JP6958136B2 - 画像検査装置、及び画像検査方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の方法では、入力画像を、人間の知覚に近いCIE−LAB又はCIE−LUVのような表色系に変換した後、クラスタリング処理を実施する。このようなセグメンテーション処理は、例えば製造ライン等での検査において、撮像処理とセグメンテーション処理とを繰り返し実施する場合において、どの色がどの基本色に分類されるかの範囲を示すパラメーターを予め設定しておくことで、安定したセグメンテーション処理を実施することができる。
このような画像検査装置では、球座標値(θ,φ,r)におけるφは、信号値をuvw座標系に変換した際の、原点から変換座標に向かう方向とw軸との為す角度である。また、θは、前記uvw座標系において変換座標をuv平面に射影した時のv軸との為す角度である。これらのθやφは、基準色との色度の違いを示す。また、球座標値(θ,φ,r)におけるrは、基準色との明るさの違いとして現れる。したがって、パラメーター取得部により、球座標値に対するパラメーターを設定する場合、これらのθ,φ,rに対するパラメーターを設定すればよい。例えば、各分類区分に分類する色度の許容範囲を調整する場合、角度座標θ又はφに関するパラメーターを調整すればよく、動径座標rに関するパラメーターを調整する必要がない。また、各分類区分に分類する明るさの許容範囲を調整する場合、動径座標rに関するパラメーターを調整すればよく、角度座標θやφに関するパラメーターを調整する必要がない。以上のように、本適用例では、画像のセグメンテーションを実施するためのパラメーター調整を容易に実施できる。
本適用例では、基準信号取得部は、画像情報における一部の画素に対する信号値を基準信号値として取得する。画像情報の一部としては、例えば、ユーザーにより選択された画素であってもよく、画像情報の外周に配置された画素等であってもよい。また、一部とは、1画素であってもよく、複数の画素であってもよい。複数画素の場合は、各画素の信号値の平均値等を用いてもよい。画像情報としては、検査対象の対象物が含まれる画像情報であってもよく、当該対象物が含まれない画像情報であってもよい。
基準色の選択位置としては、例えば、検査対象が含まれる画像情報における背景部分の画素や、検査対象が載置されるトレイ、検査対象の着色されていない部分等を例示することができる。
本適用例では、以上のように、画像情報から、基準としたい部分の画素を選択することで、セグメンテーション時に基準色をユーザーが手入力する等の手間を省くことができる。
本適用例では、画像検査装置は分類部を備え、この分類部は、指標値に基づいて、各画素を分類する。これにより、画像情報の各画素に対して、いずれかの分類区分が割り当てられることになり、画像のセグメンテーションを実施することができる。
本適用例では、上述した適用例と同様、例えば、各分類区分に分類する色の許容範囲を調整する場合、球座標値(θ,φ,r)における角度座標θ又はφの値に関するパラメーターを調整すればよく、動径座標rに関するパラメーターを調整する必要がない。また、各分類区分に分類する明るさの許容範囲を調整する場合、動径座標rに関するパラメーターを調整すればよく、角度座標θやφに関するパラメーターを調整する必要がない。以上のように、本適用例では、画像のセグメンテーションを実施するためのパラメーター調整を容易に実施できる。
[画像検査装置の構成]
図1は、本実施形態に係る画像検査装置1の構成を示すブロック図である。
この画像検査装置1は、例えば工場等の製造ラインに設けられ、撮影台2のトレイ21に載置されたワークWを撮像し、撮像された画像情報(カラー画像)の各画素の色を分類して、ワークWの種類や個数等を検査する装置である。
画像検査装置1は、図1に示すように、光源部11と、撮像装置12と、モニター13と、入力操作部14と、制御装置15とを備えている。
光源111は、例えばLED等の発光素子であり、ワークWに対して照明光を照射する。
光源駆動部112は、光源111を駆動させる駆動回路であり、駆動電圧を光源111に印加して、光源111から照明光を照射させる。なお、光源駆動部112は、光源111に出力する電圧を適宜設定可能であり、これにより、所望の光量の照明光をワークWに照射する。
