JP3141654B2 - 画像検査装置 - Google Patents
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Description
などで搬送される被検査物としての円形容器の内面など
の画像を検査し、異物・ゴミ・傷などを検出する画像処
理装置としての画像検査装置であって、特に照度の計測
機能を備えたものに関する。なお、以下各図において同
一の符号は同一もしくは相当部分を示す。
としての円形容器の観測方法の説明図で、同図(A)は
容器を軸方向より見た上面図、同図(B)は側断面図で
ある。そして102は容器、101はこの容器102を
上方から照らすリング状の照明器であり、リング照明器
101と容器102の中心軸は一致している。容器内面
に対して、照明器101よりリング状の一様な光線を照
射すると、内面の金属光沢により光線が反射して、上面
より観測した場合、内面に同心円状の明るさの変化(以
下照度パターンという)が発生する。図6(A)は特に
照明光線が直接に反射するために発生する高輝度部(ハ
レーション部)を示したものであるが、口部高輝度部1
03及び底部高輝度部104が顕著である。
過する走査線Q−Q1を図示したものであり、図7
(B)は走査線Q−Q1に沿った容器内面の照度(濃
度)の変化をグラフ状に図示したものである。仮に線分
Q−Q1を容器中心を中心として回転させた場合も図7
(B)のようなグラフを得ることができる。照度パター
ンは観測対象とする容器によって高輝度部、あるいは光
線が観測方向に反射しないことによって現れる低輝度部
の発生状態は変わるが、照度の変化が同心円状に発生す
るという特徴は失われない。なお、この図7(B)の例
では濃度変化の特徴よりW1〜W5の5つの領域に分類
される。第1の領域W1は口部高輝度部103であり、
第2の領域W2は濃度変化が比較的小さい容器側面上中
部であり、第3の領域W3は図6で述べた照明器101
による光線があまり届かないため、他の領域より暗い容
器側面下部であり、第4の領域W4は底部高輝度部10
4であり、第5の領域W5は底部である。
検査装置においては、これらの領域W1〜W5にそれぞ
れウィンドウを設け、領域の光学的な特性に応じて黒汚
れ(黒点)や白汚れ(白点)の不良を検出するためのし
きい値を設定していた。不良検出の方法としては、例え
ば対象画像の走査によって得られたアナログのビデオ信
号(アナログ濃淡画像信号)を、A/D変換してなる8
ビットなどの多値の濃淡画像信号を所定のしきい値で2
値化する方法や、前記のビデオ信号を微分回路を介し微
分して欠陥信号を抽出する微分法などが知られている。
この微分法の場合、対象物の外形の輪郭部でも微分信号
が出るが、輪郭部では微分によって正方向パルス,負方
向パルスのいずれか一方が発生するのに対し、微小欠陥
部では正方向パルスと負方向パルスが同時に発生するこ
とを利用して欠陥部を抽出することができる。
像信号を微分してなる信号P(x,y)についての着目
点(座標値x=i,y=j)における値P(i,j)
と、この着目点よりx方向走査線上の前,後に夫々所定
の微小のα画素,β画素だけ離れた点における値P(i
−α,j),P(i+β,j)との間に、P(i,j)
−P(i−α,j)>TH1であって且つ、P(i+
β,j)−P(i,j)>TH1の関係があれば、(但
しTH1は所定のしきい値(正値)とする)着目点にお
ける不良検出のための2値化関数値PD(i,j)=1
としてこの着目点を黒レベル不良の点とし、それ以外の
場合はPD(i,j)=0としてこの着目点を正常の点
とするものである。
用いられる容器は製造ラインでの時間当りの製造個数が
一般に多く、製造ラインでの容器検査装置に不具合が発
生した場合、すぐにラインを停止する処置をとらない
と、短時間に大量の不良品が発生して、製造ラインの復
旧に対する障害となり、ライン復旧に要する時間が大き
いと相応の経済的損失も発生する。
信頼性に最も影響を与える要素として、検査画像を安定
化させるために用いられる照明器があり、照明による光
