JP2018048968A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象画像と参照画像との位置合わせを適切に行って、好ましい検査を行う。【解決手段】検査装置の位置合わせ部５３は、第１位置合わせ処理部５３１と第２位置合わせ処理部５３２とを有する。第１位置合わせ処理部５３１は、対象画像および参照画像の一方の画像の第１設定領域に含まれる複数の領域を、他方の画像に対して個別に位置合わせする。第２位置合わせ処理部５３２は、当該一方の画像の第２設定領域に含まれ、かつ、当該複数の領域のいずれよりも大きい領域を当該他方の画像に対して位置合わせする。比較部５４において、位置合わせ後の両画像を比較することにより、対象画像中の欠陥領域が検出される。このように、対象画像と参照画像との位置合わせを、第１および第２設定領域において個別に行うことにより、各設定領域に応じた位置合わせを適切に行って、好ましい検査を行うことができる。【選択図】図３

Description

本発明は、検査装置および検査方法に関する。

従来、立体的な対象物に光を照射して撮像し、撮像画像に基づいて対象物の外観を検査する装置が利用されている。例えば、特許文献１では、円形状製品を検査するための検査方法が開示されている。当該方法では、回転治具にて円形状製品を回転させながら撮像手段を用いて当該円形状製品の検査画像が帯状に展開取得され、帯状に展開したマスター画像に、検査基準位置をパターンマッチング処理により基準合わせした後、検査画像とマスター画像とが照合される。

なお、非特許文献１では、２つの画像におけるオプティカルフローを求める手法が開示されている。当該手法では、輝度不変の仮定、輝度勾配不変の仮定、および、平滑性の仮定からの逸脱にペナルティーを与えるエネルギー関数が用いられ、このエネルギーを最小化するベクトルが、粗密ワーピング（coarse-to-fine warping）を利用して求められる。

特開２０１４−９５５７９号公報

Thomas Brox et al., "High Accuracy Optical Flow Estimation Based on a Theory for Warping", European Conference on Computer Vision, Springer LNCS 3024, May 2004, vol. 4, p. 25-36

ところで、撮像部によりステージ上の対象物を撮像する際に、対象物の向きが、予め定められた向きからずれると、撮像部からの対象物の見え方が変化する。この場合に、撮像部により取得される対象画像と、所定の参照画像とを比較すると、対象画像において、参照画像には現れない部分が出現しているため、当該部分が、欠陥ではないにもかかわらず、欠陥として検出されてしまう（いわゆる、偽欠陥の検出）。

一方、参照画像と対象画像との間で画素のオプティカルフローを求めることにより参照画像を対象画像に対して位置合わせする場合、上記部分に似せるように参照画像の一部が歪められるため、偽欠陥の検出は抑制される。しかしながら、画素単位での位置合わせでは、参照画像が対象画像に対して過度に似せられることがあり、対象物において寸法が設計値と大きく異なる部分等の欠陥が検出されなくなる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、対象画像と参照画像との位置合わせを適切に行って、好ましい検査を行うことを目的としている。

請求項１に記載の発明は、検査装置であって、対象物を撮像した対象画像を記憶する対象画像記憶部と、参照画像を記憶する参照画像記憶部と、前記対象画像と前記参照画像との位置合わせを行う位置合わせ部と、位置合わせ後の両画像を比較することにより、前記対象画像中の欠陥領域を検出する比較部とを備え、前記位置合わせ部が、前記対象画像および前記参照画像の一方の画像の第１設定領域に含まれる複数の領域を、他方の画像に対して個別に位置合わせする第１位置合わせ処理部と、前記一方の画像の第２設定領域に含まれ、かつ、前記複数の領域のいずれよりも大きい領域を前記他方の画像に対して位置合わせする第２位置合わせ処理部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の検査装置であって、前記比較部が、前記位置合わせ後の両画像の一方を他方に対して上下左右にずらした複数の相対位置関係において、前記両画像から複数の差分画像を求め、前記複数の差分画像に基づいて前記欠陥領域を検出する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の検査装置であって、前記第２位置合わせ処理部が、アフィン変換を用いて前記第２設定領域における前記他方の画像に対する位置合わせを行う。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の検査装置であって、前記第２位置合わせ処理部が、アフィン変換を用いて前記一方の画像の全体の処理済み画像を取得し、前記第１位置合わせ処理部による位置合わせ後の前記第１設定領域が、前記処理済み画像に合成される。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の検査装置であって、前記第１位置合わせ処理部が、前記第１設定領域における各画素の前記他方の画像に対するオプティカルフローを求めることにより、位置合わせを行う。