入力操作部14は、例えばマウスやキーボード等の入力装置により構成されて、制御装置15に接続されている。入力操作部14は、ユーザーにより入力操作部14が操作されることで操作内容に応じた操作信号が制御装置15に出力される。なお、本実施形態では、入力操作部14による操作信号の入力を例示するが、これに限定されず、例えば、インターネット等のネットワークを介して所定の操作信号が制御装置15に入力される構成などとしてもよい。
撮像制御部152は、撮像装置12を制御するためのドライバ回路等により構成されており、撮像装置12による撮影台の撮影指令を行う。また、撮像装置12から入力された撮像画像(画像情報)を取得し、記憶部154に記憶させる。
モニター制御部153は、モニター13を制御するためのドライバ回路等により構成されており、演算回路部155からの指令に基づいて、所定の画像をモニター13に表示させる。
記憶部154は、例えばハードディスク等により構成された補助記憶装置や、メモリー等により構成された主記憶装置を備える。この記憶部154には、各種データや各種プログラムが記憶される。
演算回路部155は、記憶部154に記憶された各種プロフラムを読み込み実行することで、図2に示すように、画像情報取得部155A、画像処理部155B、信号取得部155C、信号変換部155D、パラメーター取得部155E、指標算出部155F、分類部155G、検査部155H、及び表示制御部155I等として機能する。
画像処理部155Bは、取得された画像情報に対する各種処理を実施する。例えば、取得された画像情報のシェーディング補正等を実施する。
信号取得部155Cは、本発明の基準信号取得部としても機能し、画像情報の各画素のうちの特定の画素の信号値を取得する。
信号変換部155Dは、画像情報のRGB空間(撮影信号空間)に基づく信号値を、球座標空間に基づく球座標値(θ,φ,r)に変換する。
パラメーター取得部155Eは、入力操作部14から入力された操作信号に基づいて、色を分類する各分類区分に対するパラメーターを取得し、記憶部154に記憶する。
指標算出部155Fは、色を複数の分類区分に分類するための指標値を算出する。
分類部155Gは、指標値に基づいて、各画素を複数の分類区分のいずれかに分類する。
検査部155Hは、分類結果に基づいて、画像情報に含まれる検査対象を検出し、検査処理を実施する。
表示制御部155Iは、撮像された画像情報や、セグメンテーション処理の結果等をモニター13に表示させる。
なお、各機能の詳細な説明については、後述する。
次に、上述したような画像検査装置1における画像検査方法について説明する。
本実施形態の画像検査処理では、ワークWを撮像した撮像画像(画像情報)における各画素の色を、複数の分類区分のいずれかに分類して色判別を実施する。
具体的には、まず、画像検査装置1の画像情報取得部155Aは、光源部11及び撮像装置12を制御してワークWの撮像を実施させ、撮像された画像情報を取得する(ステップS1)。
なお、画像情報の取得としては、撮像装置12により1回の撮像処理を実施させ、当該撮像された画像情報を取得してもよく、複数回の撮像処理を実施してもよい。複数回の撮像処理を実施する場合は、各画素の信号値として、例えば、複数回の撮像により得られた各々の信号値の代表値を用いる。代表値としては、例えば平均値であってもよく、中央値であってもよく、最頻値であってもよく、二乗平均平方根であってもよい。
シェーディング補正では、白基準画像と、黒基準画像(ダーク画像)とに基づいて、画像情報内の明るさ分布の補正を行う。白基準画像やダーク画像は、本測定に先立って、予め測定しておけばよい。白基準画像の撮像では、例えば、撮影台2に各波長に対する反射率が既知となる標準板(例えば、18%標準反射板や、白色基準板等)を載置して撮像装置12で撮像することで得られる。また、ダーク画像は、光源111を消灯させて、撮影空間を暗空間とした上で、撮像装置12で撮像画像を撮像する。なお、ここでは、撮像された画像情報の階調値は、撮像装置12での受光強度に対して略線形になるものとする。
シェーディング補正では、シェーディング補正前の各画素の信号値(RGB値)を(R0,G0,B0)、白基準画像における各画素の信号値(RGB値)を(R0W,G0W,B0W)、ダーク画像の各画素の信号値(RGB値)を(R0D,G0D,B0D)とし、画像情報取得部155Aは、シェーディング補正後の画像情報の各画素の信号値(R,G,B)を下記式(2)により算出する。