量が経時的に劣化して、しだいに検査精度に悪影響を及
ぼす。一般に、被検査容器は移動中を撮像するため、光
源としてはストロボフラッシュが用いられるが、ストロ
ボフラッシュの場合は照明の劣化にバラツキがあり、一
概に発光回数と劣化の度合いが決まらない。
フラッシュを交換し、検査装置の保守を行っているのが
実態であるが、ストロボフラッシュも高価であるため、
ストロボフラッシュの交換時期を適切に検出する手段が
切望されている。照明系の不具合に関しては、照明が全
く発光しないなどの場合は、例えば本出願人の先願にな
る「特願平5−23090号」に記された手段、即ち被
検査物としての円筒容器の内面の黒欠陥または白欠陥を
固定または差分2値化により検出する手段で検出するこ
とも可能であるが、照度低下によって検査精度が低下し
た場合は、すべて良品となってしまう場合も想定され、
この場合はオペレータが気がつくまで無検査となってし
まうという重大な問題点がある。
に、ストロボフラッシュなど照明系の保守を定期的に頻
繁に実施するとすれば、そのためのコストも高価であ
る。そこで本発明は、検査画像中の照度を常に監視する
ことによって、照明装置の稼動状態を監視し、異常の際
は、速やかに外部へその旨の出力を行うことによって、
容器製造に関する経済的損失を低減するとともに、スト
ロボフラッシュなど照明系の保守の実施時期についても
知ることができ、検査装置の維持費用を低減することが
可能な画像検査装置を提供することを課題とする。
めに、請求項1の画像検査装置は、照明手段によって照
明された被検査物の照明面を撮像し、この撮像された画
像を解析して欠陥の被検査物を検出する画像検査装置で
あって、前記撮像の画面走査によって得られる濃淡画像
信号のA/D変換信号としての多値濃淡画像信号(PO
など)を、前記撮像画面に対応する画面上のデータとし
てフレームメモリ(1など)に記憶し、(ウィンドウメ
モリ2,ウィンドウゲート回路5Eなどを介し)被検査
物の画像領域上に欠陥画素検出のための複数のウィンド
ウ領域(W1〜W5など)を設定するとともに、(領域
検出回路21,ラインメモリ22,ANDゲート23な
どを介して走査画素列を抽出し)(固定2値化・不良検
出回路241,差分2値化・不良検出回路242などを
介し)このウィンドウ領域に対して黒欠陥画素または
(及び)白欠陥画素検出用の所定の固定または(及び)
差分の2値化しきい値を設定し、前記ウィンドウ領域の
前記2値化しきい値により2値化された欠陥画素数の総
和(欠陥画素数信号35a〜35cなど)を求め、(最
終良否判定回路243などを介し)この欠陥画素数が当
該のウィンドウ領域に対して設定された欠陥被検査物検
出用の面積しきい値を越えるか否かに応じて、(良否信
号24aなど出力し)当該の被検査物が欠陥品であるか
否かを判定する画像検査装置において、前記判定のつど
被検査物の画像領域内に照度計測領域(150など)を
発生させ、(照度計測回路60などを介し)この照度計
測領域のすべてまたは一部の画素の濃度の平均(計測照
度信号60aなど、以下計測照度という)を求め、この
計測照度に比例して前記2値化しきい値を補正する手段
(図外のCPUなど)と、前記計測照度が予め設定され
た照度異常しきい値を下回ったことを検出して、予備照
度異常と判定し、さらにこの予備照度異常が予め設定さ
れた回数(以下連続照度異常しきい値という)以上連続
して検出されたとき、照度異常が発生したものと判定す
る第1の照度異常判定手段(総合判定回路15など)、
被検査物についての前記判定の予め設定された回数内に
発生した前記予備照度異常の判定回数の割合の移動平均
としての予備照度異常発生率が、予め設定されたしきい
値を上回ったことを検出して、照度異常が発生したもの
と判定する第2の照度異常判定手段(総合判定回路15
など)の、2つの照度異常判定手段のいずれか、または
両方の照度異常発生判定に基づいて照度異常発生信号を
出力する手段(出力回路16など)とを備えたものとす
る。
1に記載の画像検査装置において、前記照度異常しきい