請求項６に記載の発明は、検査方法であって、ａ）対象物を撮像した対象画像を準備する工程と、ｂ）前記対象画像と参照画像との位置合わせを行う工程と、ｃ）位置合わせ後の両画像を比較することにより、前記対象画像中の欠陥領域を検出する工程とを備え、前記ｂ）工程が、ｂ１）前記対象画像および前記参照画像の一方の画像の第１設定領域に含まれる複数の領域を、他方の画像に対して個別に位置合わせする工程と、ｂ２）前記一方の画像の第２設定領域に含まれ、かつ、前記複数の領域のいずれよりも大きい領域を前記他方の画像に対して位置合わせする工程とを備える。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の検査方法であって、前記ｃ）工程において、前記位置合わせ後の両画像の一方を他方に対して上下左右にずらした複数の相対位置関係において、前記両画像から複数の差分画像が求められ、前記複数の差分画像に基づいて前記欠陥領域が検出される。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の検査方法であって、前記ｂ２）工程において、アフィン変換を用いて前記第２設定領域における前記他方の画像に対する位置合わせが行われる。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の検査方法であって、前記ｂ２）工程において、アフィン変換を用いて前記一方の画像の全体の処理済み画像が取得され、前記ｂ１）工程における位置合わせ後の前記第１設定領域が、前記処理済み画像に合成される。

請求項１０に記載の発明は、請求項６ないし９のいずれかに記載の検査方法であって、前記ｂ１）工程において、前記第１設定領域における各画素の前記他方の画像に対するオプティカルフローを求めることにより、位置合わせが行われる。

本発明によれば、対象画像と参照画像との位置合わせを、第１および第２設定領域において個別に行うことにより、各設定領域に応じた位置合わせを適切に行って、好ましい検査を行うことができる。

検査装置の構成を示す図である。 検査装置の本体を示す平面図である。 コンピュータが実現する機能構成を示すブロック図である。 対象物の検査の処理の流れを示す図である。 対象画像を示す図である。 参照画像を示す図である。 第１処理済み参照画像を示す図である。 第２処理済み参照画像を示す図である。 合成参照画像を示す図である。 合成参照画像の一部を拡大して示す図である。 ゆすらせ比較処理を説明するための図である。 欠陥領域画像を示す図である。 比較例の処理による欠陥領域画像を示す図である。 他の比較例の処理による欠陥領域画像を示す図である。 位置合わせ後の設定領域の画像を示す図である。 ２つの設定領域を示す図である。 位置合わせ後の設定領域の画像を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る検査装置１の構成を示す図である。図２は、検査装置１の本体１１を示す平面図である。検査装置１は、表面に光沢を有する立体的な対象物９の外観を検査する装置である。対象物９は、例えば、鍛造や鋳造により形成された金属部品であり、その表面は微小な凹凸を有する梨地状である。対象物９は、例えば、自在継手に用いられる各種部品（円筒形のハブの軸や外輪、ヨーク等）である。

図１に示すように、検査装置１は、本体１１と、コンピュータ１２とを備える。本体１１は、ステージ２と、ステージ回動部２１と、撮像ユニット３と、光源ユニット４とを備える。対象物９はステージ２上に載置される。ステージ回動部２１は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心として対象物９をステージ２と共に所定の角度だけ回動する。中心軸Ｊ１は、ステージ２の中央を通過する。本体１１には、外部の光がステージ２上に到達することを防止する図示省略の遮光カバーが設けられ、ステージ２、撮像ユニット３および光源ユニット４は、遮光カバー内に設けられる。

図１および図２に示すように、撮像ユニット３は、１個の上方撮像部３１と、４個の斜方撮像部３２と、４個の側方撮像部３３とを備える。図２では、上方撮像部３１の図示を省略している（後述の上方光源部４１において同様）。上方撮像部３１は、ステージ２の上方にて中心軸Ｊ１上に配置される。上方撮像部３１によりステージ２上の対象物９を真上から撮像した画像が取得可能である。

図２に示すように、上側から下方を向いて本体１１を見た場合に（すなわち、本体１１を平面視した場合に）、４個の斜方撮像部３２はステージ２の周囲に配置される。４個の斜方撮像部３２は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に９０°の角度間隔（ピッチ）にて配列される。各斜方撮像部３２の撮像光軸Ｋ２と中心軸Ｊ１とを含む面において（図１参照）、撮像光軸Ｋ２と中心軸Ｊ１とがなす角度θ２は、およそ４５°である。各斜方撮像部３２によりステージ２上の対象物９を斜め上から撮像した画像が取得可能である。

本体１１を平面視した場合に、４個の側方撮像部３３も、４個の斜方撮像部３２と同様にステージ２の周囲に配置される。４個の側方撮像部３３は、周方向に９０°の角度間隔にて配列される。各側方撮像部３３の撮像光軸Ｋ３と中心軸Ｊ１とを含む面において、撮像光軸Ｋ３と中心軸Ｊ１とがなす角度θ３は、およそ９０°である。各側方撮像部３３によりステージ２上の対象物９を横から撮像した画像が取得可能である。上方撮像部３１、斜方撮像部３２および側方撮像部３３は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等を有し、多階調の画像が取得される。上方撮像部３１、斜方撮像部３２および側方撮像部３３は、図示省略の支持部により支持される。