上記の様なシェーディング補正を実施することで、撮影された画像情報における明るさの変化は、主にワークWの形状等によって発生するものとなり、セグメンテーション処理の精度向上を図れる。
また、信号値(R,G,B)の全てが所定の下限閾値TMIN以下となる画素は、アンダーフロー画素(ダーク近傍の画素)であると判定して、例えば分類IDを「02」に設定する。
具体的には、信号変換部155Dは、まず、回転行列Mrotを用いて、下記式(3)に示すように、信号値(R,G,B)を、uvw座標系の信号値(u,v,w)に変換する。
なお、基準色に対する基準信号値(RA,GA,BA)は、後述するパラメーター設定処理において、設定される値であり、予め記憶部154に記憶されている。
これには、分類部155Gは、まず、各画素に対して分類済みであるか否かの判定処理を実施する(ステップS5)。すなわち、ステップS3において、分類IDが「01」や「02」に設定された画素は、分類済みとなり、「Yes」と判定されて除外される。
具体的には、指標算出部155Fは、分類区分mに対する指標値Dを、下記式(1)に基づいて算出する。
なお、これらの色区分基準値(θm,φm,rm)、及びパラメーター(σθm,σφm,σrm)は、後述するパラメーター設定処理において設定され、予め記憶部154に記憶されている。
つまり、球座標値において、rは、uvw座標系においてダーク値からの距離を示したものであり、rに対するパラメーターσrmを調整することで、陰影等による明るさの変化に対する許容範囲を設定することができる。
また、φは、uvw座標系において、ダーク値から各画素の色に対応する座標に向かう方向と、w軸との為す角を示す。φは、例えば、ワークWの塗装の厚み等によるワークWとの色度の変化を示しており、φに対するパラメーターσφmを調整することで、色材の使用量による色度の変化に対する許容範囲を設定することができる。
さらにθは、uvw座標系の座標をuv平面に射影した際の、ダーク値から各画素の色に対応する座標に向かう方向と、v軸との為す角を示す。このθは、例えば、ワークWの種類毎の色材の変化等、その他の要因による色度の変化を示しており、θに対するパラメーターσθmを調整することで、例えば色材の違いによる色度の変化に対する許容範囲を設定することができる。
そして、分類部155Gは、対象画素に対して算出された複数の指標値Dのうちの最小の指標値Min{Dm}が、所定の閾値Dt以下となるか否かを判定する(ステップS7)。
ステップS7でNoと判定される場合は、対象画素の色が、各分類区分に対して類似していないことを示す。この場合、分類部155Gは、対象画素が、いずれの分類区分にも該当しないと判定し、分類IDを例えば「99」に設定する(ステップS8)。
一方、ステップS6において、「Yes」と判定された場合、対象画素を、最小の指標値Min{Dm}に対応する分類区分に分類し、分類区分に対応する分類IDを設定する(ステップS9)。
次に、基準色(RA,GA、BA)、色区分基準値(θm,φm,rm)、及びパラメーター(σθm,σφm,σrm)を設定するパラメーター設定処理について説明する。
パラメーター設定処理では、撮影台2のトレイ21に対して、各分類区分に対応する色サンプルが着色されたワークWが載置される。複数の色サンプルに対応する複数のワークWが載置されてもよい。また、基準色として、例えば着色されていない基材の色を設定する場合等では、当該着色されていない基材をワークWとしてトレイ21に載置する。
パラメーター設定処理では、まず、画像検査装置1の画像情報取得部155Aが、撮像装置12を制御してワークWの撮像を実施させ、撮像された画像情報を読み出して取得する(ステップS11)。
この画像情報の取得としては、撮像装置12により1回の撮像処理を実施させ、当該撮像された画像情報を取得してもよく、複数回の撮像処理を実施してもよい。パラメーター設定処理は、基準色に対応する基準信号値(RA,GA,BA)の他、複数のサンプルデータに基づいて、分類対象に対する中心値や分散を取得する。よって、1回の撮像処理により分類区分に対する複数のサンプルデータを取得する場合、分類区分の測定領域を予め設定し、その測定領域内に含まれる複数の画素に対する信号値を、複数のサンプルデータとする。また、複数回の撮像処理を行う場合では、分類区分に対応した所定画素に対して取得された複数の信号値を複数のサンプルデータとすることができる。