値と連続照度異常しきい値の組を複数組設定され、前記
第1,第2の照度異常判定手段が、被検査物についての
前記の判定ごとにこの照度異常しきい値の組それぞれに
対しての照度異常発生の判定を行って、前記照度異常発
生信号出力手段がこの判定に対応した照度異常発生信号
を出力するようにする。
項1または請求項2に記載の画像検査装置において、前
記被検査物を軸対称の円形容器(102など)とし、前
記照明手段をこの円形容器と同軸のリング型照明手段
(101など)としてこの円形容器の内面を照明するよ
うにする。
0を設定した状態を示す。本発明の画像検査装置は、こ
の計測領域150の画素の濃度の平均値を算出すること
によって、判定画像の照度値を決定する。この場合、前
記平均値として、照度計測領域150のすべての画素の
平均ではなく、いくつかの画素をサンプルしてその平均
値を算出することによって、判定画像の照度値を決定す
る。
計測領域150の中心座標が容器内面の中心座標と一致
するように、位置ずれ補正を行って照度の計測を安定さ
せる。そして、被検査物の画像内の黒欠陥画素や白欠陥
画素を検出するための2値化しきい値を、計測照度値に
比例するように補正して検査精度の低下を防ぎ、さらに
計測照度値が所定のしきい値を下回る頻度を監視して、
この頻度が所定限度を越えると警報を出力して照明手段
の保守を促す。
面検査装置のハードウェアのブロック図である。同図に
おいて、POは図外のTVカメラの映像面をラスタ走査
して得られるビデオ信号をAD変換してなる多値(例え
ば8ビット)の濃淡画像信号、1はこの多値濃淡画像信
号POを入力し、多値画面データとして記憶するフレー
ムメモリ、3はこのフレームメモリに対するアドレス発
生回路である。
が格納されているウィンドウメモリで、このウィンドウ
メモリ2にはマスクパターンデータとして、検査対象で
ある容器の形状に応じた特徴を持つ照度パターンに対応
した同心円状のリングウィンドウパターンが数種類格納
されている。4はこのウィンドウメモリに対するアドレ
ス発生回路である。5Eはウィンドウゲート回路で、多
値濃淡画像信号POまたはフレームメモリ1から読み出
された画像信号1aを、ウィンドウメモリ2からのマス
クパターンデータ2aでマスクし、指定されたウィンド
ウ領域のみの画像信号POまたは1aを通過させる回路
である。
画像のエッジ、具体的にはリング状の口部高輝度部の外
端(外周点)と内端(内周点)を検出する機能を持ち、
この場合、入力した画像信号を対象画像の位置検出や容
器外形の円形性検査のための所定のしきい値で2値化し
たうえ、画像エッジとしてのこの2値化信号の立ち上が
り点の座標と、立ち下がり点の座標とを自身内のメモリ
に格納する。11はこの画像エッジ検出回路6−1によ
って検出された外周点、または内周点の座標値に対し、
容器外形の円形性検査を行いその結果を総合判定回路1
5へ与える回路である。
ンドウが発生するように、画像エッジ検出回路6−2が
最新の多値濃淡画像信号POを入力して、画像エッジか
ら検出した現実の対象画像の中心位置と予め設定されて
いるウィンドウの中心の位置とのズレを検出する回路で
ある。21はフレームメモリ1からウィンドウゲート回
路5Eを通過した多値濃淡画像信号1aを入力して、不
良画素を検出するために1水平走査ラインごとの不良検
査対象領域(換言すれば対象容器の外形で区切られる領
域)を定める信号としての領域検出信号21aを出力す
る領域検出回路であり、22はこの領域検出回路と同期
して、同じ1水平走査ライン分づつの画像信号1aを入
力して一時記憶するラインメモリである。
する1水平走査ライン分ごとの画像信号としての、ライ
ンメモリ22から出力される濃淡画像信号22aとのA
ND条件をとり、不良検査対象領域のみの濃淡画像信号
(検査領域濃淡画像信号という)23aを出力するAN
D回路であり、これによって容器中心が画像の中央より
位置ズレすることによって生じる容器外形の真円からの
歪みが発生しても、検査容器外形外の濃淡画像信号を正
確に除去することができる。