光源ユニット４は、１個の上方光源部４１と、８個の斜方光源部４２と、８個の側方光源部４３とを備える。上方光源部４１は、中心軸Ｊ１を中心とするリング状に複数のＬＥＤ（発光ダイオード）が配列された光源部である。リング状の上方光源部４１は上方撮像部３１の周囲を囲むように、上方撮像部３１に固定される。上方光源部４１によりステージ２上の対象物９に対して真上から中心軸Ｊ１に平行な方向に沿って光が照射可能である。

本体１１を平面視した場合に、８個の斜方光源部４２はステージ２の周囲に配置される。８個の斜方光源部４２は、周方向に４５°の角度間隔にて配列される。各斜方光源部４２は、中心軸Ｊ１を中心とする円周の接線方向に伸びるバー状に複数のＬＥＤが配列された光源部である。各斜方光源部４２の出射面の中央と対象物９（の中心）とを結ぶ線を「照明軸」と呼ぶと、当該斜方光源部４２の照明軸と中心軸Ｊ１とを含む面において、当該照明軸と中心軸Ｊ１とがなす角度は、およそ４５°である。各斜方光源部４２では、ステージ２上の対象物９に対して斜め上から当該照明軸に沿って光が照射可能である。検査装置１では、８個の斜方光源部４２のうち４個の斜方光源部４２は４個の斜方撮像部３２にそれぞれ固定され、残りの４個の斜方光源部４２は、図示省略の支持部により支持される。

本体１１を平面視した場合に、８個の側方光源部４３はステージ２の周囲に配置される。８個の側方光源部４３は、周方向に４５°の角度間隔にて配列される。各側方光源部４３は、中心軸Ｊ１を中心とする円周の接線方向に伸びるバー状に複数のＬＥＤが配列された光源部である。斜方光源部４２と同様に、各側方光源部４３の出射面の中央と対象物９とを結ぶ線を「照明軸」と呼ぶと、当該側方光源部４３の照明軸と中心軸Ｊ１とを含む面において、当該照明軸と中心軸Ｊ１とがなす角度は、およそ９０°である。各側方光源部４３では、ステージ２上の対象物９に対して横から当該照明軸に沿って光が照射可能である。検査装置１では、８個の側方光源部４３のうち４個の側方光源部４３は４個の側方撮像部３３にそれぞれ固定され、残りの４個の側方光源部４３は、図示省略の支持部により支持される。

例えば、上方撮像部３１および上方光源部４１と対象物９との間の距離は、約５５ｃｍ（センチメートル）である。また、斜方撮像部３２および斜方光源部４２と対象物９との間の距離は約５０ｃｍであり、側方撮像部３３および側方光源部４３と対象物９との間の距離は約４０ｃｍである。上方光源部４１、斜方光源部４２および側方光源部４３では、ＬＥＤ以外の種類の光源が用いられてよい。

図３は、コンピュータ１２が実現する機能構成を示すブロック図である。コンピュータ１２は、検査部５を備える。検査部５は、対象画像記憶部５１と、参照画像記憶部５２と、位置合わせ部５３と、比較部５４とを備える。対象画像記憶部５１は、撮像ユニット３（の撮像部）により撮像された対象物９の画像（以下、「対象画像」という。）のデータを記憶する。参照画像記憶部５２は、対象画像と同じ撮像部により取得された、欠陥が無い対象物９の画像（以下、「参照画像」という。）のデータを記憶する。位置合わせ部５３は、対象画像と参照画像との位置合わせを行う。位置合わせ部５３は、第１位置合わせ処理部５３１と、第２位置合わせ処理部５３２と、合成部５３３とを有する。比較部５４は、位置合わせ後の両画像を比較することにより、対象画像中の欠陥領域を検出する。検査部５による処理の詳細については、後述する。コンピュータ１２は、検査装置１の全体制御を行う制御部としての役割も担う。

図４は、検査装置１による対象物９の検査の処理の流れを示す図である。まず、ステージ２上に検査対象の対象物９が載置される（ステップＳ１１）。ステージ２上には、例えば位置合わせ用の複数のピンが設けられており、対象物９の予め定められた部位を当該複数のピンに当接させることにより、ステージ２上の所定位置に対象物９が（理想的には）所定の向きにて配置される。続いて、操作者による入力等に基づいて、ステージ２上の対象物９に対する撮像設定情報が取得される（ステップＳ１２）。ここで、撮像設定情報は、撮像ユニット３において使用する撮像部（以下、「選択撮像部」という。）と、当該選択撮像部による画像の取得の際に光源ユニット４において点灯する光源部（以下、「選択光源部」という。）とを示す。ここでは、選択撮像部として、一の斜方撮像部３２が選択され、選択光源部として、選択撮像部の周囲の光源部が選択されているものとする。もちろん、他の撮像部および光源部が選択撮像部および選択光源部として選択されてもよい。撮像設定情報が取得されると、選択光源部および選択撮像部を利用して、図５に示す対象画像７１（のデータ）が取得される（ステップＳ１３）。