また、取得した画像に対して、ステップS2と同様、シェーディング補正を行ってもよい。
例えば、工場の製造ライン等において、半導体チップ等の製造品(ワークW)の検査を実施する場合、ベルトコンベア等の移送手段によって撮影台2に搬送されたワークWを撮像装置12で撮像する。この場合、撮像装置12の撮像範囲は、予め設定された範囲となり、画像情報の内の特定の画素を、基準画素として設定することができる。特定の画素位置としては、例えば、画像の外周縁近傍の背景画素(撮影台2に対応する画素やトレイ21に対応する画素)等が例示できる。
また、上述したように、基準色として、着色されていない基材(ワークWの基材)を設定することもできる。この場合、トレイ21において、当該着色されていない基材の載置位置が予め設定されていれば、容易に基準画素を特定できる。
信号取得部155Cは、上述のように設定された基準画素における基準信号値(RA,GA,BA)を取得する。複数回の撮像処理を実施して複数の画像情報が得られる場合では、各基準画素の信号値の代表値を、基準信号値(RA,GA,BA)とすることができる。代表値としては、例えば平均値、中央値、最頻値、二乗平均平方根等が例示できる。
上述のように、撮像装置12による撮像範囲が一定である場合、色サンプルが着色されたワークWの位置を予め設定された位置に載置することで、画像情報における各分類区分に対応する画素を特定することができる。また、ユーザーの入力操作部14の操作によって、各分類区分に対応する画素が指定されてもよい。なお、上述したように、1回の画像情報に基づいて、複数のサンプルデータを取得する場合では、1つの分類区分に対応する領域を設定しておき、その領域内の各画素における信号値をサンプルデータとして取得する。また、複数回の撮像処理を実施する場合では、設定された画素に対する複数回の撮像による信号値(サンプルデータ)を取得すればよい。
そして、信号取得部155Cは、各分類区分に対する複数の信号値(サンプルデータ)の代表値を算出して色区分基準値(Rm0,Gm0,Bm0)とする(ステップS14)。代表値としては、例えば平均値、中央値、最頻値、二乗平均平方根等が例示できる。
色区分基準値(Rm0,Gm0,Bm0)を球座標変換した球座標値は、初期色区分基準値(θm0,φm0,rm0)となる。また、信号変換部155Dは、各サンプルデータを球座標に変換した際の各球座標値から、θ,φ,rに対するそれぞれの分散を算出して、初期パラメーター(σθm0,σφm0,σrm0)とする(ステップS17)。
ステップS19において、Yesと判定された場合、入力された補正パラメーターに基づいて、初期色区分基準値(θm0,φm0,rm0)及び初期パラメーター(σθm0,σφm0,σrm0)を修正し、色区分基準値(θm,φm,rm)及びパラメーター(σθm,σφm,σrm)として記憶する(ステップS20)。
一方、ステップS19において、Noと判定された場合は、初期色区分基準値(θm0,φm0,rm0)及び初期パラメーター(σθm0,σφm0,σrm0)を色区分基準値(θm,φm,rm)及びパラメーター(σθm,σφm,σrm)として記憶する(ステップS21)。
本実施形態では、画像情報取得部155Aにより取得された画像情報の各画素の信号値(R,G,B)を、回転行列Mrotを用いて、uvw座標系の信号値(u,v,w)に変換し、さらに球座標変換によって、球座標値(θ,φ,r)に変換する。この際、信号変換部155Dは、基準色に対応する基準信号値(RA,GA,BA)をuvw座標系に変換した際に、(u,v,w)=(0,0、kWA)となる、つまり、変換された座標がw軸となる回転行列Mrotを用いる。そして、指標算出部155Fは、この球座標値(θ,φ,r)と、分類区分mに設定された色区分基準値(θm,φm,rm)と、パラメーター取得部によって調整可能なパラメーター(σθm,σφm,σrm)とに基づいて、色を区分するための指標値Dmを算出する。
