物Aに異物Sが含まれている場合、X線透過画像の異物Sがある領域は、ノイズより大きな値となっているので、本実施形態のフィルタ部415は、ガウシアンフィルタを用いて、細かいノイズを除去すると共に、上述したように輝度値を100だけオフセットすることによって、異物Sがある領域を抽出する。なお、整数値の桁数を減らすことができるので、簡易な演算処理装置で高速処理することができる。また、フィルタ部415によってノイズが除去されたノイズ除去画像P301(図17の(b)参照)は、全体が暗く(ほぼ黒一色に)なっているが、実際には、異物Sの領域は、異物S以外の領域(ほぼ黒一色の)とは異なるデータ値を保持している。
フィルタ部415によってノイズが除去されたノイズ除去画像P301は、2値化部416により、一定の値を閾値として、2値化される。これにより、異物Sのみが抽出された2値化画像P302(図17の(c)参照)を取得することができる。この後、画像処理部400は、当該2値化画像P302と硬X線透過画像P200とを重ね合わせて、最終画像P400(図17の(d)参照)を作成する。なお、ここでは、2値化画像P302と硬X線透過画像P200とを重ね合わせたが、当然、2値化画像P302と軟X線透過画像P100とを重ね合わせてもよい。
まず、画像生成部401が、各直接変換型X線検出素子アレイ311から出力された軟X線検出信号に基づいて被検査物Aの軟X線透過画像P100を生成すると共に、各間接変換型X線検出素子アレイ321から出力された硬X線検出信号に基づいて被検査物Aの硬X線透過画像P200を生成する。続いて、エッジ検出部402が、軟X線透過画像P100にエッジ検出処理を施してエッジ検出画像P101を生成する。続いて、水平方向ぼかし部403が、エッジ検出画像P101に水平方向ぼかし処理を施して水平方向ぼかし画像P102を生成する。続いて、合成部404が、軟X線透過画像と水平方向ぼかし画像P102とを合成して処理後軟X線透過画像P103を生成する。
X線検査装置100では、軟X線を電荷に変換する複数の直接変換型X線検出素子アレイ311が用いられ、画像処理部400が、軟X線透過画像P100にエッジ検出処理を施してエッジ検出画像P101を生成し、エッジ検出画像P101に水平方向ぼかし処理を施して水平方向ぼかし画像P102を生成し、軟X線透過画像P100と水平方向ぼかし画像P102とを合成して処理後軟X線透過画像P103を生成する。これにより、隣り合う直接変換型X線検出素子アレイ311同士の接続部における感度の低下に起因して出現する輝度低下ラインLを、処理後軟X線透過画像P103において除去することができる。よって、X線検査装置100によれば、厚い被検査物Aを検査対象とする場合であっても、複数の直接変換型X線検出素子アレイ311を用いて異物Sを精度良く検出することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
Claims (5)
- 被検査物を搬送する搬送部と、
前記搬送部によって搬送される前記被検査物にX線を照射するX線照射部と、
前記搬送部によって搬送される前記被検査物に照射された前記X線を検出するX線検出部と、
前記X線検出部から出力された検出信号に基づいて前記被検査物のX線透過画像を生成し、前記X線透過画像に画像処理を施す画像処理部と、を備え、
前記X線検出部は、
前記搬送部による前記被検査物の搬送方向及び前記X線照射部による前記X線の照射方向の両方向に交差する方向に沿って並設され、第1エネルギー帯のX線を電荷に変換する複数の直接変換型X線検出素子アレイを有し、
前記画像処理部は、
前記X線透過画像にエッジ検出処理を施してエッジ検出画像を生成するエッジ検出部と、
前記エッジ検出画像に、前記搬送方向に沿っての水平方向ぼかし処理を施して水平方向ぼかし画像を生成する水平方向ぼかし部と、
前記X線透過画像と前記水平方向ぼかし画像とを合成して処理後X線透過画像を生成する合成部と、を有する、X線検査装置。 - 前記第1エネルギー帯のX線は、軟X線である、請求項1記載のX線検査装置。
- 前記X線検出部は、
前記搬送部による前記被検査物の搬送方向及び前記X線照射部による前記X線の照射方向の両方向に交差する方向に沿って並設され、前記第1エネルギー帯よりも大きい第2エネルギー帯のX線を光に変換して当該光を電荷に変換する間接変換型X線検出素子アレイを更に有し、
前記画像処理部は、
前記直接変換型X線検出素子アレイから出力された第1検出信号に基づいて生成した前記被検査物の第1X線透過画像を前記X線透過画像として、前記処理後X線透過画像を生成し、
前記処理後X線透過画像と、前記間接変換型X線検出素子アレイから出力された第2検出信号に基づいて生成した前記被検査物の第2X線透過画像と、を合成する、請求項1又は2記載のX線検査装置。 - 前記X線検出部は、
前記搬送部による前記被検査物の搬送方向及び前記X線照射部による前記X線の照射方向の両方向に交差する方向に沿って並設され、前記第1エネルギー帯よりも大きい第2エネルギー帯のX線を光に変換して当該光を電荷に変換する間接変換型X線検出素子アレイを更に有し、
前記画像処理部は、
前記直接変換型X線検出素子アレイから出力された第1検出信号に基づいて生成した前記被検査物の第1X線透過画像と、前記間接変換型X線検出素子アレイから出力された第2検出信号に基づいて生成した前記被検査物の第2X線透過画像と、を合成して、合成X線透過画像を生成し、
前記合成X線透過画像を前記X線透過画像として、前記処理後X線透過画像を生成する、請求項1又は2記載のX線検査装置。 - 前記第2エネルギー帯のX線は、硬X線である、請求項3又は4記載のX線検査装置。
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