対象画像７１は、対象物９を示す多階調の画像であり、対象画像記憶部５１に記憶されて準備される。図５では、対象画像７１中の対象物９に対して同じ符号９を付している（後述の図６の参照画像８において同様）。対象物９は、板状のベース部９０１の中央に円柱部９０２が設けられた形状を有する。撮像時における対象物９は、予め定められた向きから円柱部９０２を中心として僅かな角度だけ回転した向きとなっている。その結果、対象画像７１では、ベース部９０１において、本来は背後に隠れた部分（いわゆる、オクルージョン）である角部側面９０３が現れている。また、ベース部９０１のエッジに欠陥９０４が存在し、円柱部９０２の長さも設計値に対して短くなっている（後述の図６参照）。

一方、検査装置１では、光源部および撮像部の様々な組合せを利用して、欠陥が無い他の対象物９を撮像することにより、複数の参照画像（のデータ）が予め取得されている。参照画像は、欠陥が無い複数の対象物９を撮像した複数の画像から作成されてもよく、対象物９の設計データから作成されてもよい。検査部５では、対象画像７１と同じ光源部および撮像部の組合せを利用して取得された参照画像が特定され、対象画像７１と共に位置合わせ部５３に出力される。

図６は、対象画像７１に対応する参照画像８を示す図である。第１位置合わせ処理部５３１および第２位置合わせ処理部５３２では、参照画像８と対象画像７１との位置合わせが行われる。ここで、位置合わせ（レジストレーション）とは、対象画像７１および参照画像の一方の画像において、対象物９の各部位を示す領域を、他方の画像における当該部位を示す位置へと移動する処理であり、位置合わせにより、両画像の差が低減される。

第１位置合わせ処理部５３１では、参照画像８の各画素の対象画像７１に対するオプティカルフローが求められる。そして、オプティカルフローに基づいて、参照画像８が対象画像７１に対して位置合わせされ、図７に示す位置合わせ後の参照画像８１（以下、「第１処理済み参照画像８１」という。）が取得される（ステップＳ１４）。

ここで、参照画像８と対象画像７１との間のオプティカルフローの算出では、例えば、Thomas Broxらによる"High Accuracy Optical Flow Estimation Based on a Theory for Warping"（European Conference on Computer Vision, Springer LNCS 3024, May 2004, vol. 4, p. 25-36）（非特許文献１）に記載の手法が利用可能である。本手法では、輝度不変の仮定、輝度勾配不変の仮定、および、平滑性の仮定からの逸脱にペナルティーを与えるエネルギー関数が用いられ、このエネルギーを最小化するベクトルが、粗密ワーピング（coarse-to-fine warping）を利用して求められる。

このように、第１位置合わせ処理部５３１による位置合わせ処理では、画素を単位とする微視的な位置合わせ（すなわち、他方の画像にて類似する部分を探索する際における単位領域を１つの画素とする位置合わせ）が行われる。その結果、参照画像８には現れていない対象画像７１中の角部側面９０３が、輝度が比較的近い参照画像８中の周囲の画素の位置合わせにより、第１処理済み参照画像８１においてある程度表現される。また、第１処理済み参照画像８１では、円柱部９０２の長さも対象画像７１における長さにある程度合わせられる。オプティカルフローの算出では、他の手法が用いられてもよい。

また、第２位置合わせ処理部５３２では、アフィン変換を用いて参照画像８が対象画像７１に対して位置合わせされ、図８に示す位置合わせ後の参照画像８２（以下、「第２処理済み参照画像８２」という。）が取得される（ステップＳ１５）。アフィン変換を用いた位置合わせの一例では、参照画像８において対象物９上の複数の特徴点（例えば、対象物９の外形を示す線上の点）が予め定められており、対象画像７１において当該複数の特徴点を示す複数の位置が、パターンマッチングにより求められる。そして、参照画像８における複数の特徴点の座標と、対象画像７１における当該複数の位置の座標とを用いてアフィン変換行列の要素（ここでは、平行移動および回転に係る要素）の値が求められ、参照画像８に対して当該変換行列を用いてアフィン変換が施される。