このような画像検査装置では、ダーク値(RD,GD,BD)をuvw座標系に変換したダーク値(uD,vD,wD)を原点として、ダーク値(uD,vD,wD)から信号値(u,v,w)に向かう方向とw軸との為す角により、基準色との色の違いが表される。この色の違いは、球座標変換によりθ及びφに変換される。したがって、色度の許容範囲を調整する場合では、rに対するパラメーターσrmを変更する必要がなく、σθm又はσφmのみを変更すればよい。また、明るさの許容範囲を変更する場合は、σθm又はσφmを変更する必要がなく、σrmのみを変更すればよい。このように、本実施形態では、ユーザーは、パラメーター設定を行う際に、複数のパラメーターを微調整しながら、最適値を模索する必要がなく、ばらつき要因(例えば明るさ、ワークWの塗装の厚み、色材の種別等)に応じたパラメーターのみを調整すればよい。これにより、画像のセグメンテーションを実施するためのパラメーター調整を容易に実施できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、色サンプルが着色されたワークWの撮像とは別に、基準色を設定するための画像を撮像してもよい。また、ユーザーの入力操作によって、基準信号値が入力されてもよい。或いは、予め基準色が設定され、記憶部154に記憶されていてもよく、この場合では、回転行列Mrotも既知の値となる。
上記実施形態では、一例として、工場等の製造ラインにおいて、画像検査装置1が設けられる例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、プリンター等の印刷機器に本発明の画像検査装置が用いられてもよい。この場合、プリンターにより印刷されたカラーパッチ(パターン画像)を画像検査装置1により検査することで、印刷補正を好適に実施することができる。
Claims (4)
- 複数の画素を有し、それぞれの前記画素に対して信号値が記録された画像情報を取得す
る画像情報取得部と、
基準色に対する前記信号値である基準信号値を取得する基準信号取得部と、
前記画像情報の前記画素の前記信号値を、回転行列を用いてuvw座標系に変換し、さ
らに、変換されたuvw座標系の座標値を球座標変換して球座標値を取得する信号変換部
と、
色を区分する複数の分類区分毎に設定され、前記分類区分に属する色の分布を示すパラ
メーターを取得するパラメーター取得部と、
球座標空間に設定された前記分類区分毎の色区分基準値と、前記パラメーターと、前記
球座標値と、に基づいて、前記画素を分類する指標値を算出する指標算出部と、
前記指標値に基づいて前記画素の色を分類する分類部と、を備え、
前記回転行列は、前記基準信号値をuvw座標系に変換した際の座標値がw軸上の座標
値となる行列であり、
前記分類部は、前記指標値が最小となる前記分類区分に前記画素を分類する
ことを特徴とする画像検査装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の画像検査装置において、
前記基準信号取得部は、前記画像情報取得部により取得された前記画像情報における所
定の前記画素に対する前記信号値を前記基準信号値として取得する
ことを特徴とする画像検査装置。 - コンピューターにより画像を検査する画像検査方法であって、
前記コンピューターは、
複数の画素を有し、それぞれの前記画素に対して信号値が記録された画像情報を取得す
る画像情報取得ステップと、
基準色に対する前記信号値である基準信号値を取得する基準信号取得ステップと、
前記画像情報の前記画素の前記信号値を、回転行列を用いてuvw座標系に変換し、さ
らに、変換されたuvw座標系の座標値を球座標変換して球座標値を取得する信号変換ス
テップと、
色を区分する複数の分類区分毎に設定され、前記分類区分に属する色の分布を示すパラ
メーターを取得するパラメーター取得ステップと、
球座標空間に設定された前記分類区分毎の色区分基準値と、前記パラメーターと、前記
球座標値と、に基づいて、前記画素を分類する指標値を算出する指標算出ステップと、
前記指標値に基づいて前記画素の色を分類する分類ステップと、を
実施し、
前記信号変換ステップにおいて用いられる前記回転行列は、前記基準信号値をuvw座
標系に変換した際の座標値がw軸上の座標値となる行列であり、
前記分類ステップは、前記指標値が最小となる前記分類区分に前記画素を分類すること
を含む、
ことを特徴とする画像検査方法。
Priority Applications (1)
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JP2017168290A JP6958136B2 (ja) | 2017-09-01 | 2017-09-01 | 画像検査装置、及び画像検査方法 |
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