2値化回路である。即ち、この不良検出2値化回路24
は、検査領域濃淡画像信号23aを予めウィンドウ領域
別に設定された固定2値化しきい値(つまり固定2値化
法でのしきい値)により2値化し、または(及び)同じ
く濃淡画像信号23aの着目画素と、その背景画素との
濃度差(差分)を同じく予めウィンドウ領域別に設定さ
れた所定の差分2値化しきい値(つまり差分2値化法で
のしきい値)により2値化し、それぞれ不良画素を抽出
する2値化回路であり、さらにこの回路24は2値化さ
れた不良画素数を不良面積値として計数する。
なす固定2値化・不良検出回路241の構成を示すブロ
ック図である。同図においては、一方では検査領域濃淡
画像信号23aと、第1黒レベルを設定する黒検出用2
値化しきい値設定ポート31の値とが、コンパレータ3
2により比較され、この比較結果(第1黒レベルより小
なる濃度値の画素)が不良画素信号として、カウンタ3
6−1へのカウント信号として供給されて固定黒欠陥画
素数が計数され、固定黒欠陥画素数信号35aが出力さ
れる。
1白レベルを設定する白検出用2値化しきい値設定ポー
ト33の値とが、コンパレータ34により比較され、こ
の比較結果(第1白レベルより大なる濃度値の画素)
が、即ち不良画素信号として、カウンタ36−2へのカ
ウント信号として供給されて固定白欠陥画素数が計数さ
れ、固定白欠陥画素数信号35bとして出力される。
なす差分2値化・不良検出回路242の構成を示すブロ
ック図である。同図において、41は入力信号(検査領
域濃淡画像信号)23aを一時記憶するためのFIFO
メモリであり、このFIFOメモリ41により、所定画
素数だけ遅延した信号(即ち背景画素信号)が42の減
算器へ入力される。一方、この減算器42に対しては、
入力信号23a(即ち着目画素信号)が直接入力され、
減算器42においては背景画素濃度値より着目画素濃度
値が減算され、この減算値が絶対値変換回路43へ出力
される。
た減算値のサインビットをチェックし、もし負数であれ
ば正数に変換を行い、コンパレータ45において絶対値
変換回路43の出力(即ち差分信号)と、差分しきい値
設定ポート44に設定される第1差分レベルとが比較さ
れて、この比較結果(第1差分レベルより大なる差分値
の画素)が不良画素信号として、カウンタ45Aへのカ
ウント信号として供給されて差分欠陥画素数が計数さ
れ、差分欠陥画素数信号35cとして出力される。
部分をなす最終良否判定回路243の構成を示すブロッ
ク図である。同図においては、加算回路51にて前記の
不良検出回路241,242で夫々検出された欠陥画素
数信号35a,35b,35cの総和を算出し、この総
和欠陥画素面積と面積しきい値設定ポート53に設定さ
れるウィンドウ領域ごとの第1の面積しきい値とがコン
パレータ52にて比較され、良否信号24aとして図1
の総合判定回路15へ出力される。
差分レベル,第1面積しきい値などの設定に必要なデー
タは、必要に応じて適宜図示されないCPUによって各
設定ポートに設定される。また、図3の差分2値化によ
る不良検出の方法として、本出願人の先願になる特願平
3−265134号に示した山・谷検出2値化回路も含
まれ得る。この回路は、前記検査領域濃淡画像信号23
aについての同一の画面走査線上における着目画素の値
を、この着目画素の前,後にそれぞれ所定の同数の画素
(以下α画素という)だけ離れた背景画素(以下それぞ
れ前方背景画素,後方背景画素という)の値から減じた
2つの差が同極性であって、この2つの差の所定の一方
の絶対値が前記極性に対応する所定の第1のしきい値よ
り大きく、且つ前記差の他方の絶対値が前記極性に対応
する所定の第2のしきい値より大きいとき、当該の着目
画素を不良と判定するものである。
心となる部分であり、ウィンドウメモリ2に記憶させた
照度計測領域(図8の150など)をゲート領域とし
て、切替器61で選択された濃淡画像信号POまたはフ
レームメモリからの濃淡画像信号1aのうち、このゲー
ト領域に含まれる信号をウィンドウゲート回路5Eにて