このように、第２位置合わせ処理部５３２による位置合わせ処理では、複数の特徴点により囲まれる比較的大きな領域を単位として巨視的な位置合わせ（すなわち、単位領域を多数の画素の集合とする位置合わせ）が行われる。その結果、処理前の参照画像８と第２処理済み参照画像８２との間において、対象物９の各部位の寸法（例えば、円柱部９０２の長さや直径、ベース部９０１の幅等）はおよそ維持される。なお、複数の特徴点により囲まれる領域は、後述の設定領域Ａ１の外側の領域も含む。一方、第２処理済み参照画像８２において、参照画像８には現れていない角部側面９０３に対応する領域（図８中に同じ符号９０３を付して示す領域）は、例えば背景となる。

図６の参照画像８では、破線の矩形にて示す設定領域Ａ１が操作者の入力等により予め定められており、合成部５３３では、図７の第１処理済み参照画像８１における設定領域Ａ１の部分が抽出され、図８の第２処理済み参照画像８２における設定領域Ａ１の部分と置き換えられる。すなわち、第１位置合わせ処理部５３１による位置合わせ後の設定領域Ａ１が、第２位置合わせ処理部５３２による位置合わせ後の第２処理済み参照画像８２に合成される。これにより、図９に示す合成参照画像８３が取得される（ステップＳ１６）。

比較部５４では、対象画像７１と合成参照画像８３とを比較することにより、対象画像７１中の欠陥領域が検出される（ステップＳ１７）。ここで、図９中にて二点鎖線で囲む領域Ａ０を拡大した図１０に示すように、設定領域Ａ１の境界では、対象物９のエッジに僅かなずれが生じる場合がある。第１処理済み参照画像８１の設定領域Ａ１を第２処理済み参照画像８２に合成する際に、両画像が示す対象物９の位置が必ずしも完全には一致しないためである。そこで、比較部５４では、ゆすらせ比較処理が行われる。

図１１は、ゆすらせ比較処理を説明するための図であり、対象画像７１と合成参照画像８３との間の複数の（９個の）位置関係を３行３列に並べて示している。ゆすらせ比較処理では、図１１中に破線の矩形にて示す対象画像７１を、実線の矩形にて示す合成参照画像８３と完全に重なる位置（図１１中の中央参照）から、８方向のそれぞれに所定の画素数（例えば、１画素）だけ移動し、移動後の対象画像７１の各画素に対して、当該画素の値と、当該画素と重なる合成参照画像８３の画素の値との差（絶対値）が求められる。換言すると、移動後の対象画像７１と合成参照画像８３との差分画像が求められる。対象画像７１が、合成参照画像８３と完全に重なる位置においても同様に差分画像が求められる。

そして、複数の（ここでは、９個の）差分画像において、同じ位置の画素の値の最小値が特定され、当該位置に当該最小値を付与した画像が、ゆすらせ比較処理の結果画像として取得される。結果画像は、所定の閾値で二値化され、欠陥候補領域を示す二値の欠陥候補画像が取得される。比較部５４では、欠陥候補画像が示す欠陥候補領域のうち、所定の条件（例えば、面積等）を満たすものが欠陥領域として特定される。これにより、図１２に示すように、欠陥領域６１１を示す欠陥領域画像６１が取得され、対象画像７１中の欠陥領域が検出される。図１２では、対象画像７１が示す対象物９を二点鎖線にて示している（後述の図１３および図１４において同様）。上記ステップＳ１１〜Ｓ１７は、他の対象物９に対して繰り返される。なお、ゆすらせ比較処理により得られる結果画像は、上記の複数の差分画像から導かれるものであればよく、例えば、複数の差分画像のうち画素の値の和が最小の差分画像がそのまま結果画像として用いられてもよい。

ここで、対象画像７１と参照画像８との位置合わせを行う際に、第２位置合わせ処理部５３２のみを用いる（アフィン変換のみを用いる）比較例の処理について説明する。当該比較例の処理では、欠陥領域を検出する際に、図８の第２処理済み参照画像８２と図５の対象画像７１とが比較されることにより、図１３に示す欠陥領域画像９１が取得される。図１３の欠陥領域画像９１では、図１２の欠陥領域画像６１と同様に、ベース部９０１のエッジに存在する欠陥領域９１１、および、円柱部９０２の長さが短いことを示す欠陥領域９１１が検出される。一方、既述のように、第２処理済み参照画像８２では、参照画像８に現れていない角部側面９０３に対応する領域が、例えば背景となってしまう。したがって、欠陥領域画像９１では、欠陥ではない角部側面９０３が欠陥領域９１１として検出され、欠陥が過検出されてしまう（偽欠陥が検出される。）。また、対象画像７１における角部側面９０３の存在により、アフィン変換による参照画像８と対象画像７１との位置合わせにおいてずれが生じ、多くの偽欠陥が検出される場合もある。上記問題は、欠陥が無い他の対象物９を撮像して参照画像８を取得する際に、当該対象物９が、予め定められた向きから僅かに回転している場合、すなわち、参照画像８にオクルージョンが発生している場合において同様である。

また、対象画像７１と参照画像８との位置合わせを行う際に、第１位置合わせ処理部５３１のみを用いる（オプティカルフローのみを用いる）他の比較例の処理について説明する。当該他の比較例の処理では、欠陥領域を検出する際に、図７の第１処理済み参照画像８１と図５の対象画像７１とが比較されることにより、図１４に示す欠陥領域画像９２が取得される。図１４の欠陥領域画像９２では、図１２の欠陥領域画像６１と同様に、ベース部９０１のエッジに存在する欠陥領域９２１が検出される。また、既述のように、参照画像８には現れていない角部側面９０３が、参照画像８中の輝度が比較的近い周囲の画素により、第１処理済み参照画像８１においてある程度表現される。したがって、当該他の比較例の処理により得られる欠陥候補画像では、角部側面９０３に対応する欠陥候補領域が比較的小さくなり、欠陥領域として検出されることが抑制される。一方、第１処理済み参照画像８１では、円柱部９０２の長さが対象画像７１における長さにある程度合わせられてしまうため、対象画像７１において円柱部９０２の長さが短いことを示す欠陥領域が検出されなくなる。すなわち、円柱部９０２の長さに係る欠陥が見逃されてしまう。図１４では、当該欠陥を示す領域９２２を破線にて示している。

これに対し、検査装置１では、対象画像７１と参照画像８との位置合わせを行う際に、第１位置合わせ処理部５３１および第２位置合わせ処理部５３２の双方が利用される。第１位置合わせ処理部５３１では、参照画像８の各画素の対象画像７１に対するオプティカルフローを求めることにより、参照画像８の複数の（全ての）画素が対象画像７１に対して個別に位置合わせされる。第２位置合わせ処理部５３２では、参照画像８中の対象物９の領域が、アフィン変換を用いて全体的に対象画像７１に対して位置合わせされる。そして、第１位置合わせ処理部５３１による位置合わせ後の設定領域Ａ１が、第２位置合わせ処理部５３２による位置合わせ後の参照画像（第２処理済み参照画像８２）に合成される。

上記処理では、対象物９の回転による偽欠陥の発生が生じやすい、または、対象物９の寸法不良の許容範囲が大きい設定領域Ａ１については、第１位置合わせ処理部５３１による位置合わせが実質的に行われる。また、対象物９の回転による偽欠陥の発生が生じにくい（上記の例では、回転体である円柱部９０２）、または、対象物９の寸法不良の許容範囲が小さい他の領域については、第２位置合わせ処理部５３２による位置合わせが実質的に行われる。このように、対象画像７１と参照画像８との位置合わせを、設定領域Ａ１と、設定領域Ａ１以外の領域とにおいて個別に（すなわち、異なる大きさの単位領域で）行うことにより、各領域に応じた位置合わせを適切に行って、好ましい検査を行うことが可能となる。

また、比較部５４では、位置合わせ後の参照画像（合成参照画像８３）に対して、対象画像７１を上下左右にずらした複数の相対位置関係において、両画像から複数の差分画像が求められ、当該複数の差分画像に基づいて欠陥領域が検出される。これにより、第１処理済み参照画像８１と第２処理済み参照画像８２との位置ずれに起因する偽欠陥の発生を抑制することができる。

上記検査装置１では様々な変形が可能である。

第１位置合わせ処理部５３１が、参照画像８における設定領域Ａ１のみに対して処理を行って、図１５に示すように、位置合わせ後の設定領域Ａ１の画像８１ａが取得されてもよい。この場合、設定領域Ａ１の画像８１ａが、第２位置合わせ処理部５３２による参照画像８の全体の処理済み画像（第２処理済み参照画像８２）に合成され、図９と同様の合成参照画像８３が取得される。また、第２位置合わせ処理部５３２が、参照画像８における設定領域Ａ１以外の領域のみに対して処理を行って、位置合わせ後の当該領域を示す画像が取得され、第１処理済み参照画像８１に合成されてもよい。

ここで、同じ大きさの領域の位置合わせに係る演算量は、第２位置合わせ処理部５３２よりも第１位置合わせ処理部５３１において多くなる。したがって、位置合わせ部５３における演算量を低減するには、第２位置合わせ処理部５３２が参照画像８の全部に対して処理を行い、第１位置合わせ処理部５３１が参照画像８の一部の領域のみ（設定領域Ａ１）に対して処理を行うことが好ましいといえる。