ゲートして取出し、照度計測回路60への入力信号と
し、この照度計測回路60にて入力した各画素の濃淡値
の総和が求められる。
す。この照度計測回路60は、自身への前記の入力信号
であるデジタル濃淡画像信号(POまたは1a)をD/
Aコンバータ71にてアナログ信号71aに変換し、こ
のアナログ信号71aを抵抗器72,コンデンサ78,
オペレーショナルアンプ75,リセットスイッチ79に
より構成される積分器にて積分する。この積分器の出力
(マイナス信号)75aを抵抗器73,74及びオペレ
ーショナルアンプ76で構成される反転器へ入力して、
プラス信号出力76aとして取り出し、この信号76a
をA/Dコンバータ77にて再びデジタル信号に変換
し、計測照度信号60aとして図1の総合判定回路15
に対して出力する。
号60aと照度異常しきい値とを比較し、前記計測照度
信号60aが前記照度異常しきい値を下回る場合には、
図示されない予備照度異常カウンタを1だけ進め、前記
計測照度信号が前記照度異常しきい値を上回る場合に
は、前記予備照度異常カウンタを0にクリアすることに
よって、前記予備照度異常の連続回数を求める。
連続照度異常回数のしきい値とを比較し、前記予備照度
異常カウンタ値が前記連続照度異常回数しきい値より大
である場合に、照度異常と判定する第1の照度異常判定
手段を備えている。また、総合判定回路15は予め装置
に設定した被検査容器についての総判定回数を分母と
し、前記予備照度異常となった判定回数を分子とする比
率を算出し、判定が進むごとにこの比率の移動平均(予
備照度異常発生率という)を求め、該予備照度異常発生
率が予め装置に設定されたしきい値を上回る場合に、照
度異常と判定する第2の照度異常判定手段も備えてい
る。
2の照度異常判定手段の異常判定出力の論理和条件によ
って、図1の出力回路16に対し照度異常信号を発生す
るよう指令を行う。 前述のように第1黒レベル,第1
白レベル,第1差分レベル,第1面積しきい値などの設
定に必要なデータは、必要に応じて適宜図示されないC
PUによって各設定ポートに設定されるものであるが、
本発明ではこれらのしきい値を計測照度信号60aによ
って、前記CPU内にて次のように補正する。
レベル,前記第1白レベル,前記第1差分レベル(以下
これらのレベルを総括してしきい値群という)を選択設
定する時点の、前記しきい値群(以下設定時基準しきい
値群という)と前記計測照度値(つまり計測照度信号6
0aの値、以下設定時基準照度値という)を記憶してお
き、円形容器のオンライン判定時は、同じく照度計測回
路60によって判定画像の計測照度値(以下判定時計測
照度値という)を求め、下記(1)式の関係になるよう
に、判定時しきい値群を図示されないCPUによって算
出補正を行うようにする。
しきい値を補正することで不良検出精度の低下を防ぐこ
とができる。
常回数しきい値は、複数設定することができる。即ち、
照度異常しきい値#1>照度異常しきい値#2>照度異
常しきい値#3>・・・となる関係で、各々の照度異常
しきい値を設定し、同様に連続照度異常回数しきい値#
1>連続照度異常回数しきい値#2>連続照度異常回数
しきい値#3>・・・となる関係で、各々の連続照度異
常回数しきい値を設定する。そして、この番号#1,#
2,#3の互いに等しい照度異常しきい値と、連続照度
異常回数しきい値の組ごとに、前記第1,第2の照度異
常判定手段の論理和条件により、夫々照度異常信号#
1,#2,#3・・・が発生するようにする。
化に応じて、しだいに前記照度異常信号#1,#2,#
3・・・が出力されることによって、光源の劣化の程度
を正確に知ることができ、光源に対する適切な保守の時
期を判断することができる。
明測定領域を設定し、この領域内の画素の濃度を平均し
て照度を計測し、被検査物の画像内の黒欠陥画素や白欠
陥画素を検出するための2値化しきい値を、計測照度値
に比例して補正するようにしたので、検査精度の低下を
防ぐことができ、さらに計測照度値が所定のしきい値を
下回る頻度を監視して、この頻度が所定限度を越えると