上記処理例では、参照画像８において、ベース部９０１を主に含む１つの設定領域Ａ１が設けられるが、図１６に示すように、円柱部９０２を主に含む他の設定領域Ａ２が、設定領域Ａ１に加えて設けられてもよい。この場合、例えば、第２位置合わせ処理部５３２が、参照画像８における設定領域Ａ２のみに対して処理を行って（詳細には、設定領域Ａ２における複数の特徴点に基づくアフィン変換により位置合わせを行って）、図１７に示すように、位置合わせ後の設定領域Ａ２の画像８２ａが取得される。そして、図１５の位置合わせ後の設定領域Ａ１の画像８１ａと、図１７の位置合わせ後の設定領域Ａ２の画像８２ａとを結合して、位置合わせ後の参照画像が取得される。

また、設定領域Ａ１および設定領域Ａ２（以下、それぞれ「第１設定領域Ａ１」および「第２設定領域Ａ２」という。）において、対象画像７１との比較が個別に行われてもよい。例えば、図１５の位置合わせ後の第１設定領域Ａ１の画像８１ａと対象画像７１とを比較することにより、第１設定領域Ａ１についての比較結果（欠陥領域画像の第１設定領域Ａ１の部分）が取得される。また、図１７の位置合わせ後の第２設定領域Ａ２の画像８２ａと対象画像７１とを比較することにより、第２設定領域Ａ２についての比較結果（欠陥領域画像の第２設定領域Ａ２の部分）が取得される。この場合、演算量を大幅に削減することができる。

第１処理済み参照画像８１および第２処理済み参照画像８２を取得する上記処理例において、参照画像８中の設定領域Ａ１を第１設定領域Ａ１と捉え、設定領域Ａ１以外の全ての領域を第２設定領域と捉えることも可能である。この場合、第１処理済み参照画像８１は、参照画像８の第１設定領域Ａ１に含まれる複数の画素を対象画像７１に対して個別に位置合わせした画像であるといえる。また、第２処理済み参照画像８２は、参照画像８の第２設定領域に含まれる対象物９の領域を対象画像７１に対して位置合わせした画像であるといえる。

位置合わせ部５３では、対象画像７１が参照画像８に対して位置合わせされてもよい。この場合、対象画像７１において、第１設定領域および第２設定領域が設定され、第１位置合わせ処理部５３１により、対象画像７１の第１設定領域に含まれる複数の画素が参照画像８に対して個別に位置合わせされる。また、第２位置合わせ処理部５３２により、対象画像７１の第２設定領域に含まれる対象物９の領域が参照画像８に対して位置合わせされる。

第１位置合わせ処理部５３１では、例えば、対象画像７１および参照画像８の一方の画像の第１設定領域を分割して複数の領域を取得し、各領域（例えば、数個の画素の集合）をアフィン変換を用いて他方の画像に対して位置合わせすることにより、位置合わせ後の第１設定領域の画像が取得されてもよい。このように、一方の画像の第１設定領域に含まれる複数の領域（画素であってもよい。）を、他方の画像に対して個別に位置合わせすることにより、第１設定領域に対して微視的な位置合わせ（微小領域を単位とする位置合わせ）を実現することができる。なお、位置合わせ後の第１設定領域において当該複数の領域の間に間隙が生じる場合には、当該間隙を埋める補間処理が適宜行われる（間隙が生じる他の処理において同様）。

第２位置合わせ処理部５３２では、第２設定領域に対して巨視的な位置合わせが実現されるのであるならば、アフィン変換以外の様々な手法が採用されてよい。ここで、第２位置合わせ処理部５３２による第２設定領域における位置合わせは、第１位置合わせ処理部５３１による位置合わせの単位よりも大きい領域を位置合わせの単位とするものであればよい。すなわち、第２位置合わせ処理部５３２では、対象画像７１および参照画像８の一方の画像の第２設定領域に含まれ、かつ、第１位置合わせ処理部５３１における位置合わせの単位である複数の領域のいずれよりも大きい領域が他方の画像に対して位置合わせされる。検査装置１では、対象画像７１と参照画像８との位置合わせを、第１および第２設定領域において異なる大きさの単位領域で行うことにより、各設定領域に応じた位置合わせを適切に行って、好ましい検査を実現することができる。

位置合わせ部５３では、複数の第１設定領域が設定されてもよく、同様に複数の第２設定領域が設定されてもよい。また、対象画像７１中の対象物９の領域において、欠陥の検査を行わない非検査領域が設定されてもよい。

比較部５４におけるゆすらせ比較処理では、合成参照画像８３を対象画像７１に対して移動させてもよい。すなわち、ゆすらせ比較処理では、対象画像７１と参照画像８との位置合わせを行った後、両画像の一方を他方に対して上下左右にずらした複数の相対位置関係において、当該両画像から複数の差分画像が求められる。比較部５４の設計によっては、ゆすらせ処理を行うことなく、両画像の比較が行われてもよい。また、位置合わせされた対象画像７１と参照画像８との比較は、両画像の差分画像を求める手法以外に、例えば、両画像の対応する画素の値の比を求めることにより行われてもよい。