警報を出力するようにしたので、適切な時期に照明手段
の保守を促すことができる。
置のハードウェアのブロック図
化・不良検出回路の構成図
化・不良検出回路の構成図
判定回路の構成図
Claims (3)
- 【請求項1】照明手段によって照明された被検査物の照
明面を撮像し、この撮像された画像を解析して欠陥の被
検査物を検出する画像検査装置であって、 前記撮像の画面走査によって得られる濃淡画像信号のA
/D変換信号としての多値濃淡画像信号を、前記撮像画
面に対応する画面上のデータとしてフレームメモリに記
憶し、 被検査物の画像領域上に欠陥画素検出のためのウィンド
ウ領域を設定するとともに、このウィンドウ領域に対し
て黒欠陥画素または(及び)白欠陥画素検出用の所定の
固定または(及び)差分の2値化しきい値を設定し、 前記ウィンドウ領域の前記2値化しきい値により2値化
された欠陥画素数の総和を求め、この欠陥画素数が当該
のウィンドウ領域に対して設定された欠陥被検査物検出
用の面積しきい値を越えるか否かに応じて、当該の被検
査物が欠陥品であるか否かを判定する画像検査装置にお
いて、 前記判定のつど被検査物の画像領域内に照度計測領域を
発生させ、この照度計測領域のすべてまたは一部の画素
の濃度の平均(以下計測照度という)を求め、この計測
照度に比例して前記2値化しきい値を補正する手段と、 前記計測照度が予め設定された照度異常しきい値を下回
ったことを検出して、予備照度異常と判定し、さらにこ
の予備照度異常が予め設定された回数(以下連続照度異
常しきい値という)以上連続して検出されたとき、照度
異常が発生したものと判定する第1の照度異常判定手
段、 被検査物についての前記判定の予め設定された回数内に
発生した前記予備照度異常の判定回数の割合の移動平均
としての予備照度異常発生率が、予め設定されたしきい
値を上回ったことを検出して、照度異常が発生したもの
と判定する第2の照度異常判定手段の、2つの照度異常
判定手段のいずれか、または両方の照度異常発生判定に
基づいて照度異常発生信号を出力する手段とを備えたこ
とを特徴とする画像検査装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の画像検査装置において、 前記照度異常しきい値と連続照度異常しきい値の組を複
数組設定され、 前記第1,第2の照度異常判定手段が、被検査物につい
ての前記の判定ごとにこの照度異常しきい値の組それぞ
れに対しての照度異常発生の判定を行って、前記照度異
常発生信号出力手段が、この判定に対応した照度異常発
生信号を出力するようにしたことを特徴とする画像検査
装置。 - 【請求項3】請求項1または請求項2に記載の画像検査
装置において、 前記被検査物を軸対称の円形容器とし、前記照明手段を
この円形容器と同軸のリング型照明手段として、この円
形容器の内面を照明するようにしたことを特徴とする画
像検査装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05285419A JP3141654B2 (ja) | 1993-11-16 | 1993-11-16 | 画像検査装置 |
US08/339,957 US5608815A (en) | 1993-11-16 | 1994-11-15 | Device for testing an image of a test object |
DE69432169T DE69432169T2 (de) | 1993-11-16 | 1994-11-15 | Gerät zur Prüfung eines Prüfobjektbildes |
EP94118021A EP0660265B1 (en) | 1993-11-16 | 1994-11-15 | Device for testing an image of a test object |
Applications Claiming Priority (1)
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