比較部５４が有するメモリ領域によっては、対象画像７１と第１処理済み参照画像８１との比較結果を示す第１欠陥領域画像と、対象画像７１と第２処理済み参照画像８２との比較結果を示す第２欠陥領域画像とが取得されてもよい。この場合、例えば第１欠陥領域画像における設定領域Ａ１の部分を第２欠陥領域画像に合成することにより、欠陥領域画像が取得される。

検査装置１における検査対象は、立体的な対象物９以外に、板状またはフィルム状の対象物等であってもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 検査装置
８ 参照画像
９ 対象物
５１ 対象画像記憶部
５２ 参照画像記憶部
５３ 位置合わせ部
５４ 比較部
７１ 対象画像
８２ 第２処理済み参照画像
８３ 合成参照画像
５３１ 第１位置合わせ処理部
５３２ 第２位置合わせ処理部
６１１ 欠陥領域
Ａ１ 第１設定領域
Ａ２ 第２設定領域
Ｓ１１〜Ｓ１７ ステップ

Claims (10)

1. 検査装置であって、
   対象物を撮像した対象画像を記憶する対象画像記憶部と、
   参照画像を記憶する参照画像記憶部と、
   前記対象画像と前記参照画像との位置合わせを行う位置合わせ部と、
   位置合わせ後の両画像を比較することにより、前記対象画像中の欠陥領域を検出する比較部と、
   を備え、
   前記位置合わせ部が、
   前記対象画像および前記参照画像の一方の画像の第１設定領域に含まれる複数の領域を、他方の画像に対して個別に位置合わせする第１位置合わせ処理部と、
   前記一方の画像の第２設定領域に含まれ、かつ、前記複数の領域のいずれよりも大きい領域を前記他方の画像に対して位置合わせする第２位置合わせ処理部と、
   を備えることを特徴とする検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置であって、
   前記比較部が、前記位置合わせ後の両画像の一方を他方に対して上下左右にずらした複数の相対位置関係において、前記両画像から複数の差分画像を求め、前記複数の差分画像に基づいて前記欠陥領域を検出することを特徴とする検査装置。
3. 請求項１または２に記載の検査装置であって、
   前記第２位置合わせ処理部が、アフィン変換を用いて前記第２設定領域における前記他方の画像に対する位置合わせを行うことを特徴とする検査装置。
4. 請求項３に記載の検査装置であって、
   前記第２位置合わせ処理部が、アフィン変換を用いて前記一方の画像の全体の処理済み画像を取得し、
   前記第１位置合わせ処理部による位置合わせ後の前記第１設定領域が、前記処理済み画像に合成されることを特徴とする検査装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の検査装置であって、
   前記第１位置合わせ処理部が、前記第１設定領域における各画素の前記他方の画像に対するオプティカルフローを求めることにより、位置合わせを行うことを特徴とする検査装置。
6. 検査方法であって、
   ａ）対象物を撮像した対象画像を準備する工程と、
   ｂ）前記対象画像と参照画像との位置合わせを行う工程と、
   ｃ）位置合わせ後の両画像を比較することにより、前記対象画像中の欠陥領域を検出する工程と、
   を備え、
   前記ｂ）工程が、
   ｂ１）前記対象画像および前記参照画像の一方の画像の第１設定領域に含まれる複数の領域を、他方の画像に対して個別に位置合わせする工程と、
   ｂ２）前記一方の画像の第２設定領域に含まれ、かつ、前記複数の領域のいずれよりも大きい領域を前記他方の画像に対して位置合わせする工程と、
   を備えることを特徴とする検査方法。
7. 請求項６に記載の検査方法であって、
   前記ｃ）工程において、前記位置合わせ後の両画像の一方を他方に対して上下左右にずらした複数の相対位置関係において、前記両画像から複数の差分画像が求められ、前記複数の差分画像に基づいて前記欠陥領域が検出されることを特徴とする検査方法。
8. 請求項６または７に記載の検査方法であって、
   前記ｂ２）工程において、アフィン変換を用いて前記第２設定領域における前記他方の画像に対する位置合わせが行われることを特徴とする検査方法。
9. 請求項８に記載の検査方法であって、
   前記ｂ２）工程において、アフィン変換を用いて前記一方の画像の全体の処理済み画像が取得され、
   前記ｂ１）工程における位置合わせ後の前記第１設定領域が、前記処理済み画像に合成されることを特徴とする検査方法。
10. 請求項６ないし９のいずれかに記載の検査方法であって、
    前記ｂ１）工程において、前記第１設定領域における各画素の前記他方の画像に対するオプティカルフローを求めることにより、位置合わせが行われることを特徴とする検査方法。

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